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【摘要】在随着我国经济的不断发展和公路建设的不断扩展过程中，经常会发生一些必须通过膨胀土区域的建设。膨胀土作为铁路建设中一种不良的特殊土质，是阻碍铁路建设发展的重要影响因素和工程问题，若膨胀土处理不好会极大的影响和破坏路基和铁路的使用效果。本文主要分析铁路建设中的膨胀土的处理方法。
【关键词】铁路建设膨胀土处理方法
膨胀土是一种具有裂隙性、胀缩性和超固结性的高塑性粘土，具有失水收缩开裂，吸水膨胀软化，强度可大幅度变化等特征，其矿物成分以蒙脱石、高岭土和伊利石为主。本文根据某新建铁路第20标段膨胀土区域涵洞施工的经验教训，对膨胀土区域涵洞软弱基础加固处理方法做一些初步探讨。
1.工程概况
某新建铁路第20标段DK323+600～DK325+400段属低山剥蚀地貌，线路行走于阿蓬江左岸的山坡上，沿线纵向地表起伏较大。上覆残积粘土，下伏基岩为侏罗系中、下统马鞍山组泥岩夹砂岩，泥钙质胶结，易风化。岩层产状为N45°E/25°NW（24°），与线路夹角约10°左右。另外，本段位于濯水镇向斜区，岩层斜角自坡脚向上逐渐变陡。本段设计有8座涵洞，全部处在冲击形成的沟槽位置，为陡坡涵洞。地表一般为淤泥质粘土，覆层下为粘土夹杂块石，土质比较差。软弱土层的厚度普遍在3米以上，最深达到15米左右。
2. 工程实例
2.1DK324+376.5 1-1.5M 钢筋混凝土盖板涵
原设计资料涵洞所在位置表层软塑性粘土δ0=010MPa，厚度为1～3米不等，覆层下为硬塑性粘土δ0=0.15MPa。涵洞基底置于换填砂夹卵石层上，换填平均厚度50CM，要求换填层基底承载力不小于0.13MPa，即将表层软塑粘土挖除，在硬塑性粘土上进行换填。
2.2DK324+7171-3.0 M 钢筋混凝土盖板涵
该涵与DK324+376.5 涵洞情况基本类似，并且同时开工。涵洞基础开挖时发现涵洞所在位置表层淤泥厚度在0.5～3.0米之间，且呈左薄右厚的倾斜状。出口端12米基础承载力不足，进行分层换填并夯实处理，换填层基底承载力达到0.18MPA，2002年3月初涵洞施工完毕开始两侧路基填筑。
2.3DK324+2311-3.0 M 钢筋混凝土盖板涵
DK324+231涵洞原设计所在位置表层软塑性粘土δ0=0.10MPa，厚度2～8米不等，覆盖层下硬塑性粘土δ0=0.15MPa。因为DK324+180～+270填方基底水田在雨季发生蠕变，需要进行加固处理，线路右侧设计有10根侧向约束桩。涵洞基底置于换填砂夹卵石层上，换填厚度1～6米不等，进口端换填深，出口端浅，要求换填层基底承载力不小于0.15MPa。即将表层软塑粘土挖除，在硬塑性粘土上进行换填然后施工涵洞。
2.4DK323+710 1-1.5M钢筋混凝土盖板涵
该涵洞右侧路基设计有12根侧向约束桩，本段软弱土层厚度最深达到10米左右，涵洞开始施工，基础开挖到位后发现基坑周围边坡滑塌，基底变形隆起。后来基础采用碎石桩进行加固处理，碎石桩顶铺设50公分厚的碎石垫层，涵身变更为拼装式钢筋混凝土矩形涵，基坑四周采用钢轨桩进行防护。
本段其余的3座涵洞因为地质条件恶劣，线路改为桥梁通过，涵洞部分修建后报废。
