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【摘 要】 通过对昆明倘甸产业园区市政道路勘察，对全风化玄武岩膨胀性进行了研究，提出了道路工程的处理对策，为倘甸产业园区后续工程积累资料，亦为今后类似工程问题的治理提供可借鉴的经验。
【关键词】 玄武岩；全风化；膨胀性；处理对策
1、概述
昆明倘甸产业园区地处昆明北部，东邻东川区、南与寻甸县毗邻、西倚禄劝县、北隔金沙江，属于昆明市域的北部山区。
拟建场区地形地质条件十分复杂，构造作用强烈，不良地质、特殊岩土发育，地质灾害较多。场区内分布二叠系上统玄武岩组玄武岩全风化带具膨胀性，具有不同于一般基岩风化带的工程地质特征。
以下结合倘甸产业园区市政道路勘察，对玄武岩全风化带的地层岩性特征、物理力学性质进进行分析，提出了玄武岩全风化带区膨胀土的工程处理对策。
2、玄武岩全风化带的特性
2.1地层岩性特征
拟建场区玄武岩全风化带主要矿物成分为斜长石、橄榄石、辉石，风化后易形成蒙脱石等。受地形地貌控制，风化层厚度分布不均，风化差异大，沟谷处较薄，坡面较厚。钻探揭示：全风化带一般厚10～20m，最厚超过30m。
2.2物理力学特性
本场区玄武岩全风化带最典型的特征是具有弱～中等膨胀性。由于风化后呈土状，一般具粘性土的特点，可按膨胀土考虑。
从野外地质特征及主要矿物成分来看，全风化玄武岩以黄、灰黄、灰白色为主，有滑感，裂隙发育，含有较多钙质、铁锰质结核。根据取样室内试验统计：天然含水量W=22.0%～55.0%，孔隙比e=0.91～1.50，天然密度p=1.67～1.92g/cm3，液限WL=43.0%～99.0%，塑限WP=24.1%～62.4%，液性指数IL=-0.19～0.25，饱和度Sr=65.95%～99.30%，压缩系数a1-2=0.03～0.47MPa-1。膨胀土详判试验指标见表1。
表1 膨胀土详判试验指标
土样
編号 自由膨胀率
fs（%） 塑性指数
Ip（%） 标准吸湿
含水率wf 膨胀性等级
ZK13-4 65.0 27.9 5.0 中等膨胀性
ZK14-4 53.0 25.6 4.7 弱膨胀性
ZK20-1 77.0 39.5 6.1 中等膨胀性
ZK25-3 75.0 37.0 6.3 中等膨胀性
ZK45-3 88.0 42.5 6.6 中等膨胀性
ZK47-2 47.0 24.4 4.6 弱膨胀性
ZK52-3 61.0 26.1 4.9 中等膨胀性
膨胀潜势分级按照《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞条文说明的表8-6。
2.3全风化玄武岩膨胀土的工程特性
（1）胀缩性
胀缩性即膨胀土吸水膨胀失水收缩。土中蒙脱石含量越多，其胀缩潜势越大，膨胀力越大。土的初始含水量越低，膨胀量和膨胀力越大。击实土的膨胀性远比原状土为大，密实度越高，膨胀量和膨胀力越大。
（2）多裂隙性
膨胀土中的裂隙主要有垂直、水平和斜交三组，致使土体被分割成具有一定几何形态的块体，破坏了土体的完整性。裂隙面光滑，且多充填灰白色或灰绿色薄膜、条带或斑块，其矿物成分主要是蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性，胀缩性大。
（3）超固结性
膨胀土地层多为老黏性土，超固结性明显、天然孔隙比小、干密度较大、初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区，导致边坡容易失稳破坏。
（4）强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高和残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。然而，由于土中蒙脱石矿物的强亲水性以及多裂隙结构，随着土受胀缩效应和风化作用的时间增加，抗剪强度将大幅度衰减。
3、道路工程处理对策
