陇南地区弱膨胀土路基填筑处治优化技术

王欢　孙进玲　黄蕾　王选仓

摘要：为使某新建高速公路弱膨胀土分布路段路基达到合理经济的处治效果，选择自由膨胀率、胀缩总率、塑性指数和小于0.002 mm颗粒含量作为判别弱膨胀土膨胀性强弱的指标，通过对弱膨胀土进行进一步的细化分级，提出采用弱膨胀土作为路基填料的一般处治措施，以及采用不同膨胀性的弱膨胀土作为路基填料相应的优化处治措施。实践证明，有效措施的采用产生了良好的经济效益，并减少了对周围环境的破坏。

关键词：弱膨胀土；膨胀性；路基填料；优化处治措施

中图分类号：U416.11文献标志码：B

Abstract： In order to attain better treatment of subgrade on weak expansive soil of an ongoing expressway project， the free expansion rate， total expansion and contraction， plasticity index and the content of particles less than 0.002 mm were chosen to determine the strength of expansion. By means of further classification， general treatment measures for subgrade filled with weak expansion soil were proposed， as well as optimized treatment measures for expansion soil with different strength of expansion. Practice shows the application of such measures bring in economic benefit and reduce destruction of the environment.

Key words： weak expansion soil； expansibility； subgrade fill； optimized treatment measure

0引言

膨胀土是一种典型的灾害性土，由于其吸水膨胀、失水收缩的特性，使膨胀土路基容易产生开裂、局部坍塌、滑移等病害，从而对工程建设及养护造成很大危害。在施工中，当膨胀土膨胀性较强时，一般会将膨胀土进行弃方处理，换填工程特性较好的土；当膨胀土膨胀性较弱时，则根据路堤高度置换非膨胀土或无机结合料处治土。这些方法是简单有效的膨胀土路基处治方法，但换填非膨胀土会大大提高工程造价[12]。此外，采用石灰、天然砂砾、水泥窖灰、纤维等对膨胀土进行改良，虽然可以改善膨胀土的工程特性，但使工程造价增加，同时会影响膨胀土改良路基沿线的环境[35]。

如果尽可能使用弱膨胀土直接填筑路基，可以减少以上膨胀土处治措施所造成的损失。目前，对弱膨胀土填筑路基分级处治措施还没有明确的标准。本文通过对某高速公路沿线的弱膨胀土进行进一步细化分级，对不同膨胀性的弱膨胀土提出相应的优化处治措施，为膨胀土特别是弱膨胀土分布地区的公路建设提供参考。

1工程概况

陇南地区某高速公路沿线局部分布有灰绿色泥岩，经地质勘探和现场取样，室内试验测得该地段灰绿色泥岩具有弱膨胀性。

该高速公路位于秦巴山区、青藏高原、黄土高原三大地形交汇区域，是中国大陆二级阶梯向三级阶梯的过渡地带，主要构造为侵蚀剥蚀中山区（Ⅲ）北秦岭低中山亚区（Ⅲ2），植被覆盖较好，山脊线较为圆滑；地层分区属于华南地层大区的南秦岭—大别山地层区之迭部-旬阳地层分区，其中新近系岩层为青灰色灰白色，泥质结构，薄层中厚层构造，成岩性一般，暴晒易龟裂，具膨胀性，对路基影响较大。

膨胀土分布主要路段为低中山地貌区，线路以路基、桥梁形式布设于横岭河左岸阶地。地层岩性为坡积、冲洪积黄土状粉质粘土、碎石土、角砾；在粉质粘土与碎石土分界处多有淤泥质粉质粘土夹层分布；属第三系泥岩，为极软岩，灰绿色泥岩，具有弱膨胀性，经勘探揭示地下水埋藏浅，土体含水量高。

2膨胀土路基主要病害

膨胀土是一种典型的遇水膨胀、失水收缩的灾害性粘土，其裂隙性和超固结性较强。当膨胀土分布于路基浅表层时，受到外界降雨和气温变化的影响，膨胀土吸水膨胀后造成土体强度下降，失水收缩后使得土体产生收缩裂缝，膨胀和收缩反复循环达到一定程度后，膨胀土体会产生大量裂缝，严重破坏整体性，使得膨胀土体变得松散，易造成路基坍塌、崩解和局部隆起等病害。