3. 病害原因分析
导致上述涵洞出现各种问题主要有几方面的原因：
3.1设计和施工规范无明确处理措施及要求
我国现行的铁路设计和施工规范对常年冻土、湿陷性黄土等不良地质条件下桥涵基础的处理有明确的规定和要求，但对膨胀土地区桥涵的基础处理措施和方法目前还没有定性的结论。膨胀土区域涵洞基础处理套用一般地区的规定和参数进行设计和施工，不能针对具体问题采取合适的处理措施和方案。虽然在施工中补勘查明涵洞基础为膨胀土，但在具体施工方案的选择上持续论证了很长时间，对于各种方案的优劣利弊还需要进一步的研究和探讨。
3.2地质勘探不准确
勘测设计时未检测出将该段属于膨胀土区域，涵洞滑移报废后补勘查明：该段粘土中含有蒙脱石和高岭石成分，蒙脱石含量最高达到27.66%，阳离子交换量（CEC（NH+4♂）mmol/100g土）最高27.88%，为弱～中膨胀性土。
3.3对膨胀土强度的变化规律认识不足
膨胀土因为含水量的差异导致其力学性质变化非常大，现场实测的地基承载力情况往往还不是最恶劣的。旱季地表土含水量降低，土体一般为硬塑状，承载力甚至可以达到0.18MPa以上，人工用铁锹、洋镐等工具开挖都比较困难；在雨季连续降雨的情况下，地表土含水量增加，强度急剧下降，土体呈软塑或流塑状，地表土普遍发生滑动蠕变。
4.膨胀土区域涵洞基础处理注意事项
4.1膨胀土区域应避免采用换填方法处理涵洞基础
在一般粘土地区设计和施工涵洞，遇到基底承载力不足的情况，传统方法一般考虑对基底进行换填处理，但在膨胀土地区套用换填方案加固基底却会在基础留下致命隐患。因为涵洞基础流水面标高（排洪、灌溉类涵洞）一般比原地表底，换填的碎石或砂夹卵石层在涵洞基础以下，雨季地下水位上涨，地表水下渗，致使换填层形成水囊，浸泡基底，基底承载力迅速衰减，在换填层底部形成滑动面，从而使涵洞整体失稳，或者产生沉降，或者整体滑移。尤其是在高填方地段最为危险，因为填土压力的影响以及列车行驶产生的荷载，涵洞在巨大的压力下一旦产生滑移或沉降，撕裂涵身或涵洞下滑偏移，处理难度和造成的损失都将非常巨大。
对于软基深度不大的地方（不大于3米），开挖后可以把基础加深，采用浆砌片石等办法直接把涵洞基础落在硬基上。
若软基很深，土体中块石和大孤石含量较少时，可以采用粉喷桩或旋喷桩等进行基底加固处理，但不宜使用碎石桩。 对于软基很深，且大量夹杂块石和大孤石的地段，基础处理有很大难度，本段采用桩基承台造价高昂，目前还没有比较经济稳妥的办法。
4.2膨胀土和软基并存的地段，涵洞的基础处理与路基抗滑措施应该一同考虑。
因为地质构造和地形的原因，膨胀土区域涵洞一般都处在软基地段。软基在雨季时往往会产生蠕变，路基必须采取加固和防滑处理。在边坡下游加设挡土墙或侧向约束桩是比较常用的办法。如果路基没有针对的处理措施，单纯处理涵洞基础一般难以排除隐患。地表有一定横坡且基岩倾斜时，软土的蠕变不仅可以使涵洞失稳，更催动填方路基产生滑坡和溜坍，危及线路安全。涵洞不仅要防止基础沉陷，更要防止整体滑移，涵洞和路基必须同时加强工程措施，才能保证线路将来的安全。
4.3膨胀土区域涵洞基础处理应以防水为主。