在道路工程中由于玄武岩全风化带膨胀土产生危害的对策如下：
3.1路面波浪变形鼓包、溅浆冒泥及沉陷坑槽病害
①病害原因
在填方路基路床采用不符合规范要求的膨胀土或改性土填筑，其胀缩性和含水量不均，或挖方路基及零填路基未按规范要求作超挖换填，且施工质量差、路面积水严重及重型荷载车流量大等诸多因素综合作用情况下，路面水会大量渗入，致使灰土基层和路床土基含水量不均而胀缩软化，产生幅度很大的波浪变形或鼓包。该病害形成的同时也可使灰土基层和路床土基形成泥浆，挤入基层和面层，并带出路面呈诸多灰土质的小白点。该小白点扩大逐步成片发展为沉陷坑槽病害，最终使路面全破坏。
②处治设计对策
应在切实作好路面结构设计和防排水设计，强化施工质量监测的前提下，对填方路基，当填土高度小于路面与路床的总厚度时，应挖除地表0.3-0.6m基底膨胀土，并将路床换填灰土处理。若为强膨胀土，挖除深度应达到大气影响深度；作为路床填料，应符合路床路最小强度及压实度要求，且应强调对强膨胀土、地下水发育、运营中处理困难的挖方及零填路基，路床的换填深度应加深至1.0-1.5米，并采取防渗和地下排水措施。
3.2路堤坍滑及滑坡病害
①病害原因
作为膨胀土路堤填料，在随着通车时间的延续，路堤经过几个干湿季节的反复收缩与膨胀作用后，表层填土风化加剧，裂隙发育，形成强风化带，当有水渗入时，其膨胀软化，强度降低，导致边坡局部塌滑，尤为高填路堤，易发生整体失稳的滑坡病害。 ②设计处治对策
路堤填料应采用非膨胀土，若为膨胀土，应经掺石灰等改性处理后方可作为填料，并需采取防水、保温、封闭、坡面防护等措，一般常用对路肩和斜坡作硬化封闭的防护设计。
采用弱膨胀土及中膨胀土作为填料时，对路堤坡率及平台设计，应符合《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞相关规定，详见表2：
表2 膨胀土路堤边坡坡率和平台宽度
膨胀土类别 边坡高度（m） 边坡坡率 边坡平台宽度（m）
弱膨胀土 <6 1：1.5 -
6～10 1：1.75 -
中等膨胀土 <6 1：1.5～1：1.75 2.0
6～10 1：1.75～1：2.0 ≥2.0
3.3挖方边坡坍塌或滑坡病害
①病害原因
●膨胀土具超固结性，干密度大，初始强度较高，当其开挖后，将产生土体超固结应力释放，坡面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大塑性区，导致坡体失稳。
●当路基开挖后，膨胀土受大气因素影响极易产生风化破坏作用，形成风化带，致使强度降低，不同程度地丧失结构联结力，其坡体常沿风化界面坍塌或滑坡。
②处治设计对策
膨胀土地区挖方边坡发生坍塌或滑坡是常见病害，是危及行车安全的主要问题，特别是深挖方路基坡體失稳滑动导致堵塞道路和危及行车安全事故多有发生。对此，《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞强调公路通过膨胀土地段时：“应避免大填、大挖，以浅路堑、低路堤通过为宜。当挖方边坡高度大于10米时应进行个别设计，必要时应与隧道方案进行比选”。
边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。固坡脚支档应视为最重要环节，其设计方案可按《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞相关规定设计（详见表3）。支档结构基础埋深应大于气候影响层深度，或挖除大气影响深度内的膨胀岩土，回填灰土至基底标高。
表3 膨胀土路堑边坡支挡措施
边坡高度（m） 弱膨胀土 中等膨胀土 强膨胀土
≤6 不设 坡脚墙 护墙、挡土墙
设置完善的排水系统，强化截水沟、排水沟及边沟防渗设计。边坡应连续施工，并作好临时排水系统。开挖后及时支挡和封闭防护，限制坡脚出现应力集中和塑性区。
参考文献：
1.《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞
