公路工程中的膨胀土问题.docxVIP

我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一总面积超过10多万平方公里。先后发现膨胀土危害的省市已达到２０多个?1、膨胀土的特性 膨胀土是颗粒高分散、成分以黏土矿物为主、对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土。在自然状态下,膨胀土多呈硬塑性或坚硬状态,具有黄、红、灰白等色。它主要由亲水性矿物质组成,如蒙脱石、伊利石和高岭石等;按黏土矿物分类,可以归纳为两大类:一类以蒙脱石为主,另一类以伊利石和高岭土为主。蒙脱石黏土在含水量增加时出现膨胀,而伊利石和高岭土则发生有限的膨胀。 膨胀土具有较大的吸水膨胀、失水收缩性能和强度衰减性。这种膨胀与收缩的可逆性,是膨胀土的重要属性,而压力和含水量的变化则是两个主要的外在因素。在含水量固定的膨胀土上的建筑物,不会因受到地基升降变形而引起破坏。在同样的条件下,土的膨胀率在不同的压力下是不同的,基底压力越大则土的膨胀率越低。在一般情况下,膨胀土强度较高,压缩性较低,容易被误认为是建筑性能良好的地基土。但当土中含水量变化时,膨胀土有发生胀缩变形的特性,对建筑物具有相当大的破坏性。所以,膨胀土是一种公路工程不可忽视的不良地基土。2?、膨胀土的判别与分类 膨胀土基本物理力学指标包括:自由膨胀率、液限及塑性指数、线膨胀率、膨胀力、收缩总率、缩限、CBR强度等,膨胀土粘土矿物成分决定着膨胀土的基本物理力学指标,并控制和影响膨胀土的工程力学性能。膨胀土的基本物理力学指标是膨胀土判别和分类的重要因素。 目前,国内外提出的判别膨胀土的指标很多,大体可分为两大类:第一类是反映土的自然结构与状态的指标,如压实性指标、膨胀性指数、吸水指标,这类指标需用原状土样测定;第二类指标是反映土的物质组成成分的指标,如自由膨胀率、液限、塑性指标、活动性指数,该类指标可由扰动样品测得,所以在实践中多被采用。 液限作为判别膨胀土的指标最近愈来愈得到广泛应用,这是因为液限是反映黏性土的粒度矿物组成及交换阳离子容量等的灵敏指标。众多土工试验结果证实,土的液限大体上与土的胀限含水量相当,缩限则大体上相当于塑限或略低于塑限。决定土的膨胀、收缩性能的这部分水恰好相当于浓度差渗透吸附结合水,即通常所称的弱结合水,其变化幅度主要受液限的高低控制,弱结合水多,液限就高,则土的胀缩性亦高。 用液限与塑性指数联合建立塑性图判别膨胀土方法已纳入国家标准(GBJ145—90)和交通部部颁标准(JTJ051—93)之中。前者取液限(76克锥)??L40%,A线以上为膨胀土;后者取液限(100克锥)??L≥50%,A线以上为膨胀土(图1)。用塑性图判别膨胀土的方法不仅物理概念明确,而且在实践上简单可行。 根据塑性指数和小于2??m颗粒的百分含量制作的威廉姆斯图也常用于判别膨胀土。这种判别方法在理论上是可取的,它既考虑了反映土水作用的塑性指数,同时也考虑了黏粒的百分比含量,突出反映了粒度的影响。 目前常用的膨胀土的简易分类方法有4种:a)按塑性图分类。b)按胀缩指标分类;c)按膨胀土物质成分和物理指标分类(见表2);d)根据土中交换阳离子成分与交换容量的分类。3、膨胀土病害及处理 公路工程中,膨胀土由于表层风化效应、湿胀干缩效应及软弱结构面效应,以及施工时压实不够,会产生许多病害。 在路堑中,在旱季,边坡表面层强风化土体会发生剥落现象。在雨季,坡面松散表土在集中水流冲蚀作用下,沿坡面会形成沟状冲蚀现象;边坡表层强化层内的土体,吸水膨胀软化,处于过饱和状态,在重力与渗透压力作用下,沿坡面向下会产生溜滑现象。坡面松散土粒与坡脚剥落堆积物,经水流裹带搬运会形成泥流,常堵塞边沟或涵洞,严重者甚至可冲毁 路基,淹埋路面。而边坡浅层膨胀土体,在湿胀干缩效应与风化作用影响下,土体强度衰减,稳定性变差会发生坍滑现象。边坡开挖后,由于坡脚支撑或软弱夹层被切断,在胀缩效应与风化作用的影响及水的促滑作用下,边坡土体丧失稳定平衡,会沿一定滑面发生滑坡现象。 在路堤中,填土压实不够,膨胀土湿胀干缩效应和崩解会引起路基沉陷。路肩顺线路方向填土压实不够,路肩临空,受风化作用影响面大,干湿交替频繁产生纵向开裂。由于路肩土体压实不够,又处于两面临空,易受风化作用影响,强度衰减会导致坍肩现象。此外,还有溜塌、滑坡等现象,主要由于表土压实不够,风化剧烈所致。 由此可见,膨胀土病害是相当严重的,为了防止这些病害发生,需要采取措施处理路基中的膨胀土。公路工程中的膨胀土处理主要涉及3方面的内容:膨胀土边坡稳定及防护;膨胀土隧道的支护与衬砌问题;膨胀土路基的处理。本文讨论膨胀土边坡防护与加固和膨胀土路基处理的问题。3.1?路基边坡防护与加固a)植物防护。它是一种柔性防护,可适应膨胀土边坡较大的胀缩变形,又能起到缓解风化、减轻水流冲刷、美化环境的作用。以铺草皮和种紫穗槐效果最佳;b)骨架护坡。用于防护风化层较浅的膨胀土边