水是膨胀土区域工程施工的罪魁祸首。百姓俗语：“晴天是铜，雨天是脓”，是对膨胀土的真实写照。本段线路在施工进场时正逢雨季，连绵阴雨使得大段区域泥泞软弱，车辆根本无法通行，新开的施工便道铺垫了近3米厚的石头还在不停的沉陷。涵洞所在位置施工场地和临时设施无法建设，当地百姓称那些地方为“牛不去”。雨季结束后情况立即有所改变，结合排水、节水设施的的建设，地表很快可以通行施工车辆，施工得以迅速展开。
无水的情况下，膨胀土的各项力学性质均非常好，膨胀土区域涵洞基础施工防水为重中之重。如果涵洞基础底部有积水或渗水，涵洞的基础承载力迅速下降，甚至在基底形成一个滑动面，若基底为倾斜达到一定的角度，涵洞不需加载，在自身的重力作用下就可能整体滑移，喻为船行水上。
涵洞施工排水要考虑临时工程与永久工程相结合，施工过程中应采取一切措施避免地表和地下水浸泡基础，不致涵洞基底承载力下降。比如在涵洞上游和基坑周围挖截水沟截断地表和地下渗水，在基坑周围和基底挖设盲沟阻断和引出地下水，雨天用防水布遮蔽基坑等措施。
膨胀土与一般粘土的不同之处在于吸水软塑裂隙封闭之前是可以透水的，并且本段的粘土夹杂砂岩块石，本身就有一定的透水性。当地雨季时降雨绵绵，地下水位上升，粘土层充分吸水膨胀，涵洞基础座落在粘土中，基底难免遭受水的侵蚀而使承载力下降，应当加设永久设施阻隔地下水。
4.4膨胀土区域涵洞基础承载力的试验确定应以现场检验和室内实验相结合的办法，并充分考虑土体含水量的影响。
4.5路基改桥不能完全解决线路病害问题
因为膨胀土区域涵洞基础处理的难度，或许以为路基改桥可以解决这些难题，这种想法尤其应该引起注意，值得慎重探讨研究。首先改桥增加了工程的造价，桥梁的造价一般来说比路基要高出许多，同时改桥后大量路基挖方无法利用，造成弃土占地大量增加，环境和水土保持以及农田保护等费用不可低估。其次对于软基较深的膨胀土地段，因为基岩埋置较深，桥梁墩台一般需要采用桩基础。对于柱桩来说，因为桩端嵌入基岩，桩身大部分在软基中。若软基存在蠕变现象，蠕变软土中对桩身挤压，导致桩身承受弯距和剪力作用，而桥梁的桩体本身不具备抗剪能力。若没有相应的保护措施，势必将剪断桩体；若是摩擦桩，则在蠕变的推力作用下，桩身包括承台一同向下游滑移，危害更大。
4.6膨胀土区域涵洞施工应合理调整工序
膨胀土区域施工要点是避开雨季，突击旱季，这是尽人皆知的道理。但现在随着机械化施工程度的不断提高，各项重大工程的施工进度和施工节奏也在飞速提升，象渝怀铁路这样的国家重点和难点工程，主体工程在两年内基本全部施工完毕。南方气候多雨，仅靠短暂的旱季施工难以保障全线整体施工进度的要求。施工周期的延长将会造成人力和机械设备的大量闲置和浪费，合理安排施工，分解涵洞施工工序，保证雨季和旱季人力和机械设备资源的均衡使用尤其必要。
5.结束语
对于膨胀土涵洞基础处理的措施和施工方案，目前还处在不断地摸索和改进阶段，对于类似问题的研究，比如桥梁等其他构筑物的基础处理，也还需要进一步的研究。希望在不久的将来，我们能够对膨胀土地区基础处理的设计和施工有一个定量和定性的认识，避免类似问题在其他线路出现。
参考文献
[1]孙铁松，程周.膨胀土路基施工原则与处理方法[J].科技信息，2010，（12）.
[2]梁全辉.膨胀土路基病害与防治[J].大众科技，2010，（09）.
