膨胀土路基病害分析与加固措施
2015-04-01
膨胀土是由大量亲水性黏土矿物组成的一种具有吸水膨胀、软化、崩解和失水急剧收缩开裂，并能产生往复变形的黏性土。膨胀土对工程建筑的灾害几乎是无所不有的，在膨胀土地区建筑物经常会出现开裂变形，路基边坡出现大量坍方、滑坡。我国膨胀土分布范围很广，并且大面积存在于地表或者地表下浅层，对建筑、路基等的施工设计有很大影响。
1.膨胀土的分类
膨胀土的判别与分类方法并没有统一的标准，具体判别时要根据现场的工程地质、自由膨胀率、和建筑的破环程度来综合评定，工程地质和自由膨胀率是膨胀土的主要判定标准。
根据工程地质和自由膨胀率可以将膨胀土大概划分为三个等级。
（1）强膨胀土，主要成分是蒙脱石，自由含水率大于80%，线总膨胀率大于4%，呈灰白色、灰绿色，具有极发育的网状裂隙，易风化成细粒状，鳞片状。
（2）中等膨胀土，含有大量的蒙脱石和伊利石，自由膨胀率在55%~80%之间，线总膨胀率2%~4%，颜色呈棕、红、灰色，滑感较强，裂隙较发育，风化后为碎粒状，含有钙质的结核。
（3）弱膨胀土，含有蒙脱石、伊利石和高岭石，自由膨胀率在30%~55%，线总膨胀率0.7%~2%,以黄褐色为主，黏土中含有较多的沙粒，有滑感，风化呈碎粒装，钙质铁锰结核较多。
2.膨胀土的工程特性
2.1胀缩性
膨胀土具有吸水体积膨胀，失水体积收缩的特性，土中含有蒙脱石越多，含水率越低膨胀土的膨胀量和膨胀力越大。
2.2崩解性
膨胀土浸水后体积发生膨胀，在无侧限的情况下强膨胀土很快就会完全崩解，弱膨胀土随着时间的增加也会慢慢崩解且可能不完全。崩解特性还和起始湿度有关。
2.3多裂隙性
膨胀土的裂隙形成原因复杂可划分为原生裂隙和次生裂隙，原生裂隙是膨胀土在形成过程中经过外界的物理化学作用胀缩效应形成的，次生裂隙则是有原生裂隙演变而来。裂隙的形状有垂直、水平、斜交三种类型。
2.4超固结性
膨胀土大都是历史上受过超压的作用处于超固结状态。具有密度高、天然孔隙率小、初始结构强度高的特点。土体开挖后，固结应力会释放，边坡与路基面会出现卸荷状态使边坡易破坏
2.5强度衰减性
膨胀土的初期强度极高，但由于吸水膨胀的特性，经过反复胀缩作用原始结构就会破坏，残余强度极低。受风化作用的土体很快就会产生碎裂、剥落、泥化的现象，是土体原始结构改变很多，强度严重降低。
3.膨胀土的路基危害
膨胀土的路基危害主要表现在路面、路堑和路基的病害。
3.1路面的病害
波浪变形，由于膨胀土路基的含水量的不同，土体就会产生不均匀的胀缩，从而使上部路面产生很大幅度的横向波浪变形，随着季节和年度的变化，波浪变形也会相应改变。
溅浆冒泥，雨季时土体会吸水软化，在车辆的反复碾压中就会形成泥浆，路面开裂后就会沿着裂缝冒泥，当地下水位过高影响路基时也有可能发生这种现象。
3.2路堑病害
冲蚀，坡面松散的土体在雨水或地表径流的冲刷下，表面上的微裂缝反复胀缩，并逐渐扩大严重，最终使土坡呈碎粒状，影响边坡的稳定性。冲蚀破坏了破面的整体性，沿破面形成了很多的冲沟，形成恶性循环。
剥落，边坡表面受到常年的风化作用，土块分解成细粒状、鳞片状，应力释放，在重力作用下土粒沿破面下滑剥落。这种现象主要发生在夏季少水的干旱季节，甚至剥落严重时阳坡比含水量较多的阴坡面破坏更加严重。剥落的土堆积在边沟和坡脚会影响路面的正常使用，造成新的危害。
溜坍，在雨季膨胀土局部表层吸水饱和，在重力与渗透的影响下会沿发生向下溯流坍滑的现象，坍落截面呈马蹄形。
滑坡，由于土体抗剪强度的降低，土坡会发生大范围的下滑现象，有明显的滑床，滑床后壁陡直，前缘平缓，有很大的破坏性。膨胀土的滑坡与土的类型和结构有很大的关系，与边坡的高度和土坡坡度无明显的相关性。采用一般的措施防止膨胀土的滑坡危害作用不大，要做相应的特殊处理。
3.3路堤危害
沉陷，路堤和普通地基一样会发生不均匀的沉降，这是因为膨胀土路堤施工时不易被粉碎，也不容易被压实，在风化、湿胀和路基自重、汽车外荷载的作用下就会发生路堤的变形。路堤越高沉陷越严重，严重时难以修复。
边坡溜坍与滑坡，主要由于施工过程中边坡填料不当，压实不够或者排水做的不够完善，多发生在边坡的坡腰和坡脚附近。填料时如果使用膨胀土，就会形成软弱带；没有按要求打碎填土块，填土的质量差；在基础底部没有清理干净淤泥或者有水分存在；边坡的防护措施不当等都可能引起滑坡，膨胀土的滑坡在堤身和基底都能发生滑动。
路肩的坍滑，路堤肩部如果压实不好，填土达不到设计的密实度，两面处于临空的部位，当有雨水长期渗入时，经过干湿交替的影响会在路肩顺路线方向产生纵向开裂，形成很长的张开裂缝。
4.膨胀土地区的选线与路基设计原则
（1）路基尽可能的避免高路堤和深长路堑，不能避免时要考虑桥隧的方案。当作为路基考虑时，要有相应的保证路基稳定性的措施。路堑附近有重大建筑物时，路基和建筑物要保持在一定的距离，或者以隧道的形式通过，负责就要加强防护措施。
（2）强膨胀土最好不要作为路堤填充料，考虑到经济要求必须使用时，必须加入石灰水泥等无机结合料进行拌合，膨胀性较弱的土可作为地基下层使用。
（3）路基边坡稳定性验算时不能以膨胀土天然状态下原状土块的峰值作为验算依据，要考虑到膨胀土的变动特性和强度衰减特性。
（4）膨胀土大多属于超固结土，路堑开挖会释放土的一部分固结应力，边坡如果长期出去外界条件的卸荷状态下必然会引起路堤边坡的破坏，因此在施工时可以采取相应措施减少固结应力的损失，保持膨胀土较高的初始强度，以减少公路的防护加固工程降低公路危害。
