膨胀土及物理处治技术的应用

程志强

【摘 要】膨胀土具有显著的吸水膨胀软化和失水急剧收缩硬裂两种往复变形特性，由于其具有严重的潜在破坏作用，铁路工程在设计施工时往往采用弃土换填，因大量借弃土方造成沿线水土流失、生态环境破坏与土地资源浪费，带来巨大的经济损失，为此提出膨胀土路堤物理处治的技术原理及技术要领供参考选择。

【关键词】膨胀土；特性；物理处治技术原理及技术要领

1.膨胀土的工程特性

膨胀土是指土中粘土矿物成分主要由亲水性粘土矿物（蒙脱石和伊利石）组成，同时具有显著的吸水膨胀软化和失水急剧收缩硬裂两种往复变形特性的高塑性粘性土。 我国是世界上膨胀土分布最广的国家之一，出于经济和环保考虑，在大面积膨胀土分布区修路时不得不用它做路堤填料，但必须辅以处置措施才能确保路基的使用品质。下面具体分析膨胀土的工程特性。

1.1 湿胀干缩性：膨胀土遇水膨胀，失水收缩，与其本身的物质组成有关。土中含有较多亲水性粘土矿物，如蒙脱石、伊利石等。当土体浸水时，土颗粒表面的结合水膜增厚，使颗粒间距拉大，从而引起土体膨胀；当土体失水时，结合水膜减薄，颗粒间距缩小，从而引起土体缩小。随着土体含水量的增减，膨胀力也产生相应的变化。由于土体含水量的变化与气候有关，因此土的膨胀变形是重复进行的。这就使得膨胀土上的建筑物开裂破坏。

1.2 多裂隙性：由于往复的干缩湿胀，致使土中的裂隙十分发育。裂隙不仅破坏土体的连续性和完整性，使土体强度降低，为渐进破坏提供条件，而且地表水的浸入形成了通道。水的进入加速了土体的软化及裂隙生成，两者互为因果，相互促进，形成恶性循环，使土体强度大大降低。

1.3 超固结性：在地质历史上，膨胀土地层曾受过比现在更大的前期固结压力，使土体处于超固结状态。超固结性不仅使路堑边坡坡脚产生较大的剪应力，而且还会带来强度的应变软化，这对边坡的短期及长期稳定性都极为不利。

2.膨胀土的判定标准和膨胀潜势

2.1 膨胀土的判定标准

2.1.1 《铁路工程地质膨胀土勘测规则》规定对膨胀土的判定分为初判和详判。

（1）初判

凡野外宏观地质特征符合表4-9-1内容，且自由膨胀率Fs≥40%的土，应初步判定为膨胀土。

（2）详判

在下述三项指标中，当其符合任意两项指标时，应判定为膨胀土。

2.1.2 《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112—87）规定，具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率大于和等于40%的土，应判定为膨胀土。

（1）常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；

（2）多出露于二级或二级以上阶地，山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；

（3）常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；

（4）建筑物裂隙随气候变化而张开和闭合。

2.2 膨胀土的膨胀潜势

我国铁路等部门对膨胀土的膨胀潜势分类见表4-9-2；铁路路基工程场地膨胀土可根据需要按表4-9-3分级。

3.物理处治的技术原理

通过采取有效的封闭包盖措施，把握好路堤土含水率的变化范围，膨胀土作填料完全能满足强度要求。因此，根据路基不同层位的工作状态和受力特点，将膨胀土填于特定的路堤部位，并采取有效的保湿防渗措施，设法控制堤中土体湿度在一定范围内变化，能使它保持足够的强度，成为合格填料来加以利用。总之有效保湿防渗是基本技术思路，而物理处治技术的合理应用，能有效避免膨胀土地区筑路引起的大量借土废方，带来良好的经济效益并解决好沿线水土流失及生态环境破坏。

在确定采用物理处治方案之前，首先须对拟用的膨胀土填料进行分类和选取，开展水理性指标测试（包括液、塑限和天然含水率测试）和改进CBR试验；其次计算其天然稠度值，该值主要用来判定其是否满足填筑条件；最后依据表4-9-4进行等级评定，当同一填料测得的CBR值、CBR膨胀量分别在不同的填料等级中，该填料的分级以较大的等级确定。在同一路段如果同时存在两个级别以上的膨胀土，应优先选择等级小的做填料，或者是将等级小的置于填芯下路堤的上部。

4.2 基底处理

为保证路基的整体强度及稳定性，原地基土为膨胀土、路堤填高不足1m时，必须挖去地表50～80cm的膨胀土，换填非膨胀土，并按公路路基施工技术规范规定的压实度要求进行压实；地表土潮湿时必须挖去湿软土层，换碎、砾石土、砂石或挖方坚硬岩石碎渣，或将土翻开掺石灰稳定并规定压实；与路堑交界处的填方，应开挖长不小于2m的台阶进行搭接，并铺设水平长不小于4m的双向土工格栅于填挖交界部位；在清理沿线低洼处路堤基底时，若发现有地下水出露，必须按前述筑做隔水层加以处理。

4.3边坡处治宽度的确定

5.结束语

在设计与施工中，应全面分析膨胀土的工程特性及膨胀土路基产生病害的原因和机理，积极采用新技术，使其在工程的经济性、施工的便捷性、土地资源占有量及生态环保效应等方面取得良好的效益。

参考文献：

[1]铁道第一勘察设计院，铁路工程地质手册，中国铁道出版社。

[2]杨和平，赵鹏程，郑健龙，膨胀土用作路基填料的分类指标体系研究.岩土工程学报（第31卷 第2期）。

[3]杨和平，章高峰，赵鹏程，郑健龙，贺迎喜，膨胀土填筑公路路堤的物理处治技术.岩土工程学报（第31卷 第4期）。