[3]刘成祥，孔建斌.浅谈沥青路面常见的危害及预防措施[J].科技资讯，2010，（06）.
[4]胡文锋.膨胀土公路的工程特性及灾害防治技术研究[J].甘肃科技，2011，（11）.
【关键词】铁路建设膨胀土处理方法
膨胀土是一种具有裂隙性、胀缩性和超固结性的高塑性粘土，具有失水收缩开裂，吸水膨胀软化，强度可大幅度变化等特征，其矿物成分以蒙脱石、高岭土和伊利石为主。本文根据某新建铁路第20标段膨胀土区域涵洞施工的经验教训，对膨胀土区域涵洞软弱基础加固处理方法做一些初步探讨。
1.工程概况
某新建铁路第20标段DK323+600～DK325+400段属低山剥蚀地貌，线路行走于阿蓬江左岸的山坡上，沿线纵向地表起伏较大。上覆残积粘土，下伏基岩为侏罗系中、下统马鞍山组泥岩夹砂岩，泥钙质胶结，易风化。岩层产状为N45°E/25°NW（24°），与线路夹角约10°左右。另外，本段位于濯水镇向斜区，岩层斜角自坡脚向上逐渐变陡。本段设计有8座涵洞，全部处在冲击形成的沟槽位置，为陡坡涵洞。地表一般为淤泥质粘土，覆层下为粘土夹杂块石，土质比较差。软弱土层的厚度普遍在3米以上，最深达到15米左右。
2. 工程实例
2.1DK324+376.5 1-1.5M 钢筋混凝土盖板涵
原设计资料涵洞所在位置表层软塑性粘土δ0=010MPa，厚度为1～3米不等，覆层下为硬塑性粘土δ0=0.15MPa。涵洞基底置于换填砂夹卵石层上，换填平均厚度50CM，要求换填层基底承载力不小于0.13MPa，即将表层软塑粘土挖除，在硬塑性粘土上进行换填。
2.2DK324+7171-3.0 M 钢筋混凝土盖板涵
该涵与DK324+376.5 涵洞情况基本类似，并且同时开工。涵洞基础开挖时发现涵洞所在位置表层淤泥厚度在0.5～3.0米之间，且呈左薄右厚的倾斜状。出口端12米基础承载力不足，进行分层换填并夯实处理，换填层基底承载力达到0.18MPA，2002年3月初涵洞施工完毕开始两侧路基填筑。
2.3DK324+2311-3.0 M 钢筋混凝土盖板涵
DK324+231涵洞原设计所在位置表层软塑性粘土δ0=0.10MPa，厚度2～8米不等，覆盖层下硬塑性粘土δ0=0.15MPa。因为DK324+180～+270填方基底水田在雨季发生蠕变，需要进行加固处理，线路右侧设计有10根侧向约束桩。涵洞基底置于换填砂夹卵石层上，换填厚度1～6米不等，进口端换填深，出口端浅，要求换填层基底承载力不小于0.15MPa。即将表层软塑粘土挖除，在硬塑性粘土上进行换填然后施工涵洞。
2.4DK323+710 1-1.5M钢筋混凝土盖板涵
该涵洞右侧路基设计有12根侧向约束桩，本段软弱土层厚度最深达到10米左右，涵洞开始施工，基础开挖到位后发现基坑周围边坡滑塌，基底变形隆起。后来基础采用碎石桩进行加固处理，碎石桩顶铺设50公分厚的碎石垫层，涵身变更为拼装式钢筋混凝土矩形涵，基坑四周采用钢轨桩进行防护。
本段其余的3座涵洞因为地质条件恶劣，线路改为桥梁通过，涵洞部分修建后报废。
3. 病害原因分析
导致上述涵洞出现各种问题主要有几方面的原因：
3.1设计和施工规范无明确处理措施及要求
