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【摘 要】 膨胀土是指粘粒成份主要由强条水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。膨胀土为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。本文介绍了膨胀土的基本特点和判定方法，分析了膨胀土对路基的危害，并探讨了处理方法。
【关键词】 膨胀土;路基;危害;处理
前言：
膨胀土是一种具有较高胀缩性的粘性土质，其成分一般为亲水性较强的伊利石、蒙脱石等粘土矿物。由于其同时具有较强的吸水膨胀特性与失水收缩特性，当其作为公路建设土质且环境湿度条件发生变化时，就会产生显著的体积变化，如果变形受到约束，其内部就可能产生较大的应力，影响工程的质量。因此一旦判定为膨胀土，必须从其胀缩特性等各方面考虑其对路基及路基上建筑的影响，并采取相应的控制手段，减少其对施工质量的影响。
一、膨胀土的基本特点及判定方法
1、膨胀土的基本特点
膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成份（蒙脱石、伊利石和高岭石）组成，是具有较大胀缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。膨胀土在《公路土工试验规程》JTJ051-93中土类代号为CH或CHO，这种土在半固态时的干强度很高，土块表面干硬，但土块内含水量较大，很难破碎压实。
（1）胀缩性
膨胀土吸水体积膨胀，如果膨胀受阻，就会产生膨胀力。失水体积收缩，土体收缩开裂。
（2）崩解性
膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后数分钟即可完全崩解，弱膨胀土崩解缓慢且不完全。
（3）多裂隙性
膨胀土中裂隙发育，使土层分割成具有一定几何形状的块体，破坏了土体的完整性。
（4）风化特性
膨胀土对气候因素的影响很敏感，极易产生风化破坏作用。
（5）强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，半固体时具有极高的峰值，而一旦浸水强度又极低。
2、膨胀土的判定
一般认为，自由膨胀率大于或等于40%，且具有以下工程地质特征者，应判定为膨胀土。
（1）裂隙发育，常有光滑面和擦痕。有的裂隙中充填着灰白、灰绿色黏土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态;
（2）多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓、无明显自然陡坎;
（3）常见浅层塑性滑坡、地裂、新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等;
（4）结构物裂缝随气候变化而张开和闭合。膨胀土的膨胀潜势根据自由膨胀率或蒙脱石含量分为三类，如下表：
二、膨胀土的危害
膨胀土及其工程病害问题一直是当今国内外工程地质领域始终没能得到妥善解决的世界性技术难题，有“岩土工程界的癌症”之称。它具有渗透性差、吸水膨胀、失水收缩、多裂隙等特性，这对膨胀土路堤、路堑的稳定将产生重大影响。众所周知，由于膨胀土显著的胀缩性，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重破坏。我国幅员辽阔，膨胀土分布广泛。据统计，由于膨胀土地基致害的建筑面积到达上千万平方米，铁路、公路受到的危害也很严重。在膨胀土地区修建高等级公路常常会出现路面开裂、隆起或沉陷，路堤滑塌、失稳等病害。膨胀土的问题直到20世纪40年代初才被土力学工程师们所认识，并逐渐引起工程界的广泛关注。20世纪70年代中期，我国开展了大规模的膨胀土普查工作，继而对膨胀土的问题进行了卓有成效的研究，制定了相关技术规范。但由于膨胀土分布广泛、特性各异，对膨胀土问题的处理及如何因地制宜控制膨胀土的不利影响，有待于更加全面的深入研究。随着黏聚性的继续作用，土块的力学性能逐步增强，从而使土块坚硬，难于击碎压实，因此如果直接取膨胀土用作路基填料，施工难度大，且难以保证其施工质量。路基填筑后，膨胀土受到湿胀干缩的作用，在自重和车辆荷载作用下，路基易产生不均匀沉降，导致路面的平整度下降，甚至可使路面变形破坏。由于路幅内含水量的变化不均匀，引起土体的不均匀胀缩，易产生大幅度的横向波浪变形。边坡部分的土体如压实不够，特别是高填方，在未对边坡进行水防护或者水防护失效时，因土体遇水膨胀，再加上列车动荷载的反复作用，使基床土质遇水软化发生不均匀下沉，产生翻浆冒泥工程病害，从而容易造成边坡的滑坡和坍塌破坏。因此，《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）规定：强性膨胀土难于捣碎压实，不应作为路堤填料。对于中、弱膨胀土，经处理后（一般掺石灰）可作为路床填料。
