高速公路膨胀土路基施工探讨

摘要：膨胀土是影响道路及其他构造物建设的一种特殊土质，在实际工程中，其破坏力是巨大的。解决膨胀土的问题，应着重从影响其物理力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑.从而通过改变土的力学性质达到处理的目的。本文对高速公路膨胀土路基施工进行了探讨。关键词：高速公路；膨胀土；路基；施工中图分类号：U238

文献标识码： A膨胀土主要是指由强条水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。膨胀土的承载性能比较好，但是反复胀缩变形和浸水承载能力下降，造成了膨胀土性质极不稳定。在工程施工过程中为了保证道路在施工过程中的稳定性和平整性，在工程建设中达到安全、舒适行车的一些目的控制，必须找到解决的措施，在此作者根据本人的施工管理经验提供一些施工处理方法。一、膨胀土的特性膨胀土主要由蒙脱石、伊利石等强亲水性矿物质构成，从“膨胀”二字也可以看出：其是指能够膨胀与收缩的土壤，而膨胀与收缩的程度主要是由土壤中的含水量所决定的；从表面上来看，膨胀土以棕黄、灰白、黄红等颜色居多，加之其裂隙纵横交错，因此，其又有裂土之称；膨胀土的分布十分广泛，几乎遍及世界各地，但总的来说，我国膨胀土占的面积居世界首位。膨胀土的密度一般为1.6一1.8g/cm，较其他土壤的密度大，且在天然条件下，其质地非常坚硬，出现这种现象的主要原因是：其形成的时代较早，受历史前期上覆土层压力的影响较大。总的来说，膨胀土具有以下几个基本特性。1、具有超固结性。超固结性主要由固结性比（即当前上覆土层的压力除历史前期承受的上覆压力所得的数值）所决定。与一般固结土相比，膨胀土的工程性质要复杂得多，这是因为超固结性是工程性质的重要反映。2、具有抗剪强度。与一般的勃性土壤相比，膨胀土的抗剪强度要大得多，这是因为：峰值强度相比较残余强度之间的差距随着膨胀土因含水量的增多或减少发生变形程度的增大而逐渐增大，然而，总的来说，膨胀土抗剪强度的复杂性主要还是由混凝土本身的结构与属性所决定的。3、具有衰减特性。所谓衰减特性主要体现在：膨胀土的强度在外界环境因素的影响下有所降低。稳定性是高速公路施工的重要前提与最终追求目标，然而上述三点基本特性均说明膨胀土自身的不稳定性。由此可以看出：膨胀土是高速公路施工的重大威胁，必须尽可能地去克服它。二、膨胀土的危害膨胀土一直是岩土工程界的重要问题。因为失水收缩，遇水膨胀的变形以及边坡渗水强度下降等特性，让膨胀土地区建筑、工业、水利、道路、桥梁等工程建设都遭到了不同程度的破坏。随着科学技术的发展，我国工程界对膨胀土的结构特征以及相关工程性质进行了研究，并取得了相关的成果，对膨胀土危害原因进行了科学的分析，并且提出了很多可行性的处理方案。三、膨胀土路基的处理方法1、换土膨胀土地区路基设计需要进行特别处理的原因就是土质的特性，因此，在设计中最先想到的解决办法就是换土，将原本的膨胀土换成一般的土，就能彻底解决问题。为做好成本控制，在进行施工方案设计时必须根据公路所在地的气候资料精确计算换土深度，既要保证路基发挥自身功能，又要使造价最低。不同地区气候不同，膨胀土的临界深度和临界含水量也就不同。 根据工程实践中的经验和资料，地面降水使得土体含水量发生急剧变化的深度范围是1～2 m，具体来说，强膨胀土为2 m左右，中或弱膨胀土为1～1.5 m。因此，对该地区临界深度的确定是换土方式解决问题中至关重要的环节。2、湿度控制该方法的原理是隔断膨胀土与外界环境的联系，主要是要避免与大气的接触和防止地面降水向土体的侵入。在这种指导思想下，工程实践中常采用的方法是预湿法。在水里工程中一般采用用水浸泡地基土或覆盖非膨胀土以达到膨胀土的湿度平衡的方法，起到了良好的效果。另外利用特殊包裹材料将路基进行包封的做法运用较为广泛，通常采用土工布或粘土。3、改性处理改性就是改变土体的性质，基本原理就是通过向土基中加入一些化学物质使其与土基中的某些成分发生化学反应形成新的稳定性物质。经过处理的土体性质发生明显改变，表现为强度增强、水稳性增加，事实上已经将膨胀土转化为非膨胀土。在工程实践中通常采用水泥、石灰或其他固化材料。