2.《公路工程地质勘察规范》﹝JTJ064-2012﹞
3.《公路路基施工规范》﹝JTG F10-2006﹞
4.《工程地质手册》﹝第四版﹞
【关键词】 玄武岩；全风化；膨胀性；处理对策
1、概述
昆明倘甸产业园区地处昆明北部，东邻东川区、南与寻甸县毗邻、西倚禄劝县、北隔金沙江，属于昆明市域的北部山区。
拟建场区地形地质条件十分复杂，构造作用强烈，不良地质、特殊岩土发育，地质灾害较多。场区内分布二叠系上统玄武岩组玄武岩全风化带具膨胀性，具有不同于一般基岩风化带的工程地质特征。
以下结合倘甸产业园区市政道路勘察，对玄武岩全风化带的地层岩性特征、物理力学性质进进行分析，提出了玄武岩全风化带区膨胀土的工程处理对策。
2、玄武岩全风化带的特性
2.1地层岩性特征
拟建场区玄武岩全风化带主要矿物成分为斜长石、橄榄石、辉石，风化后易形成蒙脱石等。受地形地貌控制，风化层厚度分布不均，风化差异大，沟谷处较薄，坡面较厚。钻探揭示：全风化带一般厚10～20m，最厚超过30m。
2.2物理力学特性
本场区玄武岩全风化带最典型的特征是具有弱～中等膨胀性。由于风化后呈土状，一般具粘性土的特点，可按膨胀土考虑。
从野外地质特征及主要矿物成分来看，全风化玄武岩以黄、灰黄、灰白色为主，有滑感，裂隙发育，含有较多钙质、铁锰质结核。根据取样室内试验统计：天然含水量W=22.0%～55.0%，孔隙比e=0.91～1.50，天然密度p=1.67～1.92g/cm3，液限WL=43.0%～99.0%，塑限WP=24.1%～62.4%，液性指数IL=-0.19～0.25，饱和度Sr=65.95%～99.30%，压缩系数a1-2=0.03～0.47MPa-1。膨胀土详判试验指标见表1。
表1 膨胀土详判试验指标
土样
編号 自由膨胀率
fs（%） 塑性指数
Ip（%） 标准吸湿
含水率wf 膨胀性等级
ZK13-4 65.0 27.9 5.0 中等膨胀性
ZK14-4 53.0 25.6 4.7 弱膨胀性
ZK20-1 77.0 39.5 6.1 中等膨胀性
ZK25-3 75.0 37.0 6.3 中等膨胀性
ZK45-3 88.0 42.5 6.6 中等膨胀性
ZK47-2 47.0 24.4 4.6 弱膨胀性
ZK52-3 61.0 26.1 4.9 中等膨胀性
膨胀潜势分级按照《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞条文说明的表8-6。
2.3全风化玄武岩膨胀土的工程特性
（1）胀缩性
胀缩性即膨胀土吸水膨胀失水收缩。土中蒙脱石含量越多，其胀缩潜势越大，膨胀力越大。土的初始含水量越低，膨胀量和膨胀力越大。击实土的膨胀性远比原状土为大，密实度越高，膨胀量和膨胀力越大。
（2）多裂隙性
膨胀土中的裂隙主要有垂直、水平和斜交三组，致使土体被分割成具有一定几何形态的块体，破坏了土体的完整性。裂隙面光滑，且多充填灰白色或灰绿色薄膜、条带或斑块，其矿物成分主要是蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性，胀缩性大。
（3）超固结性
膨胀土地层多为老黏性土，超固结性明显、天然孔隙比小、干密度较大、初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区，导致边坡容易失稳破坏。
（4）强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高和残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。然而，由于土中蒙脱石矿物的强亲水性以及多裂隙结构，随着土受胀缩效应和风化作用的时间增加，抗剪强度将大幅度衰减。
3、道路工程处理对策
在道路工程中由于玄武岩全风化带膨胀土产生危害的对策如下：
3.1路面波浪变形鼓包、溅浆冒泥及沉陷坑槽病害
①病害原因
