公路膨胀土路基变形预测与控制方法

邱 晓 沛

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)



公路膨胀土路基变形预测与控制方法

邱 晓 沛

(山西路桥第二工程有限公司，山西 临汾 041000)

介绍了膨胀土路基湿胀变形计算的方法，分析了膨胀土路基自身平衡含水率的预估方式，提出了膨胀土路基刚度补偿设计的措施，从而避免路基变形破坏现象的发生。

路基，膨胀土，变形计算，含水率，刚度

在实践工作开展过程中，为了有效的控制膨胀土路的路基变形状况与问题，在相关工作开展过程中主要就是应用石灰以及水泥等方式降低膨胀土的胀缩性，但是在实践中其膨胀土与石灰无法拌合均匀，在整体上来说其施工造价相对较高。对此在近年来的发展中在公路工程开展中主要就是通过直接利用膨胀土填筑路基的方式开展施工作业，其中最为关键的就是对其相关变形计算以及控制的理论和方式等进行优化完善。

1 膨胀土路基湿胀变形计算与控制

1.1 膨胀土路基自身的变形计算方式探究

膨胀土路基在实践中主要就是对其分层压实成形操作，在其压实作业施工中，通过设计的模式对其初始含水率以及干密度进行确定，其相关膨胀土的填筑层主要的影响因素就是受到其土层自重、路面自重以及其行车的荷载等相关因素影响，对此在实践中基于确定层位来说，其上覆压力是可以明确的。其具体的计算公式为：

基于膨胀土自身的湿胀特征可以了解，其在发生转变的过程中会产生膨胀土路基的隆胀变形的问题。当膨胀土的初始含水率、密度以及路基设计的相关高度在特定的状况之下，其相关计算参数可以通过无荷膨胀率实验、有荷膨胀率实验以及膨胀力相关试验获得，其膨胀土路基的实际平衡含水率在现场的实际调查以及相关数值的模拟估算过程中可以获得。

其中较为关键的问题就是，在路堤边坡的3 m左右的水平距离之内，其是干湿循环的重点影响区域。在这个阶段中，其实际的含水率主要就是基于晴雨季节的影响，在不同的季节中会产生不同程度的胀缩变形状况。要想有效的避免其出现不均匀膨胀土路堤变形问题，在实践中则可以通过采用膨胀土填芯操作、非膨胀土填料包边等方式避免其因为干湿循环导致的周期变化以及膨胀土路基产生的相关非均匀变形。

1.2 膨胀土路基自身的平衡含水率的预估方式

平衡含水率就是在其具体的湿热环境的影响之下其膨胀土边坡内部因为不同环境以及雨水状况影响导致的相对稳定的含水率。其中膨胀土边坡的实际干湿循环关键影响位置中的天然含水率与区膨胀土在实际的气候条件下的相关平衡含水率相近似。膨胀土路基平衡含水率数值模拟计算结果见表1。

表1 膨胀土路基平衡含水率数值模拟计算结果

通过对膨胀土路基的实际调查与分析，以及相关数值模拟的分析可以了解在南方湿热的气候影响之下，实际的膨胀土路基的相关含水率呈现缓慢的上升趋势，平衡含水率与膨胀土的塑限较为接近。对此，在实践中可以将塑限作为其膨胀土路基的最终含水率。

2 膨胀土路基刚度补偿设计方法

在实践中，如果基于其最大承载力作为实际的工作目标开展相关膨胀土的路基压实操作，膨胀土的实际填料虽然可以有效的满足路基的实际承载强度的各种需求，但是因为路基顶面的回弹模型量相对较低，无法满足路面对于其路基的实际需求，对此在实践中可以通过膨胀土路基的刚度对其进行补偿操作。这里所说的路基刚度补偿就是基于膨胀土填筑的相关土基顶面中，通过应用具有一定压实性能,且压实之后的回弹模量相对较高又具有一定的水稳性能的非膨胀土对其填料操作，在实践中可以通过各种碎石土等类别的材质进行上覆层的填筑。这样可以提升路基顶面的实际回弹模量。

在实践中，对膨胀土路基进行刚度补偿层铺筑操作，并经其看做为双层弹性体系。在实践中将其实际的刚度补偿层中的回弹模量通过E1对其进行表示，h表示其厚度，将其通过膨胀土进行填筑的土基顶面的相关回弹模量通过E2对其进行表示，在刚性承载板自身的垂直荷载等相关作用之下，通过双层弹性理论对其进行操作，进而获得其垂直变形的数据，并且通过L对其进行表示。

同时，在实践中将其铺设的刚度补偿层的相关膨胀土路基作为其弹性的半空间，将其顶面的回弹模量通过E0对其进行表示，在实践中基于刚性承载板自身的垂直荷载作用想象之下，可以通过弹性半空间理论对其表面的垂直位移进行计算并且获得相关数据。

3 结语

1)在其气候环境呈现湿热的状态时候，基于其最大密度为主要目标设计的膨胀土路基的相关施工中对于含水率的控制普遍较低，在其运营工作开展中其含水率会呈现升高的趋势，进而就会导致膨胀变形，实际的密度、刚度以及其自身的承载力等相关因素的下降，继而致使路基出现变形破坏的状况。

2)通过膨胀力以及有荷膨胀试验模式的开展，在实践中可以在不同的上覆压力、不同初始含水率的实际膨胀土膨胀状况通过双曲线函数的方式对其进行表示，此种数学模式相对较为简单，在工程应用中开展较为容易。

3)相对传统的方式来说，在实践中通过最大加载承载的方式对其实际的路基施工的含水量进行控制，其在浸水后的实际的承载力最大，其湿胀变形则相对较小，整体的水稳性相对较好，是一种较为有效的控制含水率的设计模式与手段。

4)要想有效的保障膨胀土路基的自身刚度，在实践中可以应用路基刚度补偿的方式开展工作，也就是在实践中在其膨胀土路及顶部进行刚度以及厚度非膨胀性填料的铺设，进而提升其整体的刚度要求。

[1] 罗岩枫.水南路膨胀土路基处理[D].长沙：湖南大学,2009.

[2] 缪 伟.膨胀土路基处治试验段及开挖边坡现场监测分析与研究[D].长沙：长沙理工大学,2007.

[3] 安骏勇.膨胀土公路工程特性及灾害防治技术研究[D].武汉：中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所),2007.

[4] ZHENU Jiarrlong,ZHANU Rui.Prediction and Ap-plication of Equilibrium Water Content of Expansive Soil Subgradc[A].Proceedings of the 2nd international Conference on Ucotechnical and Earthquake Engineering;Challenges and Recent Ad-vances in Ucotechnical and Seismic Research and Practices[C].Reston;American Society of Civil Engineers,2013:754,761.

On roadbed deformation prediction of road expansive soil and its controlling methods

Qiu Xiaopei

(ShanxiNo.2RoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Linfen041000,China)

The paper introduces the methods for the deformation calculation of the swelling of the expansive soil roadbed, analyzes the pre-estimation means for the water content of the self-balance of the expansive soil roadbed, and points out the measures for the stiffness compensation design of the expansive soil roadbed, so as to avoid the damages by the roadbed deformation.

roadbed, expansive soil, deformation calculation, water content, stiffness

1009-6825(2017)14-0152-02

2017-03-10

邱晓沛(1987- )，男

U416.1

A