高速公路膨胀土边坡处理与实例分析

高速公路膨胀土边坡处理与实例分析

摘要：介绍了膨胀土吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的两种特性，当高速公路边坡位于膨胀土地段时，必须根据其特点，采取合理可行的处理措施，以消除膨胀土的膨胀和收缩潜势。本文通过工程实例，提出了采取削低边坡高度和减缓边坡坡度降低膨胀土应力，加强挡护，采用掺石灰等化学方法改良表层膨胀土，结合山坡截水沟、平台截水沟、排水沟以及采用防渗土工布隔绝外界渗水条件等处理措施，对相同条件下膨胀土边坡处理有较好的指导作用。

关键词：高速公路膨胀土边坡处理

一前言

膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性的粘性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石粘土矿物。我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一。现已发现有膨胀土发育的地区达20余个省、市、自治区，遍及西南、西北、东北、长江与黄河中下游及东南沿海地区。其中主要有：云南、贵州、四川、湖北、安徽、广东、广西、陕西、山西、河南、山东和河北等省区。

膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊力土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土只发生有限的膨胀。膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨胀。一般来讲，较干的粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大，但潮湿的粘土在水位下降或其它的条件变化时，可能变干，其收缩性亦不可低估。

由于膨胀土会因为土中含水量的变化而发生相应的膨胀软化或收缩硬裂，特别是在膨胀土边坡过高或坡度过大的地段，因含水量的变化，就会导致边坡滑坡，

严重的边坡将向下滑动以致推倒挡墙，影响高速公路正常行车，对行车车辆形成安全隐患。因此，必须对膨胀性土地段边坡进行处理。

二膨胀土边坡的处理方法

我国过去修建的公路一般等级较低，膨胀土引起的工程问题不太突出，所以一直未引起足够的关注。然而，近年来由于高等级公路的兴建，在膨胀土地区修建的高等级公路也出现了严重的病害，已引起相关部门的重视。由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水率的情况下处于较坚硬的状态，所以往往易被工程技术人员和施工人员忽视，但其对工程建设存在着严重的破坏性，膨胀土边坡易产生边坡滑坡威胁车辆行车安全等严重事故，且一旦出现问题，治理难度极大。膨胀土边坡的处理应根据当地的气候条件、水文地质情况和膨胀土的胀缩等级，因地制宜采取相应的处理措施。目前处理膨胀土边坡的方法主要有采用换填非膨胀土的方法和采用掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钠、氯化钙或磷酸等化学方法来稳定膨胀土。能够采用换填非膨胀土或化学处理等方法，从根本上改变土壤的性质，则是根治的最好方法。但如果需要处理的膨胀土数量太大，采取换填非膨胀土或化学处理改变土壤性质的方法则不可行。可以采取削低边坡高度和减缓边坡坡度降低膨胀土应力，加强挡护，采用掺石灰等化学方法改良表层膨胀土，结合山坡截水沟、平台截水沟、排水沟以及采用防渗土工布等综合措施来处理边坡。

三工程实例

3.1 工程概况

荆宜高速公路是杭州至兰州国家重点干线公路的组成部分，也是湖北省规划建设的“六纵五横一环”高等级骨架公路网中的主要“一横”。荆宜高速公路的建设对完善国家重点干线公路网和湖北省公路网结构，促进湖北经济发展，服务西部大开发和旅游经济的发展都具有重要意义。

湖北省荆门至宜昌高速公路当阳至宜昌段土建施工第六合同段位于湖北省当阳市境内，起迄桩号K64+250～K74+400，主线全长10.15公里。境内主要控

制点为双莲镇，路线途径白河水库，上跨焦柳铁路，所经区域处于鄂西山区与江汉平原的过度地带，处中亚热带与北热带融汇地区，气候温暖湿润，四季分明，雨热同期。沿线属长江水系，低丘陵区地貌，河谷发育，且分布于丘陵两侧，水量随季节变化，地质构造不发育，岩层产状稳定，标头及标尾为强风化砂岩，局部有灰岩，中间段多为弱、中膨胀土。里程桩号K67+800～K68+350山头处土质各项指标见表-1。从表-1可以看出项目部工地试验室和监理中心实验室对该山头处土质情况的试验检测数据是吻合的。根据《公路路基施工技术规范》JTJ033-95规定，Wl＞45%；自由膨胀率FS＞90%属于强膨胀土；65%＜FS＜90%属于中等膨胀土；45%＜FS＜65%属于弱膨胀土。判定K67+800～K68+350山头处土质为中膨胀土，该山头处边坡必须进行处理，否则边坡易发生塌方等事故。

荆宜高速公路第六合同段K67+800～K68+350土场情况表-1

3.2 处理方案

1）、降低边坡应力

为了降低边坡的侧向应力，首先就要采取削低边坡高度和减缓边坡坡度。从源头解决边坡侧向应力过大的问题，避免挡墙因承受不住边坡向下滑动的推力以致被推倒。边坡不要一次挖到位，可采取分段施工，以控制土体开挖面暴露时间，当确有困难时，需预留一定的保护层厚度(50-100cm左右即可)，避免因下雨导致边坡被雨水冲刷形成冲沟。

2）、加强挡护

为了有效承受边坡向下滑动的推力，必须采取有效的挡护措施。由于浆砌片石挡墙质量不易控制，加之个别施工队伍为节约成本偷工减料，通过多年的施工经验，采用砼挡墙可以有效避免上述问题。同时，按照高速公路挡墙施工规范设置泄水管，排出边坡渗漏的雨水。墙后填土需采用透水性较好的材料，并分层碾压密实，每层厚度以20-30cm左右为佳，太厚则无法碾压密实。碾压设备尽可能采用蛙式打夯机等小型碾压设备，设备过大则无法进入墙背后进行碾压，采用人工碾压的方式则无法碾压密实。墙后填土必须碾压密实，不能留有空洞，造成边坡有下滑的空间，从而导致边坡塌陷。

3）、改良表层土质

掺石灰是各种改良土质的化学处理方法中最普遍和最有效的方法。生石灰比熟石灰效果更显著，与同等掺量的熟石灰相比，生石灰对膨胀土的改良效果较熟石灰高出1～3倍。原因主要有两点，其一，生石灰中不含有化学结合水，6％的生石灰相当于约8％的熟石灰；其二，生石灰接触潮湿的粘土后，发生水化反应，放出大量的热，从而促进了石灰与膨胀土之间的反应，增强了土的承载力，可以更有效地改善土壤的土质。通过反复试验，该路段边坡中膨胀土掺入6％左右生石灰其胀缩总率接近为零。采用挖掘机挖掉预留的膨胀土，在边坡表面用石灰画上方格，按6％剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖掘机将土挖起翻拌（需处理的表层土厚度为50-100cm之间）并堆放成沙丘状，“闷灰”3天左右。在此期间每天用挖掘机翻拌1次，充分拌匀。然后，用挖掘机将已充分拌匀的土摊平，再用蛙式打夯机等打夯设备将土层表面分层压平顺、压实。

4）、加强防排水

因膨胀土有遇水膨胀的特点，所以膨胀土处理一定要加强防、排水工作。在边坡开挖前，首先应修好山坡截水沟，将山上汇集的雨水排到边坡两边，避免雨水直接冲刷边坡。边坡成型后，应立即施工平台截水沟以及排水沟，与山坡截水沟形成纵横交错的排水系统。使得表面水流对坡面冲刷被分成了很多小格，形成“格室”效应。每一格内的水流在该范围内通过相应的沟槽排走消散，减少了坡面的整体冲刷，削弱了坡面的整体膨胀性。另外，在表层土与原土之间需铺设防