他们的原理分别如下：水泥中的钙酸盐与铝的水化物和颗粒间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，从而降低膨胀土的液限，增大了膨胀土的塑限和抗剪强度；石灰的固化作用是由于盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水硅酸钙、铝酸钙等新矿物而显现出来；NCS固化材料除具有石灰、水泥的优点消除土的胀缩性外，还有吸水增强作用，改善土的压实性并生成微型加筋结构，提高土的强度。已有不少的成功案例证明这些方法的有效性，但经过总结，这些方法成功的关键在于施工的工艺水平和技术水平。四、高速公路膨胀土路基施工1、路基高度控制膨胀土的自身性质决定了该类型土壤容易在风化作用下产生不均匀沉降，进而降低高速公路的路基高度，给路基整体质量造成影响。所以在处理膨胀土路基时，一定要注意控制好路基高度，以免膨胀土在施工使用过程中发生失水干缩、浸水膨胀现象，导致路基沉降。一般来说，高速公路膨胀土路基的高度都不会设置太高，如果因施工条件影响，路基高度超过了3米，则施工设计时必须考虑路基沉降问题；如果高度达到了6米，一定要在设计期间留出相应的路基沉降量，事后再采取相应的加强、加固等处理措施，切实提高膨胀土路基的强度，确保其稳定性。2、做好膨胀土路基断面的施工高速公路膨胀土路基断面要尽可能的设置大一点，有条件者还需在断面横坡上设置一层防水防渗层；另外，为了保持路基被水分的稳定性，要尽量将路肩设置得宽一点，宽度控制在2～2.5m及以上；为了保证路肩和路面的连贯性，二者在施工时所采用的施工材料要相同，以免施工完成后出现土基水分分布不均匀问题。要注意的是，如果要进一步确保土基内部水分的均匀性，要在路幅面土基上铺设一层较薄面层，以此作为土基的防渗层，达到防水和防渗目的。一般情况下，高速公路路侧不可以种树，尤其是一些生长能力强，能快速吸收水分的树种，因为这类树种会将路面土基层的水分吸收，导致膨胀土失水干缩，造成路基路面裂缝。3、路基路面的排水控制稳定膨胀土最关键的是建筑路基排水系统，在建筑排水体系的时候一定要谨慎，要设计好建筑方案，保证排水顺畅，还要做好防渗工作，是土质一直保持湿润状态。地面全部的排水通道，特别是修筑在路面附近的排水通道要进行加固和铺设防渗措施，避免坡体浸泡在水里，同时还要预防杂物堵住排水通道。在堑顶修筑截水通道，避免水流会流向坡体冲击坡体，截水通道要协助排水通道进行排水。针对建筑的坡体是台阶性质的，要在每个台阶里面修筑截水通道，同时要在截水通道和坡体的下方建筑一个足够宽的平台，加固坡脚不被冲蚀。除此之外，还要避免因为膨胀土缺乏水分干缩而引起的变形。4、路堑施工工艺路堑施工前，应先进行截、排水设施的施工，将水引至路幅以外：边坡施工中.宜采取临时防水封闭措施保持土体原状含水量：挖方边坡不要一次挖到设计线.沿边坡预留30～50cm厚一层.待路堑挖完时.再削去边坡预留部分.并立即进行加同和封闭处理：宜用支挡结构对强膨胀土边坡进行防护 支挡结构基坑应采取措施防止暴晒或浸水。膨胀土地区的路堑，高速公路、一级公路的路床应超挖30―50cm.并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性土回填.按规定压实.其他各级公路可采用膨胀土掺石灰处理措施。5、路基排水在膨胀土的路基填料施工上，排水是一项十分重要的工作，为了保证通畅的排水，为了不使其浸润土壤，为了不使地表水下渗，一定要做好路基的排水，因此精心设计其排水措施显得十分重要。一般来说，地面的排水沟渠应该进行一定的加固和铺砌，防止被雨水冲刷后渗漏。和非膨胀土地区相比较而言，膨胀土的边沟应该有所加深加宽，为了防止坡脚被水浸渍，边沟的外侧还应该设置一平台，这样还防止异物堵塞边沟。堑顶设截水沟，为了防止水流深入坡体，冲刷坡面，设计的纵坡，对于排水来说应该十分的有利。对于台阶形高边坡应在每一级台阶内设截水沟以截排上部坡面水，而且为了使坡脚变得更加稳定，坡脚和截水沟之间应该有一定的宽度。此外，还应该避免因为基底失水引起膨胀土收缩于裂等现象。综上所述，在高速公路工程施工过程中，我们必须要对膨胀土进行处理，改变膨胀土的结构性质，从而应用在实际工程中，以保证公路工程的施工质量以及使用质量。参考文献：[1]王剑峰.高速公路膨胀土路基的施工处理[J].交通世界，2013，2.[2] 柏勇.高速公路膨胀土路基施工的现状与对策[J].才智，2012（6）：48―49.[3] 赵永军.谈高速公路膨胀土的路基施工[J].山西建筑，2013，39（3）：139-141[4]赵华萍.高速公路膨胀土地基的处理措施浅析[J ].中国科技财富，2010（12）：49―50.