我国现行的铁路设计和施工规范对常年冻土、湿陷性黄土等不良地质条件下桥涵基础的处理有明确的规定和要求，但对膨胀土地区桥涵的基础处理措施和方法目前还没有定性的结论。膨胀土区域涵洞基础处理套用一般地区的规定和参数进行设计和施工，不能针对具体问题采取合适的处理措施和方案。虽然在施工中补勘查明涵洞基础为膨胀土，但在具体施工方案的选择上持续论证了很长时间，对于各种方案的优劣利弊还需要进一步的研究和探讨。
3.2地质勘探不准确
勘测设计时未检测出将该段属于膨胀土区域，涵洞滑移报废后补勘查明：该段粘土中含有蒙脱石和高岭石成分，蒙脱石含量最高达到27.66%，阳离子交换量（CEC（NH+4♂）mmol/100g土）最高27.88%，为弱～中膨胀性土。
3.3对膨胀土强度的变化规律认识不足
膨胀土因为含水量的差异导致其力学性质变化非常大，现场实测的地基承载力情况往往还不是最恶劣的。旱季地表土含水量降低，土体一般为硬塑状，承载力甚至可以达到0.18MPa以上，人工用铁锹、洋镐等工具开挖都比较困难；在雨季连续降雨的情况下，地表土含水量增加，强度急剧下降，土体呈软塑或流塑状，地表土普遍发生滑动蠕变。
4.膨胀土区域涵洞基础处理注意事项
4.1膨胀土区域应避免采用换填方法处理涵洞基础
在一般粘土地区设计和施工涵洞，遇到基底承载力不足的情况，传统方法一般考虑对基底进行换填处理，但在膨胀土地区套用换填方案加固基底却会在基础留下致命隐患。因为涵洞基础流水面标高（排洪、灌溉类涵洞）一般比原地表底，换填的碎石或砂夹卵石层在涵洞基础以下，雨季地下水位上涨，地表水下渗，致使换填层形成水囊，浸泡基底，基底承载力迅速衰减，在换填层底部形成滑动面，从而使涵洞整体失稳，或者产生沉降，或者整体滑移。尤其是在高填方地段最为危险，因为填土压力的影响以及列车行驶产生的荷载，涵洞在巨大的压力下一旦产生滑移或沉降，撕裂涵身或涵洞下滑偏移，处理难度和造成的损失都将非常巨大。
对于软基深度不大的地方（不大于3米），开挖后可以把基础加深，采用浆砌片石等办法直接把涵洞基础落在硬基上。
若软基很深，土体中块石和大孤石含量较少时，可以采用粉喷桩或旋喷桩等进行基底加固处理，但不宜使用碎石桩。 对于软基很深，且大量夹杂块石和大孤石的地段，基础处理有很大难度，本段采用桩基承台造价高昂，目前还没有比较经济稳妥的办法。
4.2膨胀土和软基并存的地段，涵洞的基础处理与路基抗滑措施应该一同考虑。
因为地质构造和地形的原因，膨胀土区域涵洞一般都处在软基地段。软基在雨季时往往会产生蠕变，路基必须采取加固和防滑处理。在边坡下游加设挡土墙或侧向约束桩是比较常用的办法。如果路基没有针对的处理措施，单纯处理涵洞基础一般难以排除隐患。地表有一定横坡且基岩倾斜时，软土的蠕变不仅可以使涵洞失稳，更催动填方路基产生滑坡和溜坍，危及线路安全。涵洞不仅要防止基础沉陷，更要防止整体滑移，涵洞和路基必须同时加强工程措施，才能保证线路将来的安全。
4.3膨胀土区域涵洞基础处理应以防水为主。
水是膨胀土区域工程施工的罪魁祸首。百姓俗语：“晴天是铜，雨天是脓”，是对膨胀土的真实写照。本段线路在施工进场时正逢雨季，连绵阴雨使得大段区域泥泞软弱，车辆根本无法通行，新开的施工便道铺垫了近3米厚的石头还在不停的沉陷。涵洞所在位置施工场地和临时设施无法建设，当地百姓称那些地方为“牛不去”。雨季结束后情况立即有所改变，结合排水、节水设施的的建设，地表很快可以通行施工车辆，施工得以迅速展开。