在填方路基路床采用不符合规范要求的膨胀土或改性土填筑，其胀缩性和含水量不均，或挖方路基及零填路基未按规范要求作超挖换填，且施工质量差、路面积水严重及重型荷载车流量大等诸多因素综合作用情况下，路面水会大量渗入，致使灰土基层和路床土基含水量不均而胀缩软化，产生幅度很大的波浪变形或鼓包。该病害形成的同时也可使灰土基层和路床土基形成泥浆，挤入基层和面层，并带出路面呈诸多灰土质的小白点。该小白点扩大逐步成片发展为沉陷坑槽病害，最终使路面全破坏。
②处治设计对策
应在切实作好路面结构设计和防排水设计，强化施工质量监测的前提下，对填方路基，当填土高度小于路面与路床的总厚度时，应挖除地表0.3-0.6m基底膨胀土，并将路床换填灰土处理。若为强膨胀土，挖除深度应达到大气影响深度；作为路床填料，应符合路床路最小强度及压实度要求，且应强调对强膨胀土、地下水发育、运营中处理困难的挖方及零填路基，路床的换填深度应加深至1.0-1.5米，并采取防渗和地下排水措施。
3.2路堤坍滑及滑坡病害
①病害原因
作为膨胀土路堤填料，在随着通车时间的延续，路堤经过几个干湿季节的反复收缩与膨胀作用后，表层填土风化加剧，裂隙发育，形成强风化带，当有水渗入时，其膨胀软化，强度降低，导致边坡局部塌滑，尤为高填路堤，易发生整体失稳的滑坡病害。 ②设计处治对策
路堤填料应采用非膨胀土，若为膨胀土，应经掺石灰等改性处理后方可作为填料，并需采取防水、保温、封闭、坡面防护等措，一般常用对路肩和斜坡作硬化封闭的防护设计。
采用弱膨胀土及中膨胀土作为填料时，对路堤坡率及平台设计，应符合《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞相关规定，详见表2：
表2 膨胀土路堤边坡坡率和平台宽度
膨胀土类别 边坡高度（m） 边坡坡率 边坡平台宽度（m）
弱膨胀土 <6 1：1.5 -
6～10 1：1.75 -
中等膨胀土 <6 1：1.5～1：1.75 2.0
6～10 1：1.75～1：2.0 ≥2.0
3.3挖方边坡坍塌或滑坡病害
①病害原因
●膨胀土具超固结性，干密度大，初始强度较高，当其开挖后，将产生土体超固结应力释放，坡面出现卸荷膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大塑性区，导致坡体失稳。
●当路基开挖后，膨胀土受大气因素影响极易产生风化破坏作用，形成风化带，致使强度降低，不同程度地丧失结构联结力，其坡体常沿风化界面坍塌或滑坡。
②处治设计对策
膨胀土地区挖方边坡发生坍塌或滑坡是常见病害，是危及行车安全的主要问题，特别是深挖方路基坡體失稳滑动导致堵塞道路和危及行车安全事故多有发生。对此，《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞强调公路通过膨胀土地段时：“应避免大填、大挖，以浅路堑、低路堤通过为宜。当挖方边坡高度大于10米时应进行个别设计，必要时应与隧道方案进行比选”。
边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。固坡脚支档应视为最重要环节，其设计方案可按《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞相关规定设计（详见表3）。支档结构基础埋深应大于气候影响层深度，或挖除大气影响深度内的膨胀岩土，回填灰土至基底标高。
表3 膨胀土路堑边坡支挡措施
边坡高度（m） 弱膨胀土 中等膨胀土 强膨胀土
≤6 不设 坡脚墙 护墙、挡土墙
设置完善的排水系统，强化截水沟、排水沟及边沟防渗设计。边坡应连续施工，并作好临时排水系统。开挖后及时支挡和封闭防护，限制坡脚出现应力集中和塑性区。
参考文献：
1.《公路路基设计规范》﹝JTG D30-2011﹞
2.《公路工程地质勘察规范》﹝JTJ064-2012﹞
3.《公路路基施工规范》﹝JTG F10-2006﹞
4.《工程地质手册》﹝第四版﹞