高速公路膨胀土特殊路基设计研究

张忠海

摘  要：高速公路对路基的承载性与稳定性具有较高要求，由于我国幅员辽阔，地形复杂多样，越来越多的公路基础设施建设延伸山区，非常容易遇到红黏土、冻土、黄土、盐渍土和膨胀土等特殊路基建设情况。特别是膨胀土会对路基承载性带来不利影响，如果得不到有效处理，易诱发路基沉降、坍塌等病害，因此加强其科学设计显得尤为重要。文章在对膨胀土的分类、判别与工程特性进行分析的基础上，重点对高速公路膨胀土路基设计对策进行探讨。

关键词：高速公路;膨胀土;特殊路基;设计对策

中图分类号：U416         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）30-0092-02

Abstract： Expressway has higher requirements for the bearing capacity and stability of subgrade. Because of the vast territory and complex terrain of our country， more and more highway infrastructure construction extends to mountainous areas; therefore， it is very easy to encounter special road infrastructure such as red clay， frozen soil， loess， saline soil and expansive soil. In particular， expansive soil will have a negative impact on the bearing capacity of subgrade. If it is not effectively treated， it is easy to induce subgrade settlement， collapse and other diseases， so it is particularly important to strengthen its scientific design. Based on the analysis of the classification， discrimination and engineering characteristics of expansive soil， this paper mainly discusses the design countermeasures of the subgrade of expansive soil in expressway.

Keywords： expressway; expansive soil; special subgrade; design countermeasure

膨脹土广泛分布在我国众多省份与区域，尤其是在河北、陕西、江苏、河南与四川等地带分布范围较为广泛。高速公路膨胀土路段，若没有做好相应的路基设计，就容易诱发路基沉降、坍塌等质量缺陷，进而会影响高速公路行车的安全性与稳定性。通过本文论述，旨在可以找到一些有效处理膨胀土路基设计的方法与手段，提高膨胀土路基整体强度与稳定性，确保工程质量。

1 膨胀土的分类、判别及其成因分析

膨胀土本身是一种胀缩性特性很强且涉及到比较多裂隙的地质体，其在失水状态下会展现出很强的收缩性特性，在吸水状态下会展现很强的膨胀性特性，这种土质特征容易严重破坏工程结构物。膨胀土的这些特性主要源于其具有比较大的塑性、塑限与液限指数，在天然含水率条件下容易处在比较坚硬的状态，相应的压缩性也相对较低，这种特性使得其常常容易被工程施工人员和技术人员所忽视，进而会给工程建设埋下潜在的质量与安全隐患。在当前判定膨胀土期间，一般主要采取室内试验的方式来定性判别土质，相应的判定指标主要侧重土土的强度、胀缩性与水稳定性等等。根据它们各项参数的不同，可以将膨胀土划分成弱膨胀土、中膨胀土与强膨胀土三种类型，具体划分标准见表1。

鉴于膨胀土本身的特性可知，为了避免其给公路路基工程建设带来不利影响，需要结合《公路路基设计技术规范》中的相关规定和要求来对膨胀土进行有效处理。比如，基于规范规定可知，强膨胀土具有比较差的稳定性，不可以当成路基填料来使用;中等膨胀土可以结合公路路面结构类型、填料层数、膨胀土特性以及公路等级几个方面实际情况，选择恰当的路基改良与处理方法，之后可以用作路基填料;弱膨胀土可以结合当地的水文、地质和气候等实际情况来进行合理应用。

2 膨胀土的主要工程特性

膨胀土的主要工程特性表现在如下几个方面：其一，裂隙性特征。膨胀度本身具有相对较于软弱的结构面以及多裂隙构成的结构体，这极大地影响了其本身的抗剪强度，容易诱发比较严重的工程地质问题。其二，胀缩性。膨胀土的亲水性特性比较强，只有同水进行相互作用才能够增大其体积能力与土体湿度。而如果膨胀土体吸收了大量水，那么就会出现大程度膨胀，这样会容易使道路出现隆起变形破坏，如图1就是因为膨胀土膨胀造成公路路基板块突起破坏。

如果膨胀土本身失水，那么其体积也会缩小而出现收缩变化，并使得土体出现裂隙问题，这样的变化同样容易诱发道路开裂或土基下沉等一些变形破坏问题。其三，风化特性。膨胀土由于长期暴露在露天环境当中，会极大地受到外在环境当中水分含量的影响而在表层部分出现碎裂泥化，这样会降低其表层的强度。其四，超固结特性。膨胀土源于上层土层侵蚀作用而逐步形成的，这种特性使得其会反复、严重地危害道路，如使公路路面会随着季节改变而出现波浪变形破坏。

