都安高速公路高岭土路基施工技术研究

周晓玺 杨露

摘 要：膨胀土是一种特殊性黏土，具有多裂隙、易风化、显著胀缩、反复破坏等特性，对环境的湿热变化敏感，处理不当易引发工程病害。因此，膨胀土地区修建公路，常常需要对膨胀土进行处治，以解决膨胀土的工程问题，保证公路长期稳定、健康运行。

关键词：高岭土;膨胀;路基处理;边坡防护

1 引言

膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩且浸水强度衰减等特性，对高速公路施工及运营存在极大的破坏作用。公路膨胀土路基会产生如路堤沉陷滑移、边坡失稳等多种病害。如果不及时处理或处理不当，后期将会造成严重破坏，导致高速公路难以正常、安全地投入使用。因此，在高速公路施工中，一定要做好膨胀土路基处理工作。

2 工程概况

都匀至安顺公路T18合同段K112+810～K113+000、K114+600～K114+800两段挖方开挖揭露为高岭土。经土工试验测量，天然含水率30%，液限为45%，塑限约24%，塑性指数约21%，最大干密度为1.92g/cm3，膨胀量为1.5%～3.0%，属于中等膨胀土，经计算其天然稠度=（液限-天然含水率）/塑限=0.625<1，表明土体结团严重，极难晾晒，即使土体表面晾晒干了，土团内部仍是湿的。因此不能直接用于路基的填筑。

3高速公路膨胀土路基施工工艺

由于以往公路建设对膨胀土的认识不足，膨胀土曾一度被当作正常填料直接使用，当用膨胀土填筑的路基发生开裂、沉陷或坍塌等病害，人们又将其全部废弃不用。不加限制的使用和全部废弃不用膨胀土同样都是十分不利的。前者会造成严重的质量隐患，后者会造成大量的废方和借方，而在膨胀土地区，弃土困难，周围如果没有好土利用，将阻碍工程进展，增加工程投资。因此，如何充分认识和适当利用膨胀土，在公路工程建设中是个亟待解决的现实问题。故本文拟结合室内试验成果，对膨胀土在填方路基的应用及膨胀土挖方路基的稳定加固技术进行探讨。

3.1 膨胀土填筑路堤

3.1.1 膨胀土填筑路堤稳定加固技术的处理原则

（1）防渗保湿。膨胀土的胀缩性受水分影响明显，只有杜绝水分在路堤内的迁移，才能使膨胀土路堤处于稳定的状态当中。工程实践证明，位于填芯部位的膨胀土其水分变化很小，基本不受外界气候条件的影响，而位于边坡部位的膨胀土则存在一个大气影响区，其水分迁移明显。因此，要对膨胀土路堤，特别是边坡部位需采取一定的防渗保湿措施。膨胀土包芯填筑设计图如下图所示。膨胀土填筑在90区，膨胀土的填筑高度H≤6m，93、96区、基底和边坡两边的包边区用好土填筑，包边厚度根据大气影响深度确定，一般为3～5m。

（2）石灰改良。由于高岭膨胀土有着较强的亲水性和膨胀性，石灰改性一方面利用石灰中的 Ca2+、Mg2+等离子来替换膨胀土中的Na+、K+等离子，增强土颗粒之间的结合力，提高土体的强度，从而改善土的性质;另一方面，石灰中的CaO和土中的SiO2、Al2O3之间通过化学反应生成铝酸钙水化物、硅酸钙盐等化合物，产生较强粘合作用，提高土的强度。将配置好的石灰试剂与膨胀土进行充分接触混合，从而促使膨胀土内部发生物理化学反应，土的内部结构出现变化，降低或消除膨胀土的膨胀性，增强其膨胀土路基的水稳定性。在包边路堤施工中，包边部分与填心部分同时铺设中弱膨胀土，用路拌机打碎，并轻压1～2遍，然后对两侧包边部分洒铺石灰并搅拌均匀，最后对包边部分与内部填料同步进行碾压，即完成一个碾压层的施工。

为了确定最佳的掺灰量，工地实验室分别选取了1%、2%、3%、4%、5%、6%的掺灰量进行试验，试验结果为养护7d后的石灰改良土的胀缩率分别是1.6%、1.2%、0.7%、0.51%、0.40%、0.37%，石灰改良土的CBR值分别为32.5%、57.5%、60.5%、66.7%、67.8%、68.2%。+根据试验结果，当掺灰量小于等于4%时，随着掺灰量的增加，石灰改良土的膨胀率和CBR改良最明显，效果最佳，但大于4%后，效果已不再明显，从而得出最经济的掺灰率为4%。