无水的情况下，膨胀土的各项力学性质均非常好，膨胀土区域涵洞基础施工防水为重中之重。如果涵洞基础底部有积水或渗水，涵洞的基础承载力迅速下降，甚至在基底形成一个滑动面，若基底为倾斜达到一定的角度，涵洞不需加载，在自身的重力作用下就可能整体滑移，喻为船行水上。
涵洞施工排水要考虑临时工程与永久工程相结合，施工过程中应采取一切措施避免地表和地下水浸泡基础，不致涵洞基底承载力下降。比如在涵洞上游和基坑周围挖截水沟截断地表和地下渗水，在基坑周围和基底挖设盲沟阻断和引出地下水，雨天用防水布遮蔽基坑等措施。
膨胀土与一般粘土的不同之处在于吸水软塑裂隙封闭之前是可以透水的，并且本段的粘土夹杂砂岩块石，本身就有一定的透水性。当地雨季时降雨绵绵，地下水位上升，粘土层充分吸水膨胀，涵洞基础座落在粘土中，基底难免遭受水的侵蚀而使承载力下降，应当加设永久设施阻隔地下水。
4.4膨胀土区域涵洞基础承载力的试验确定应以现场检验和室内实验相结合的办法，并充分考虑土体含水量的影响。
4.5路基改桥不能完全解决线路病害问题
因为膨胀土区域涵洞基础处理的难度，或许以为路基改桥可以解决这些难题，这种想法尤其应该引起注意，值得慎重探讨研究。首先改桥增加了工程的造价，桥梁的造价一般来说比路基要高出许多，同时改桥后大量路基挖方无法利用，造成弃土占地大量增加，环境和水土保持以及农田保护等费用不可低估。其次对于软基较深的膨胀土地段，因为基岩埋置较深，桥梁墩台一般需要采用桩基础。对于柱桩来说，因为桩端嵌入基岩，桩身大部分在软基中。若软基存在蠕变现象，蠕变软土中对桩身挤压，导致桩身承受弯距和剪力作用，而桥梁的桩体本身不具备抗剪能力。若没有相应的保护措施，势必将剪断桩体；若是摩擦桩，则在蠕变的推力作用下，桩身包括承台一同向下游滑移，危害更大。
4.6膨胀土区域涵洞施工应合理调整工序
膨胀土区域施工要点是避开雨季，突击旱季，这是尽人皆知的道理。但现在随着机械化施工程度的不断提高，各项重大工程的施工进度和施工节奏也在飞速提升，象渝怀铁路这样的国家重点和难点工程，主体工程在两年内基本全部施工完毕。南方气候多雨，仅靠短暂的旱季施工难以保障全线整体施工进度的要求。施工周期的延长将会造成人力和机械设备的大量闲置和浪费，合理安排施工，分解涵洞施工工序，保证雨季和旱季人力和机械设备资源的均衡使用尤其必要。
5.结束语
对于膨胀土涵洞基础处理的措施和施工方案，目前还处在不断地摸索和改进阶段，对于类似问题的研究，比如桥梁等其他构筑物的基础处理，也还需要进一步的研究。希望在不久的将来，我们能够对膨胀土地区基础处理的设计和施工有一个定量和定性的认识，避免类似问题在其他线路出现。
参考文献
[1]孙铁松，程周.膨胀土路基施工原则与处理方法[J].科技信息，2010，（12）.
[2]梁全辉.膨胀土路基病害与防治[J].大众科技，2010，（09）.
[3]刘成祥，孔建斌.浅谈沥青路面常见的危害及预防措施[J].科技资讯，2010，（06）.
[4]胡文锋.膨胀土公路的工程特性及灾害防治技术研究[J].甘肃科技，2011，（11）.