膨胀土路基处理

路基设计原理论文

题目：膨胀土路基病害及其处理防治方法姓名：朱英珍

学号：2012121269

膨胀土路基病害及其处理和防治方法

【摘要】通过对膨胀土的分类进行了详细的讨论，并对膨胀的土力学性质和工程特性进行了分类解析，提出了膨胀土地区公路遭受的主要病害及产生病害的原因。提出了几种常用的病害处理方法，并从设计施工方面提出了防治措施。

【关键词】膨胀土；分类；工程特性；路基病害；处理技术；防治措施

Abstract:According to the detailed discussion of bulgy soil classification, the bulgy soil is analyzed in two respects: mechanical and engineering. Firstly, proposed the major subgrade disease and discussion is made on the roads suffered from the bulgy soil performance. Secondly, It suggested some prevention and control measures from the aspects of design and construction.

Key words:bulgy soil; category; property；subgrade diseases;prevention and control measures

为适应我国经济的迅猛发展，公路的修建及其技术标准的相应提高显得越来越重要。在我国高速公路尤其在我国西部高速公路建设中，经常遇到要穿越膨胀土地质的情况。膨胀土是在自然地质过程中形成的一种多裂缝并具有显著膨胀特性的土体，它的成分主要有强亲水性矿物(蒙脱石和伊利石)组成。膨胀土吸水膨胀、失水收缩，并有反复变形的性质以及土体中杂乱分布的裂缝，对工程结构物具有严重的破坏作用。特别是对高等级公路路基工程和大型结构物所产生的变形破坏作用，往往具有长期、潜在的危险，由于对膨胀土膨胀能力估计不足而造成公路病害的损失是相当惊人的。几十年来有近二十个国家遇到膨胀土的危害问题，其中美国、印度、南非、以色列、中国、澳大利亚和加拿大等国家尤为突出。据报道，在美国山于膨胀土问题造成的损失，比洪水和地震所造成损失的两倍还多[]1。因此，研究膨胀土的分类及性质对正确采取工程措施确保工程质量，以及预防膨胀土的灾害具有重要意义。

1 膨胀土的分类

在膨胀土地区进行工程建设，必须正确识别膨胀土，并准确判断膨胀土膨胀的强弱和工程的性质、特点，然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢，采取切实有效的方法进行处理。以往的工程建设经验已经证明:有一部分工程病害是因为对膨胀土的判断失误，使得对膨胀土没有正确的处理，而导致工程病害的发生[]2。因此要对膨胀土进行处置，首先必须对膨胀土进行正确的分类。

迄今为止，国内外提出的用于膨胀土胀缩等级评判的指标和相应的评判标准

较多，归纳起来主要有以下几种[]3[]4[]5：

柯尊敬标准

将膨胀土胀缩等级分为四级，评判指标为最大线缩率、最大体缩率和最大膨胀率(见表1)。

表1 柯尊敬膨胀土胀缩等级标准

美国垦务局标准

将膨胀土胀缩等级分为四级，评判指标为塑性指数、缩限、鹏胀体变和小于0.001mm胶粒的含量(见表2)。

表2 美国膨胀土胀缩等级标准

膨胀潜势标准

膨胀土胀缩潜势分为三级，评判指标为液限和塑性指数(见表3)。

表3 膨胀土膨胀潜势标准

体积变化标准

将膨胀土体积变化分为三级，评判指标为缩限和线收缩率(见表4)。

表4 膨胀土体积变化标准

杨世基标准

将膨胀土胀缩等级分为三级(见表5)。

表5 杨世基膨胀土胀缩等级标准

交通部《公路路基设计规范JTJ013-95》标准

将膨胀土胀缩等级分为三级，评判指标为自由膨胀率、膨胀总率和小于0.002mm粘粒含量(见表6)。

表6 交通部《公路路基设计规范JTJ013-95》标准

另外，还有文献[]6提出的等效数值评判法、文献[]7提出的塑性图判别法以及国家标准《膨胀土地区建筑技术规范GBJ112-87》等标准对膨胀土的等级进行划分。

总之，对膨胀土性质进行研究以及对它的准确分类是正确采取工程处理措施的前提，只有把膨胀土路段的膨胀土进行正确的分类，并结合工程的实际情况，才能找到一个实用而有效的膨胀土处理措施。

2 膨胀土的性质

膨胀土粘性含量很高，其中塑性指数Ip>17，多数在22~35之间；自由膨胀率般超过40%。膨胀土具有显著的吸水膨胀、失水收缩两种变形特性，一般强度较高，压缩性低，易被认为是较好的地基土。

2.1膨胀土的工程特性大致可以归纳如下[]8：

第一，胀缩性。膨胀土吸水后体积膨胀，使其上面的建筑物或路面隆起。如膨胀受阻即产生膨胀力，失去水分后体积收缩，造成土体开裂，并会使其上面的

建筑物下沉。因为膨胀土不同于其他粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低[]9。

第二，崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限压力的条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水后，几分钟很快就完全崩解；弱膨胀土浸水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。

第三，裂隙性。膨胀土中的裂隙，主要叫分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有特定几何形状的块体，如菱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。文献[]10认为裂隙的产生是由于膨胀土的胀缩特性导致的，由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为胀缩创造了条件。Bishop, Bjerrum[]11认为由于裂隙性引起的应力集中和吸力下降等原因造成土层软化，导致随时间减小，引起土体的破坏。

第四，超固结性。膨胀土大多具有超固结性，天然空隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷后膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易破坏。文献[]10认为超固结性是膨胀土的一个重要的特征，这个特性是导致膨胀土边坡渐进性破坏的主要因素。

第五，风化特性。膨胀土受气候因索影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。按其风化程度，一般将膨胀土划分为强、中、弱三层。

2.2 膨胀土的土力学性质

膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的，是具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土。下面主要是从它的微观结构、渗透性、强度、和变形四个方面[]12来进行研究的。

微观结构

土的微观结构的研究主要是运用X线折射法、差热分析法、染料吸附法、化学分析法、电子显微镜法等方法来研究土的微观结构[]13。研究发现泥岩残积膨胀土地层面裂隙较为发达，它是土体吸水、失水的良好通道，是使膨胀土具有强烈的胀缩性能的重要原因[]14。