某高速公路膨脹土工程特性分析

關鍵詞：高速公路；工程地質特性；工程勘察；膨脹土；路基 

中圖分類號：u412.36+6文獻標識碼：a 文章編號： 

1.前言 

南京至淮安高速公路是江蘇省規(guī)劃的“四縱四橫四聯”主骨架中的“縱三”，南聯省會南京，北至淮安，并與徐宿淮高速公路相連。起圪樁號k37+632.111～k178+241.60，全長140.6095km。路線所處淮安市盱眙縣東部和洪澤縣清浦區(qū)西部地區(qū)，有大面積覆蓋于地表或埋藏在地表下淺層處的膨脹土，其礦物成分中均含有不同比例數量的伊利石、蒙脫石和高嶺石。眾所周知，在膨脹土地區(qū)，路基土體遇水軟化，易發(fā)生脹縮變形，引起路基下沉而導致路面變形、開裂、翻漿冒泥、沉陷等，因此，為確保某高速公路路基的穩(wěn)定性和強度，膨脹土勘察工作顯得尤為重要。 

2.自然地理概況 

2.1 地形地貌 

某高速公路擬定線路位于江蘇西部低山丘陵隆起區(qū)與東部濱海平原沉降區(qū)的過渡地帶，由于新構造運動的繼承活動及諸多入海水系的侵蝕切割，形成了較為復雜的地形地貌單元。從總體上看，區(qū)內南高北低，南側為低山丘陵區(qū)，地勢較高，向北逐漸降低，以至形成了殘丘崗地區(qū)和沖、湖積平原區(qū)。 

2.2 水文、氣象 

區(qū)域性地貌格局（山丘與海洋的相對位置）決定了東西向水系及微地貌形態(tài)，因 

線路地處升降過渡帶，地勢起伏明顯，河道坡降略大，流量季節(jié)變化明顯，據區(qū)域水文資料，本區(qū)人工渠系發(fā)育，天然河道不多。 

線路區(qū)地處亞熱帶向暖溫帶過渡性氣候帶中，有明顯的季風氣候性，本氣候區(qū)域內寒暑變化顯著，四季分明。淮河、蘇北灌溉總渠以北屬暖溫帶濕潤、半濕潤季風氣候，以南屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)。地理緯度、海洋水域和冬夏大氣環(huán)流是影響本區(qū)氣候的主要因素。全區(qū)平均氣溫等值線大體呈東西向，南北溫差2.7℃。年降雨量自北而南遞增，約為943.4mm～1031.3mm，洪峰期集中于6、7、8月份；年氣溫為15.3～14℃，極端最低最高氣溫分別為-20.4℃、43℃。年均蒸發(fā)量1400～1500mm，略大于降水量。 

3.區(qū)域地層 

根據區(qū)域地質資料，沿線從元古界到新生界的地層中，除上古生界有缺失外，基本均有分布。白堊系晚期，燕山運動繼續(xù)活動，隆起與拗陷差異性升降加大，剝蝕與堆積作用增強，致使區(qū)內基底起伏，新老地層埋深與厚薄變化不一。 

據鉆孔資料（含收集鉆孔）洪澤以北基底為白堊系及第三系，以南部分地區(qū)深部。路線所經地區(qū)全被第四系覆蓋，是影響公路工程地質條件的主要地層，也是本次施工圖勘察的主要對象，三河以南～滁河之間以上更新統q3為主。局部低洼溝塘地段為q4，第四系沉積厚度與新構造運動不均勻的升降。以及河流和古河道的發(fā)育密切相關，總的特點是：西端較厚，中間薄，丘陵山區(qū)基本缺失。 

4.沿線膨脹土礦物成份、分布特征 

4.1沿線膨脹土礦物成分分析 

根據沿線地貌特征，選取有代表性膨脹土分布區(qū)進行礦物成分分析，膨脹土的粘土礦物以伊利石和高嶺石為主，分別占總量的40～43%和24～27%，而蒙脫石含量相對較少，僅占11～13%左右。由于膨脹土成因有所不同，不同類型粘土礦物所占比例及其組合形式各有差異。 

4.2沿線膨脹土調查與分析 

在沿線有膨脹土分布的57km的線路上，布設了73個挖探，取土樣146個，并于沿線布置80個膨脹土綜合測試鉆孔，共進行膨脹性測試試驗334組，取得了大量的試驗數據,為膨脹土處理提供了體依據。 

