膨脹土路基病害分析與加固措施
2015-04-01
膨脹土是由大量親水性黏土礦物組成的一種具有吸水膨脹、軟化、崩解和失水急劇收縮開裂，并能產(chǎn)生往復變形的黏性土。膨脹土對工程建筑的災害幾乎是無所不有的，在膨脹土地區(qū)建筑物經(jīng)常會出現(xiàn)開裂變形，路基邊坡出現(xiàn)大量坍方、滑坡。我國膨脹土分布范圍很廣，并且大面積存在于地表或者地表下淺層，對建筑、路基等的施工設(shè)計有很大影響。
1.膨脹土的分類
膨脹土的判別與分類方法并沒有統(tǒng)一的標準，具體判別時要根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)、自由膨脹率、和建筑的破環(huán)程度來綜合評定，工程地質(zhì)和自由膨脹率是膨脹土的主要判定標準。
根據(jù)工程地質(zhì)和自由膨脹率可以將膨脹土大概劃分為三個等級。
?。?）強膨脹土，主要成分是蒙脫石，自由含水率大于80%，線總膨脹率大于4%，呈灰白色、灰綠色，具有極發(fā)育的網(wǎng)狀裂隙，易風化成細粒狀，鱗片狀。
（2）中等膨脹土，含有大量的蒙脫石和伊利石，自由膨脹率在55%~80%之間，線總膨脹率2%~4%，顏色呈棕、紅、灰色，滑感較強，裂隙較發(fā)育，風化后為碎粒狀，含有鈣質(zhì)的結(jié)核。
?。?）弱膨脹土，含有蒙脫石、伊利石和高嶺石，自由膨脹率在30%~55%，線總膨脹率0.7%~2%,以黃褐色為主，黏土中含有較多的沙粒，有滑感，風化呈碎粒裝，鈣質(zhì)鐵錳結(jié)核較多。
2.膨脹土的工程特性
2.1脹縮性
膨脹土具有吸水體積膨脹，失水體積收縮的特性，土中含有蒙脫石越多，含水率越低膨脹土的膨脹量和膨脹力越大。
2.2崩解性
膨脹土浸水后體積發(fā)生膨脹，在無側(cè)限的情況下強膨脹土很快就會完全崩解，弱膨脹土隨著時間的增加也會慢慢崩解且可能不完全。崩解特性還和起始濕度有關(guān)。
2.3多裂隙性
膨脹土的裂隙形成原因復雜可劃分為原生裂隙和次生裂隙，原生裂隙是膨脹土在形成過程中經(jīng)過外界的物理化學作用脹縮效應形成的，次生裂隙則是有原生裂隙演變而來。裂隙的形狀有垂直、水平、斜交三種類型。
2.4超固結(jié)性
膨脹土大都是歷史上受過超壓的作用處于超固結(jié)狀態(tài)。具有密度高、天然孔隙率小、初始結(jié)構(gòu)強度高的特點。土體開挖后，固結(jié)應力會釋放，邊坡與路基面會出現(xiàn)卸荷狀態(tài)使邊坡易破壞
2.5強度衰減性
膨脹土的初期強度極高，但由于吸水膨脹的特性，經(jīng)過反復脹縮作用原始結(jié)構(gòu)就會破壞，殘余強度極低。受風化作用的土體很快就會產(chǎn)生碎裂、剝落、泥化的現(xiàn)象，是土體原始結(jié)構(gòu)改變很多，強度嚴重降低。
3.膨脹土的路基危害
膨脹土的路基危害主要表現(xiàn)在路面、路塹和路基的病害。
3.1路面的病害
波浪變形，由于膨脹土路基的含水量的不同，土體就會產(chǎn)生不均勻的脹縮，從而使上部路面產(chǎn)生很大幅度的橫向波浪變形，隨著季節(jié)和年度的變化，波浪變形也會相應改變。