（3）土工格栅加固膨胀土路堤。除采用包边土处理外，还可以采用土工格栅加固膨胀土路堤。如下图所示，路堤边坡的中下部往往因不能抵抗水平膨胀力的作用而产生破坏。填筑前先用水稳性好、颗粒较大的好土填筑，必要时可考虑超宽填筑，以削弱地下水的上升对路堤底部的影响。在大气作用下，膨胀土路堤边坡易产生反复胀缩，形成纵向裂缝，强度降低。边坡裂缝的存在随着时间的推移会向路堤内部发展，从而导致路基纵向开裂，强度降低。因此可铺设土工格栅，在路堤下部两层土工格栅的锚固长度为6m，防止路堤底部因水平膨胀而产生破坏。路堤中部土工格栅的锚固长度为3m，起加固边坡，制约路堤膨胀变形的作用。在路堤上部两层土工格栅的锚固长度为6m，以防止路堤的纵向水平位移使其上填土及路面产生差异沉降。

（4）土石互层填筑膨胀土路堤。基底采用水稳定性好的填石基底，避免毛细水位上升，然后每填筑1.25m膨胀土后，采用0.4m的黏性土封层，上路堤及路床均需要采用好的填料填筑，且每层填料均需设置2%的双向人字横坡。

基于上述的各类方案分析研究，鉴于当地无石灰生产厂家，需要外购，都安高速T18合同段对K112+810～K113+000、K114+600～K114+800两段路基挖方填料的利用采用了土石互层的处理方式，路基填筑了通过3个月的沉降观测，沉降-位移曲线收敛，满足设计要求。

3.1.2 膨脹土开挖路堑

由于膨胀土边坡上的水分蒸发和收缩开裂、降雨在边坡上形成径流冲刷边坡、膨胀土吸水膨胀以及雨水渗入边坡内部，使边坡土块崩解，土体抗剪强度衰减，造成边坡的溜塌、滑坡、下沉、移位等变形病害现象十分突出，影响行车安全。且膨胀土边坡变形和破坏常常具有多次反复性和长期潜在危险性的特点，需要在前期设计和施工过程中引起足够的重视，防患于未然。

（1）膨胀土滑坡的力学机理分析：膨胀土堑坡滑动的力学机理就是堑坡连续破坏中滑动面的形成和土体抗剪强度衰减的过程，滑动面的形成是在滑体发生位移过程中发生和发展的。其过程可分为三个阶段：

1）初級张裂破坏阶段：由于堑坡局部蠕变，滑坡后缘开始出现张裂缝，随着深部土体含水量的增加，土体充分软化，在潜在滑动面上出现封闭式的塑性剪切区，相当于τ～σ曲线有中ab段。

2）剪切面扩展阶段：当主剪切区发展到相当程度，土体中部有些不连续剪切的软化剪切区终于逐渐连在一起形成了剪切面，土体颗粒重新排列。但滑坡前缘还处于不受压状态，故滑面仍未贯通于下部，相当于τ～σ曲线中的bc段。

3）滑体位移阶段：剪切面的不断扩展，使滑坡前缘受压隆起和剪坏，与剪切区和拉伸区的滑面贯通。此时滑面上的强度只能是发挥其残余强度，相当于τ～σ曲线中的c点，这时整个滑体发生水平位移（图5）。

（2）膨胀土边坡处理技术研究：1）保持边坡土体天然含水量状态的相对稳定，应防止地面水与地下水渗入路堑边坡。含水量的稳定与膨胀土的大气影响深度及边坡的内外排水设计密切相关。一般建议将膨胀土边坡采用护面墙、拱形骨架、喷射混凝土或者铺设土工布封闭保水。

2）保持边坡土体足够的抗剪强度，应防止土体强度的衰减。由于膨胀土路堑边坡在长期干湿环境下，极易产生破坏，且根据全国各地实际施工经验，一般坡比不应小于1：1.5，对于高边坡、高膨胀性土还应根据现场实际情况进一步放缓。

基于上述的分析研究，都安高速T18合同段对K112+810～K113+000、K114+600～K114+800两段路基挖方边坡采用了现浇拱形骨架+土工布膜覆盖处理，且将边坡由1：1放缓至1：1.5，修建完成后，坡面完好，雨水未能深入路堑边坡，保证了边坡的整体稳定性。

4 结束语

本文通过都安高速高岭土路基的填方和挖方的设计变更过程，总结了膨胀土路基的施工技术措施，对今后遇到同样的问题提供了一定的指导性意见，保证了路基的安全稳定性，保证了工期并节约了工程造价。

参考文献：

[1]杨果林.潭邵高速公路膨胀土处治技术研究[D].长沙：湖南大学，2003.

[2]膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）[M].北京：中国建筑工业出版社，1987：22-24.

[3]邬建峰，高亚军，武瑞峰.公路工程中的膨胀土问题[J].山西交通科技，2003（增）：18-20.

[4]肖荣久.陕南膨胀土及其地质灾害研究[M].西安：陕西科学技术出版社，1995.

[5]陈善雄，孔令伟，郭爱国.膨胀土工程特性及其石灰改性试验研究[J].岩土力学，2002，23（增）：9-12.