3 高速公路膨胀土路基设计的对策研究

3.1 膨胀土的改良方法

基于膨胀土的工程特性可知，其会对高速公路路基施工的承载性与稳固性产生比较大的影响。在那些缺乏优质土资源的区域，如果必须要选择利用膨胀土当作路基的填料，那么为了避免后续膨胀土路基出现质量病害，就需要采取恰当的手段与方法来改良膨胀土，常用的改良手段与方法如下：

（1）加入纤维材料。在土壤环境中水分含量增加的条件下，膨胀土中的蒙脱石等一些活性黏土矿物质本身会展现出极强的吸水性，并且会在吸水之后出现膨胀变化。而如果可以在膨胀土当中适当地加入一些纤维材料，那么可以使所形成的公路路基和纤维材料之间形成切应力，这样就可以对膨胀土特殊路基向外膨胀的变形进行有效地限制。有关实践与研究已经表明，通过将一定量的乙烯纤维添加到膨胀土中，膨胀土壤的膨胀情况得到有效改良。此外，在膨胀土中的蒙脱石出现吸水膨胀变化之后，所添加的纤维材料会相应地被拉长，这样能够对膨胀土壤的外扩进行限制，同样对其变形进行有效抑制，这样极大地减少膨胀土对高速公路路基施工带来的各种不利影响，同时添加纤维材料的施工成本相对较低，所以在高速公路膨胀土路基施工中广泛应用。除了乙烯纤维之外，丙烯纤维也是成为改良膨胀土的重要添加料。

（2）加入风化砂。通过在膨胀土当中适当地添加一定量的风化砂，也起到改良膨胀土的作用，如借助比例适当的风化砂确定，可以适当地增加膨胀土壤中大物质颗粒的整体含量，降低土壤当中吸水物质的活性;通过在膨胀土壤中加入风化砂，同样可以对土壤空隙进行填充，保证膨胀土路基在吸水之后的土壤拥有充足的膨胀范围与空间;通过添加风化砂，对膨胀土壤的整体膨胀系数进行改善，有利于减小不同土壤颗粒之间的摩擦力;基于风化砂在膨胀土路基施工中的应用，也有利于提升土壤内环境含水量，以此降低膨胀土本身的吸水性。通过上述这些添加风化砂作用的发挥，可以对膨胀土路基的变形进行有效控制，但是在实际施工中要注意充分搅拌膨胀土同一定比例的风化砂，避免搅拌不充分或不均匀而使膨胀土出现了二次变形问题。

3.2 其他方法

除了对膨胀土进行改良之外，如果高速公路膨胀土段路基施工中的条件允许，那么为了确保整个膨胀土段路基施工的质量，同样可以采取下述几种方法：

（1）换填法。换填法就是将不满足高速公路路基承载性能要求的土体直接替换为那些满足施工要求和规定的填料或土体，以此改善路基的承载性。在膨胀土进行换填处理期间，可以采用灰土、砂石以及一些非膨胀土进行换填，保证换填之后的路基满足设计规定与施工要求，减小其变形量。在实际的膨胀土换填施工期间，主要是将基底部位处的膨胀土挖除掉300～500mm，之后再在其中相应地回填灰土、砂石等一些膨胀性比较小的填料。在此基础上，要做好换填之后的碾压施工处理，力求可以最大程度降低路基变形量，避免其在未来出现不均匀沉降变化。

（2）樁基法。桩基是当前路基加固施工中广泛应用的一种地基处理方式，其可以使地基沉降量控制在0，不仅适用于江河区域地基加固，同样适用于膨胀土段公路路基处理。桩基一般具有相对较大的长细比，深度也达到了数十米，甚至一些达到了数百米，由于桩基持力层设置在承载力很强的土层或岩石层中，所以保证了其本身具有良好的承载性。但是在膨胀土段应用桩基加固路基期间，要保证整个桩基施工工序与过程的准确性，避免出现断桩或垂直度不准等问题。

（3）预湿（膨胀）法。也是处理膨胀土路基中比较常用的一种施工处理工艺，可以对膨胀土内部的湿度进行平衡，降低了膨胀土路基的变形破坏。预湿膨胀法主要是在膨胀土路基施工之前的膨胀土中加水使其保持湿润膨胀状态，这样可以使其在后续使用中不会继续出现过大的吸水膨胀变形，有效保护了膨胀土路基结构。

4 结束语

总之，膨胀土路基是高速公路路基施工中一种特殊路基形式，本身容易诱发比较严重的路基沉降病害。在实际的高速公路膨胀土路基设计与施工中，需要结合工程的实际情况，在对膨胀土进行科学改良的基础上，灵活地选用换填法、桩基以及预湿（膨胀）法等来全面确保膨胀土路基施工质量。

参考文献：

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