三、路基施工质量控制措施
1、膨胀土的处理方法
（1）换土和含水量控制。换土是指用非膨胀土代替膨胀土进行施工，这种方法简单、有效、但成本较高。决定换土深度时应综合考虑当地土质与气候、季节等条件。含水量控制则是指在施工中采取相关措施，对土质进行预湿并始终保持其含水量的稳定，具体方法有利用粘土或土工布包封膨胀土路基，阻止水分的迁移及土质与外界土壤、空气的接触，从而减少因含水量变化而引起的涨缩问题。
（2）膨胀土改性。膨胀土地区寻找、利用大量非膨胀土会导致工程成本的大幅上涨，因此目前多采用改良膨胀土性能的处治方法，间接利用膨胀土，提高填筑效率。工程中常见的改良方法是利用掺加石灰的方式对膨胀土进行处理。一方面，石灰中的钙离子、镁离子可以通过离子交换作用将土中的钠离子和钾离子置换出来，增加离子的单位重量，另一方面，石灰中的氢氧化钙可以吸收二氧化碳而通作碳酸化作用得到水穩定性很高的碳酸钙晶体，提高石灰土的后期强度，且石灰可以与土中的氧化铝作用，形成稳定的碳酸钙和铝酸钙。应注意的是，掺入的石灰量及掺灰时机都应根据具体土质进行试验对比，并在施工现场进行实时监测，保证改性膨胀土达到施工标准要求。
2、施工过程中的控制措施
（1）前期处理。原地面处理时要深挖排水沟，降低水位，保证积水及时排出。路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层，路堑边坡不要一次挖到设计线，沿边坡予留厚度30cm～50cm一层，待路堑挖完后，再削去予留部分，并以浆砌花格网护坡封闭。路堤与路堑分界处，两侧含水量和密实度不一定相同，压实时应使其压实的均匀紧密，避免发生不均匀沉陷。填挖交界处2m范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶，翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相近，同时将其压实到规定的压实度。
（2）施工过程。加石灰使土体砂化，并初步降低含水量。用挖土机将土料挖起堆放“焖灰”3d。通过推土机反复推碾，减小土块粒径，降低含水量。保证掺灰量并处理均匀。掺灰前，用轻型压路机把填土压平，地面上打方格，方格面积以每个方格内堆放一车消石灰控制，再用推土机把石灰摊平。用稳定土拌合机进行粉碎两遍以上;粉碎后土块大小控制在大于5cm的颗粒含量低于5%，大于2cm的颗粒含量低于20%。土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试，合格后连续碾压到规定的压实度。每层土的碾压时间不能超过1d，压路机碾压行驶开始时宜慢速，且最大速度不超过4km/h。直线段由两边向中间碾压，小半径曲线段由内侧向外侧碾压，横向接头对振动压路机一般重叠0.4m～0.5m。施工应避开雨季，路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工。路堤、路堑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙、护坡，防止雨水直接侵蚀。
四、结论
膨胀土是影响道路及其他建筑物的一种特殊土质，在实际工程中如果处理不当，其破坏力是巨大的。解决膨胀土的问题，应该从影响其物理、力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑，结合工程具体实际，采取较为合适的处理方法。还要注意到，由于理论与工程实际往往存在着差异，这些存在的问题还有待于进一步探讨解决。
参考文献：
[1]李永波.膨胀土对公路工程的危害及防治[J].山西建筑，2006，31（2）：103-104.
[2]刘克建，李建军，戎伟.膨胀土路基施工技术与检测方法[J].山西建筑，2005，30（20）：100-101.