3膨胀土路基原设计

对呈灰绿色泥岩的弱膨胀土分布地段，原设计采取的措施如下。

（1）对挖方泥岩进行废弃，并将边坡放缓，同时降低每级边坡高度至5 m。

（2）终点段挖方边坡施工时应注意做好与下一标段起点边坡的过渡和顺接，保证排水通畅。

（3）对填方路段采用砂砾土换填弱膨胀土。

4膨胀土路基优化处治措施

4.1弱膨胀土的分级

通过现场取样，在室内对膨胀土进行膨胀性试验得知，该路段膨胀土膨胀性较弱，对路基影响有限。因此，为减少废弃弱膨胀土所造成的经济浪费和环境影响，可利用弱膨胀土进行路基施工。

在路基填筑时，不同膨胀性的弱膨胀土的处治措施应有所差别。为使弱膨胀土被可靠、有效地利用，应对弱膨胀土进行进一步的细化分级，将弱膨胀土分为强弱膨胀土、中弱膨胀土和微弱膨胀土。

本文采用自由膨胀率、胀缩总率、塑性指数和小于0.002 mm颗粒含量作为判别弱膨胀土膨胀性强弱的指标。根据对国内外膨胀土分类标准的综合分析及以上4项指标，划分膨胀土膨胀性取值区间的规律，并将取值区间的分界值进行插值处理[68]，得出弱膨胀土分类标准，如表1所示。

4.2一般处治措施

4.2.1填方路堤

填方路基主要依据地形、基底强度、填料性质、填土高度确定基底需要采取的处治措施、断面形式和边坡坡率。挖方边坡主要依据岩土层结构、土层密实胶结程度、风化程度、地形、挖方高度、地下水活动等因素来选择断面形式和坡率，保证路基具有足够的强度和稳定性[910]。

（1）路基边坡处。

当边坡高度H≤8.0 m时，采用一坡到底的直线边坡；当边坡高度H>8.0 m时，采用折线边坡。在0 m20m时，边坡形式及坡率应按规范通过稳定性计算确定。

（2）填挖结合部及半填半挖路基处治。

对于原地面高差大于2 m或处于陡坎地段的横向半填半挖和纵向填挖转换路基的填挖结合部，为减少路基的胀缩变形，均应进行专门设计。

在纵横向填挖交界处，填方区填筑前应先清除表土及坡积物，当原地面纵、横坡陡于1∶5时，应将原地面开挖成1～2 m宽的台阶，台阶面留有2%～4%向内倾斜的坡度。对挖方区填方段填至上路堤顶面后，将挖方区路床80 cm范围超挖至下路床底面，对结合部采用重型压路机碾压处理后，铺设第一层土工格栅，再分层铺筑下路床，铺设第二层土工格栅。路基填挖结合部必须充分碾压，严格控制压实度。当结合部的原坡面有地下水出露时，应根据地形设置截、排水盲沟，防止水渗透至填挖接触面。

（3）原地基处治。

对地面须进行清表及填前碾压处理，当地面横坡缓于1∶5的填方路段，施工前应先清除坡积物、地表树根草皮或种植土，然后进行充分碾压，基底压实度应不小于90%；对于地面纵、横坡陡于1∶5的斜坡地段，应先清除地表树根草皮或种植土，然后开挖宽度为1～2 m的台阶，台阶应有2%～4%向内倾斜的坡度。

4.2.2挖方路基

根据沿线挖方路段膨胀土的膨胀性，边坡在保证安全的前提下，还要考虑环保和景观要求。

（1）对于H<5 m的路段，边坡坡率采用1∶12一坡到顶。

（2）对于5 m

（3）对于15 m

（4）对于H>30 m的路段，须进行专项设计。

在路基边坡施工过程中，采用分层开挖、分层稳定加固和坡脚预加固。根据不同地质条件和边坡高度采用不同施工方法：自上而下分级开挖，分级防护，稳定边坡；自上而下分级开挖，分级稳定边坡，坡脚设置支挡工程稳固坡脚。

