特殊条件下的路基施工——膨胀土地区路基

第五章特殊条件下的路基施工第三节膨胀土地区路基施工一、膨胀土的概念•膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物，具有吸水显著、膨胀软化、失水急剧收缩硬裂以及往复湿胀干缩特性的高塑性粘土，又称裂土，裂隙粘土。具有很强的亲水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。土体遇水急剧膨胀，失水则严重干缩。其工程力学性质极不稳定，不宜直接作为高速公路路基填筑材料。膨胀土工程中的“癌症”蒙脱石伊利石混层粘土矿物矿物成分超固结性裂隙性吸水膨胀软化失水收缩开裂反复变形基本特性分布广类型多性质复杂中国膨胀土特点中国的膨胀土及其公路工程中的问题膨胀土的主要特性大致可以归纳为以下几点：•1、土的粘土矿物成分中富含有亲水性矿物成分，如蒙脱石、伊利石等。•2、有较强的胀缩性。•3、有多裂隙性结构。•4、有超固结性。•5、有显著的强度衰减性。•6、有崩解性。•7、有风化特性。•8、多含有钙质或铁锰质结核。•9、一般呈棕、红、黄、褐及灰白等色。•10、自然坡度平缓，无直立陡坡。•11、对公路路基及工程建筑有较强的潜在破坏作用。裂隙性膨胀土普遍发育各种形态的裂隙。裂隙的形成与它的成土过程、胀缩效应、风化作用等许多因素有关。超固结性膨胀土在其形成的地质历史过程中，曾受过比现在自重应力更大的上覆荷载，呈超固结状态，因此深层原状土具有较高的初始强度。由于先期固结压力的作用，膨胀土在开挖后，已形成的应力平衡被破坏，常会出现土体松胀。二、膨胀土地基常见病害•膨胀土的危害是十分严重的，述有“逢堑必滑，无堤不塌”之说。最近几年修建的高等级公路中，受到了膨胀土的严重危害影响也很多，出现了油面开裂、松散脱落、路基下沉、翻浆、边坡沉塌、滑坡等质量问题。主要病害有以下几个方面：•1、深陷变形：它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形，故施工中难以破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的重要原因；它作为地基，本身承载力就较低，在受到外界干扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底变形、路堤破坏的又一重要因素•2、滑坡：斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动面土体含水量较大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。•3、溜塌：路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以及土的胀缩作用，强度降低而溜坍•4、纵裂：•5、坍滑：路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生的一种变形现象。广西南友路膨胀土滑坡公路工程中的膨胀土问题通往南宁市畜牧研究所某路段矮墙破坏广西322国道南宁出口段路堑边坡坍塌广西南百路膨胀土滑坡公路工程中的膨胀土问题湖北襄荆路堑边坡挡墙被推移剪切破坏湖北襄荆路堑边坡骨架破坏膨胀土引起的路面破坏公路工程中的膨胀土问题广西百色市水泥路面严重的龟纹网裂南宁市圆湖路沥青路面隆起产生波浪变形云南新哨路因膨胀变相引起的沥青路面变形桥台开裂桥梁锥坡开裂外移截水沟被剪断公路工程中的膨胀土问题广西南友路膨胀土废弃造成的水土流失公路工程中的膨胀土问题弃方被雨水冲刷后情形弃土堆塌陷景象膨胀泥岩弃方风化剥蚀后景象膨胀土在我国分布很广，从东南沿海到川西平原，从太行山到云贵高原均可见到，西部规划建设中拟建的2.1万公里里程中有近3300公里路段穿越膨胀土分布区。膨胀土工程地质问题已成为西部公路建设中最突出的工程问题之一。膨胀土分布区膨胀土分布区膨胀土分布区中国膨胀土分布我国膨胀土分布国家高速公路网布局三、膨胀土路基施工方法：目前膨胀土路基处治方法有：1、膨胀土性质改良法是改变膨胀土的亲水性、热敏性和胀缩性的方法，包括机械改良法(又称夯实法)、物理改良法及化学改良法。但耗资大、施工机械要求高、工期长。2、封闭法对路堤两侧全部采用浆砌片石、混凝土预制块封闭，加深边沟，增设盲沟、渗水沟等措施，保持膨胀土中水分不改变，克服膨胀土吸水膨胀、失水收缩性质的方法水是膨胀土的大敌，对地表水、地下水均需设置渗水及排水设施，将水引排出路外。3、加固法是采用抗滑桩加固、稳定膨胀土填土边坡方法，以及设计考虑土体膨胀压力的挡土墙的方法。4、换填法是挖除路基施工范围内的膨胀土，采用非膨胀土的填筑的方法。但容易导致膨胀土地区水土流失、生态环境严重破坏。四、防治原则和具体措施•防治原则：具体情况具体分析，保湿防渗，防治膨胀土滑坡必须坚持“先发制坡，以防为主”的原则，在治坡当中本着“治坡先治水，防滑先防水”的原则。研发使用经济新型合成土工材料。•1保湿防渗•由于膨胀土路基具有显著吸水膨胀和失水收缩两种变形特性，因此，首先应考虑尽可能对路基边坡和路肩土体采取保湿防渗措施．防止土体干缩湿胀、表层风化、抗剪强度衰减等。•1．1封闭路基坡面或路肩•植被防护、骨架防护、重塑土反压、坡脚挡土墙1．2挡土墙防护•对于挖方路堑段，为防止坡脚处剪应力过大产生塑性破坏，可将挡土墙做成仰斜墙体，并与排水沟连成一体。这样，一方面可有效防止路面水渗入墙底软化路基，提高挡土墙承载能力以及抗滑稳定；另一方面能够保护路基土不致因雨水浸入而引起膨胀。这种防护措施在高等级公路建设中普遍采用，且效果良好。1．3土钉锚杆护坡土钉锚杆护坡是一种以土钉作为主要受力构件的边坡围护结构技术，它广泛应用于基坑围护工程中。土钉锚杆和坡面筋网架相结合，能对坡面起“框箍”作用，一方面抵制土体膨胀力。抑制湿胀变形，使坡面土的含水率、干重度保持在一定范围内；另一方面起到补偿作用，即使反复干缩湿胀使土体抗剪强度有所降低，但通过土钉锚杆使土坡面筋架对坡面施加预应力，边坡土体仍保持稳定。这种护坡技术施工难度较大、造价较高，对于膨胀潜势较强的高大路基边坡可在局部采用此法。2、路基两侧增设隔水墙相对膨胀土路基和边坡而言，路基面层封闭性较好，雨水不易渗透浸入路基而产生膨胀，雨水多沿路基两侧路肩或边坡侵入路基。因此，在路基两侧增设隔水墙十分必要。隔水墙一般采用宽度0．4m～0．6m的2：8灰土，夯实后铺设在基层以下1m～1.2m的深度内。3、加固路基3．1设置抗滑桩对于存在不良工程地质和水文地质路段，为了防止发生危害性较大的滑坡事故，在路基两侧宜采用单排或双排预制桩，并在桩体间加设冠梁、横向支撑等多种结构措施，以增强路基整体性和抗滑稳定性，提高支挡效果。3．2设置重力式挡土墙工程实践表明，膨胀土地区挡土墙的破坏模式通常在墙体上部被剪断。这是由膨胀土路基挡土墙受力特点决定的，一方面挡土墙要承受一般土压力作用，另一方面还承受土体膨胀压力作用，其作用范围一般在墙体中、上部，即墙背填土含水率变化范围内(沿墙高约2．0m左右)。因此，膨胀土地区在设计路基挡土墙时，应考虑膨胀力的作用。