濺漿冒泥，雨季時土體會吸水軟化，在車輛的反復碾壓中就會形成泥漿，路面開裂后就會沿著裂縫冒泥，當?shù)叵滤贿^高影響路基時也有可能發(fā)生這種現(xiàn)象。
3.2路塹病害
沖蝕，坡面松散的土體在雨水或地表徑流的沖刷下，表面上的微裂縫反復脹縮，并逐漸擴大嚴重，最終使土坡呈碎粒狀，影響邊坡的穩(wěn)定性。沖蝕破壞了破面的整體性，沿破面形成了很多的沖溝，形成惡性循環(huán)。
剝落，邊坡表面受到常年的風化作用，土塊分解成細粒狀、鱗片狀，應力釋放，在重力作用下土粒沿破面下滑剝落。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在夏季少水的干旱季節(jié)，甚至剝落嚴重時陽坡比含水量較多的陰坡面破壞更加嚴重。剝落的土堆積在邊溝和坡腳會影響路面的正常使用，造成新的危害。
溜坍，在雨季膨脹土局部表層吸水飽和，在重力與滲透的影響下會沿發(fā)生向下溯流坍滑的現(xiàn)象，坍落截面呈馬蹄形。
滑坡，由于土體抗剪強度的降低，土坡會發(fā)生大范圍的下滑現(xiàn)象，有明顯的滑床，滑床后壁陡直，前緣平緩，有很大的破壞性。膨脹土的滑坡與土的類型和結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，與邊坡的高度和土坡坡度無明顯的相關(guān)性。采用一般的措施防止膨脹土的滑坡危害作用不大，要做相應的特殊處理。
3.3路堤危害
沉陷，路堤和普通地基一樣會發(fā)生不均勻的沉降，這是因為膨脹土路堤施工時不易被粉碎，也不容易被壓實，在風化、濕脹和路基自重、汽車外荷載的作用下就會發(fā)生路堤的變形。路堤越高沉陷越嚴重，嚴重時難以修復。
邊坡溜坍與滑坡，主要由于施工過程中邊坡填料不當，壓實不夠或者排水做的不夠完善，多發(fā)生在邊坡的坡腰和坡腳附近。填料時如果使用膨脹土，就會形成軟弱帶；沒有按要求打碎填土塊，填土的質(zhì)量差；在基礎(chǔ)底部沒有清理干凈淤泥或者有水分存在；邊坡的防護措施不當?shù)榷伎赡芤鸹?，膨脹土的滑坡在堤身和基底都能發(fā)生滑動。
路肩的坍滑，路堤肩部如果壓實不好，填土達不到設(shè)計的密實度，兩面處于臨空的部位，當有雨水長期滲入時，經(jīng)過干濕交替的影響會在路肩順路線方向產(chǎn)生縱向開裂，形成很長的張開裂縫。
4.膨脹土地區(qū)的選線與路基設(shè)計原則
?。?）路基盡可能的避免高路堤和深長路塹，不能避免時要考慮橋隧的方案。當作為路基考慮時，要有相應的保證路基穩(wěn)定性的措施。路塹附近有重大建筑物時，路基和建筑物要保持在一定的距離，或者以隧道的形式通過，負責就要加強防護措施。
?。?）強膨脹土最好不要作為路堤填充料，考慮到經(jīng)濟要求必須使用時，必須加入石灰水泥等無機結(jié)合料進行拌合，膨脹性較弱的土可作為地基下層使用。
?。?）路基邊坡穩(wěn)定性驗算時不能以膨脹土天然狀態(tài)下原狀土塊的峰值作為驗算依據(jù)，要考慮到膨脹土的變動特性和強度衰減特性。
（4）膨脹土大多屬于超固結(jié)土，路塹開挖會釋放土的一部分固結(jié)應力，邊坡如果長期出去外界條件的卸荷狀態(tài)下必然會引起路堤邊坡的破壞，因此在施工時可以采取相應措施減少固結(jié)應力的損失，保持膨脹土較高的初始強度，以減少公路的防護加固工程降低公路危害。