4.3不同膨胀性弱膨胀土路基处治措施

本工程膨胀土的膨胀性较弱，因此可使用弱膨胀土对路基进行填筑。利用弱膨胀土填筑路基后，其上覆荷载的压力一定程度上抵消了膨胀土所产生的膨胀力，从而降低弱膨胀土填筑路基的膨胀变形。

不同膨胀性的弱膨胀土产生的膨胀力有所不同，对应的上覆荷载压力以及厚度也不同。因此，需要对不同膨胀性的弱膨胀土采用分级处治措施填筑路基。针对该高速公路弱膨胀土典型分布路段，现列出不同膨胀性的弱膨胀土分级优化处治措施。

（1）K644+720～K645+440段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的微弱膨胀土，将微弱膨胀土用于该路段下路堤的填筑，填筑总厚度为5 m左右，可将微弱膨胀土填筑3.5 m后，换填砂砾土等填筑1.5 m左右。

（2）K645+780～K646+360段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的微弱膨胀土，将微弱膨胀土用于该路段下路堤的填筑，填筑总厚度为8 m左右，可将微弱膨胀土填筑6.5 m后，换填砂砾土等填筑1.5 m左右。

（3）K647+460～K648+520段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的微弱膨胀土，由于该路段路堤填筑高度为1 m左右，为保证微弱膨胀土上的上覆路基厚度大于1 m，需要对路基表面50 cm换填砂砾土。

（4）K650+440～K651+220段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的中弱膨胀土，将中弱膨胀土用于该路段下路堤的填筑，填筑总厚度为5 m左右，可将微弱膨胀土填筑2.5 m后，换填砂砾土等填筑2.5 m左右。

（5）K651+300～K651+600段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的中弱膨胀土，将中弱膨胀土用于该路段下路堤的填筑，填筑的总厚度为4 m左右，可将微弱膨胀土填筑1.5 m后，换填砂砾土等填筑2.5 m左右。

（6）K651+650～K651+800段：该路段为填筑路基路段，经膨胀性判别属于表1中的中弱膨胀土，将中弱膨胀土用于该路段下路堤的填筑，填筑总厚度为6 m左右，可将微弱膨胀土填筑3.5 m后，换填砂砾土等填筑2.5 m左右。

综合以上弱膨胀土填筑路基措施，当弱膨胀土膨胀性为强弱时，按相关规范和标准进行路基处治；当弱膨胀土膨胀性为中弱时，可用于下路堤填筑，但弱膨胀土作为路基填料的上覆换填土厚度不能小于25 m；当弱膨胀土膨胀性为微弱时，可用于下路堤填筑，但弱膨胀土作为路基填料的上覆换填土厚度不能小于1.5 m。

采用以上不同膨胀性的弱膨胀土填筑路基分级处治措施后，还需要采取防水、保温、封闭和坡面防护等措施来避免弱膨胀土填筑后由于湿度变化所产生的膨胀。由于利用了弱膨胀土对路基进行填筑，减少了原设计方案中的膨胀土弃方量，工程获得极大的经济效益，同时，由于膨胀土弃方量的减少，也降低了对周围环境的破坏。

5结语

膨胀土是一种对工程建设危害很大的灾害性土，但并不是所有的膨胀土在工程建设中均应采取弃方的措施。相反，对于一些膨胀性很弱的膨胀土，如果在工程中加以利用，将会产生很大的经济效益和环境效益，本文得出以下结论。

（1）本文所研究的高速公路分布地区的膨胀土属第三系泥岩，为灰绿色泥岩，膨胀性较弱。

（2）采用自由膨胀率、胀缩总率、塑性指数和小于0.002 mm颗粒含量作为判别弱膨胀土膨胀性强弱的指标，将弱膨胀土划分为强弱膨胀土、中弱膨胀土和微弱膨胀土。

（3）根据不同膨胀性的弱膨胀土分级对典型弱膨胀土分布地区的高速公路提出了与不同膨胀性相适应的膨胀土路基填筑优化处治措施。

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[责任编辑：王玉玲]