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(kāi)裂，并能產(chǎn)生往復(fù)變形的黏性土。膨脹土對(duì)工程建筑的災(zāi)害幾乎是無(wú)所不有的，在膨脹土地區(qū)建筑物經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂變形，路基邊坡出現(xiàn)大量坍方、滑坡。我國(guó)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(duì)建筑、路基等的施工設(shè)計(jì)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(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具體判別時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)、自由膨脹率、和建筑的破環(huán)程度來(lái)綜合評(píng)定，工程地質(zhì)和自由膨脹率是膨脹土的主要判定標(biāo)準(zhǔn)。
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(gè)等級(jí)。
（1）強(qiáng)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(fēng)化成細(xì)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(qiáng)，裂隙較發(fā)育，風(fēng)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(fēng)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(wú)側(cè)限的情況下強(qiáng)膨脹土很快就會(huì)完全崩解，弱膨脹土隨著時(shí)間的增加也會(huì)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(fù)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(guò)程中經(jīng)過(guò)外界的物理化學(xué)作用脹縮效應(yīng)形成的，次生裂隙則是有原生裂隙演變而來(lái)。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(guò)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(qiáng)度高的特點(diǎn)。土體開(kāi)挖后，固結(jié)應(yīng)力會(huì)釋放，邊坡與路基面會(huì)出現(xiàn)卸荷狀態(tài)使邊坡易破壞
2.5強(qiáng)度衰減性
膨脹土的初期強(qiáng)度極高，但由于吸水膨脹的特性，經(jīng)過(guò)反復(fù)脹縮作用原始結(jié)構(gòu)就會(huì)破壞，殘余強(qiáng)度極低。受風(fēng)化作用的土體很快就會(huì)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(qiáng)度嚴(yán)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(huì)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(huì)相應(yīng)改變。
濺漿冒泥，雨季時(shí)土體會(huì)吸水軟化，在車輛的反復(fù)碾壓中就會(huì)形成泥漿，路面開(kāi)裂后就會(huì)沿著裂縫冒泥，當(dāng)?shù)叵滤贿^(guò)高影響路基時(shí)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(fù)脹縮，并逐漸擴(kuò)大嚴(yán)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(fēng)化作用，土塊分解成細(xì)粒狀、鱗片狀，應(yīng)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(yán)重時(shí)陽(yáng)坡比含水量較多的陰坡面破壞更加嚴(yán)重。剝落的土堆積在邊溝和坡腳會(huì)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(huì)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(qiáng)度的降低，土坡會(huì)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(wú)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(yīng)的特殊處理。
3.3路堤危害
沉陷，路堤和普通地基一樣會(huì)發(fā)生不均勻的沉降，這是因?yàn)榕蛎浲谅返淌┕r(shí)不易被粉碎，也不容易被壓實(shí)，在風(fēng)化、濕脹和路基自重、汽車外荷載的作用下就會(huì)發(fā)生路堤的變形。路堤越高沉陷越嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)難以修復(fù)。
邊坡溜坍與滑坡，主要由于施工過(guò)程中邊坡填料不當(dāng)，壓實(shí)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(shí)如果使用膨脹土，就會(huì)形成軟弱帶；沒(méi)有按要求打碎填土塊，填土的質(zhì)量差；在基礎(chǔ)底部沒(méi)有清理干凈淤泥或者有水分存在；邊坡的防護(hù)措施不當(dāng)?shù)榷伎赡芤鸹拢蛎浲恋幕略诘躺砗突锥寄馨l(fā)生滑動(dòng)。
路肩的坍滑，路堤肩部如果壓實(shí)不好，填土達(dá)不到設(shè)計(jì)的密實(shí)度，兩面處于臨空的部位，當(dāng)有雨水長(zhǎng)期滲入時(shí)，經(jīng)過(guò)干濕交替的影響會(huì)在路肩順路線方向產(chǎn)生縱向開(kāi)裂，形成很長(zhǎng)的張開(kāi)裂縫。
4.膨脹土地區(qū)的選線與路基設(shè)計(jì)原則
?。?）路基盡可能的避免高路堤和深長(zhǎng)路塹，不能避免時(shí)要考慮橋隧的方案。當(dāng)作為路基考慮時(shí)，要有相應(yīng)的保證路基穩(wěn)定性的措施。路塹附近有重大建筑物時(shí)，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(guò)，負(fù)責(zé)就要加強(qiáng)防護(hù)措施。
（2）強(qiáng)膨脹土最好不要作為路堤填充料，考慮到經(jīng)濟(jì)要求必須使用時(shí)，必須加入石灰水泥等無(wú)機(jī)結(jié)合料進(jìn)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(yàn)算時(shí)不能以膨脹土天然狀態(tài)下原狀土塊的峰值作為驗(yàn)算依據(jù)，要考慮到膨脹土的變動(dòng)特性和強(qiáng)度衰減特性。
?。?）膨脹土大多屬于超固結(jié)土，路塹開(kāi)挖會(huì)釋放土的一部分固結(jié)應(yīng)力，邊坡如果長(zhǎng)期出去外界條件的卸荷狀態(tài)下必然會(huì)引起路堤邊坡的破壞，因此在施工時(shí)可以采取相應(yīng)措施減少固結(jié)應(yīng)力的損失，保持膨脹土較高的初始強(qiáng)度，以減少公路的防護(hù)加固工程降低公路危害。