對于高、低液限粘土，按《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》定名為粘土、粉質粘土。根據資料統計，全線5.0m 以淺土工試驗數據中，高液限粘土有724個，天然含水量在20.5～45.7%之間，平均為25.56%，一般為灰黃色、黃色、褐黃色，其中天然含水量大于35%的試樣有19個，土樣深度為0.5～1.30m，孔隙比一般大于1.00，但稠度較高，一般在0.73～0.97。其液限含水量（100g錐）在50.0～100.4%之間，平均為55.8%。粘粒含量（小于0.002mm）的顆粒一般在10～44%之間，平均為24.95%。 

低液限粘土有207個，天然含水量在16.2～31.8%之間，平均為22.7%，一般為灰黃色、黃色、褐黃色。其液限含水量（100g錐）在26.0～49.9%之間，平均為43.5%。粘粒含量（小于0.002mm）的顆粒一般在2.7～42.8%之間，平均為18.8%。 

5、膨脹土的路用性能試驗及分析 

根據沿線膨脹土空間分布特征，采取膨脹土進行路用試驗分析。主要對坑素土、摻灰土進行擊實試驗、cbr試驗，確定其路用性能。 

根據試驗，沿線中低膨脹性土素土最佳含水量在12～16.5%之間，平均為15%，建議取值15.6%；最大干容重在1.77～1.91g/cm3，平均為1.80 g/cm3，建議取值1.80 g/cm3；自由膨脹率一般為30～47%，平均為38%，建議取值40.8%；但擊實后（壓實度95%）膨脹量很大(表3)，在2.00～6.60%之間，平均為4.2%，而相同壓力下原狀土的膨脹量一般為-0.27～-2.73%，平均為-1.29%，兩者相差很大，這是因為壓實后的膨脹土與天然原狀結構膨脹土的工程特性有很大的不同，填料土的壓實性愈高，密實性愈大，則土浸水后其膨脹量和膨脹力愈大。原狀土脹縮總率一般大于2%，為中等膨脹性土，局部具弱膨脹性。對于擊實素土，其最佳含水量小，其經96小時浸水后的含水量一般為最佳含水量的115%，故取它們建議值的1.15倍即15×115%=17.25%由此計算wm=0.86×wp=0.86×27.7=23.8%，根據《公路路基設計規(guī)范》(jtj 013-95)第6.7.1.1之規(guī)定，eps=ep50。所以，擊實素土的脹縮總率一般為2.00～6.60%，平均為4.2%，為強膨脹性土。顯然，擊實后的膨脹土比原狀地基內的膨脹土的膨脹性大大增加。不能直接用作路基填料。 

6.結論與建議 

路線經過區(qū)域地表或地表下淺層土層大部分具有中等膨脹性，部分為弱膨脹性。室內試驗成果顯示，摻灰率達3%以上（石灰等級為三級），其脹縮總率都可達規(guī)范要求，說明摻灰處理效果明顯。但考慮到現場施工土塊粉碎，石灰存放、拌和以及壓實后養(yǎng)護都達不到室內試驗條件，根據規(guī)范規(guī)定采用路拌法施工石灰劑量應比室內試驗確定的劑量多1%，因此建議摻灰率按干土重計算取4%～5%。 

治理膨脹土的關鍵之一是水的治理，控制膨脹土的含水量，使其濕度基本保持穩(wěn)定，這樣膨脹土就失去了脹縮條件，就不能引起危害，產生破壞性，因此建議設計人員作好“防水保濕”設計工作。 

路堤兩邊邊坡部分及路堤頂面宜用非膨脹土作封層，必要時須輔一層土工布，從而形成包心填方。 

填高不足1.5米的路堤，建議換填非膨脹土或摻灰處理并按規(guī)定壓實。 

施工時宜避開雨季作業(yè)，加強現場排水，路基開挖后或填筑時各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，時間不宜間隔太久，施工時，應視土層氣候、路基水文條件情況采用防水，封閉等措施，尤其要做到及時碾壓和邊坡防水。 

建議現場路基抽檢項目增加膨脹性試驗，在壓實度和膨脹性均滿足要求后，才能進行一道工序。 

參考文獻 

1.《巖土工程勘察規(guī)范》gb50021-2001 

2.《公路工程地質勘察規(guī)范》jtj 064-98 

3.《公路路基設計規(guī)范》jtg d030-2004 

4.《工程地質手冊》編寫委員會.工程地質手冊(第二版)[m]，北京：中國建筑工業(yè)出版社1992 

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