【关键词】 膨胀土;路基;危害;处理
前言：
膨胀土是一种具有较高胀缩性的粘性土质，其成分一般为亲水性较强的伊利石、蒙脱石等粘土矿物。由于其同时具有较强的吸水膨胀特性与失水收缩特性，当其作为公路建设土质且环境湿度条件发生变化时，就会产生显著的体积变化，如果变形受到约束，其内部就可能产生较大的应力，影响工程的质量。因此一旦判定为膨胀土，必须从其胀缩特性等各方面考虑其对路基及路基上建筑的影响，并采取相应的控制手段，减少其对施工质量的影响。
一、膨胀土的基本特点及判定方法
1、膨胀土的基本特点
膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成份（蒙脱石、伊利石和高岭石）组成，是具有较大胀缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。膨胀土在《公路土工试验规程》JTJ051-93中土类代号为CH或CHO，这种土在半固态时的干强度很高，土块表面干硬，但土块内含水量较大，很难破碎压实。
（1）胀缩性
膨胀土吸水体积膨胀，如果膨胀受阻，就会产生膨胀力。失水体积收缩，土体收缩开裂。
（2）崩解性
膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后数分钟即可完全崩解，弱膨胀土崩解缓慢且不完全。
（3）多裂隙性
膨胀土中裂隙发育，使土层分割成具有一定几何形状的块体，破坏了土体的完整性。
（4）风化特性
膨胀土对气候因素的影响很敏感，极易产生风化破坏作用。
（5）强度衰减性
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，半固体时具有极高的峰值，而一旦浸水强度又极低。
2、膨胀土的判定
一般认为，自由膨胀率大于或等于40%，且具有以下工程地质特征者，应判定为膨胀土。
（1）裂隙发育，常有光滑面和擦痕。有的裂隙中充填着灰白、灰绿色黏土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态;
（2）多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓、无明显自然陡坎;
（3）常见浅层塑性滑坡、地裂、新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等;
（4）结构物裂缝随气候变化而张开和闭合。膨胀土的膨胀潜势根据自由膨胀率或蒙脱石含量分为三类，如下表：
二、膨胀土的危害
膨胀土及其工程病害问题一直是当今国内外工程地质领域始终没能得到妥善解决的世界性技术难题，有“岩土工程界的癌症”之称。它具有渗透性差、吸水膨胀、失水收缩、多裂隙等特性，这对膨胀土路堤、路堑的稳定将产生重大影响。众所周知，由于膨胀土显著的胀缩性，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重破坏。我国幅员辽阔，膨胀土分布广泛。据统计，由于膨胀土地基致害的建筑面积到达上千万平方米，铁路、公路受到的危害也很严重。在膨胀土地区修建高等级公路常常会出现路面开裂、隆起或沉陷，路堤滑塌、失稳等病害。膨胀土的问题直到20世纪40年代初才被土力学工程师们所认识，并逐渐引起工程界的广泛关注。20世纪70年代中期，我国开展了大规模的膨胀土普查工作，继而对膨胀土的问题进行了卓有成效的研究，制定了相关技术规范。但由于膨胀土分布广泛、特性各异，对膨胀土问题的处理及如何因地制宜控制膨胀土的不利影响，有待于更加全面的深入研究。随着黏聚性的继续作用，土块的力学性能逐步增强，从而使土块坚硬，难于击碎压实，因此如果直接取膨胀土用作路基填料，施工难度大，且难以保证其施工质量。路基填筑后，膨胀土受到湿胀干缩的作用，在自重和车辆荷载作用下，路基易产生不均匀沉降，导致路面的平整度下降，甚至可使路面变形破坏。由于路幅内含水量的变化不均匀，引起土体的不均匀胀缩，易产生大幅度的横向波浪变形。边坡部分的土体如压实不够，特别是高填方，在未对边坡进行水防护或者水防护失效时，因土体遇水膨胀，再加上列车动荷载的反复作用，使基床土质遇水软化发生不均匀下沉，产生翻浆冒泥工程病害，从而容易造成边坡的滑坡和坍塌破坏。因此，《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）规定：强性膨胀土难于捣碎压实，不应作为路堤填料。对于中、弱膨胀土，经处理后（一般掺石灰）可作为路床填料。
三、路基施工质量控制措施
1、膨胀土的处理方法
（1）换土和含水量控制。换土是指用非膨胀土代替膨胀土进行施工，这种方法简单、有效、但成本较高。决定换土深度时应综合考虑当地土质与气候、季节等条件。含水量控制则是指在施工中采取相关措施，对土质进行预湿并始终保持其含水量的稳定，具体方法有利用粘土或土工布包封膨胀土路基，阻止水分的迁移及土质与外界土壤、空气的接触，从而减少因含水量变化而引起的涨缩问题。
（2）膨胀土改性。膨胀土地区寻找、利用大量非膨胀土会导致工程成本的大幅上涨，因此目前多采用改良膨胀土性能的处治方法，间接利用膨胀土，提高填筑效率。工程中常见的改良方法是利用掺加石灰的方式对膨胀土进行处理。一方面，石灰中的钙离子、镁离子可以通过离子交换作用将土中的钠离子和钾离子置换出来，增加离子的单位重量，另一方面，石灰中的氢氧化钙可以吸收二氧化碳而通作碳酸化作用得到水穩定性很高的碳酸钙晶体，提高石灰土的后期强度，且石灰可以与土中的氧化铝作用，形成稳定的碳酸钙和铝酸钙。应注意的是，掺入的石灰量及掺灰时机都应根据具体土质进行试验对比，并在施工现场进行实时监测，保证改性膨胀土达到施工标准要求。
2、施工过程中的控制措施
（1）前期处理。原地面处理时要深挖排水沟，降低水位，保证积水及时排出。路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层，路堑边坡不要一次挖到设计线，沿边坡予留厚度30cm～50cm一层，待路堑挖完后，再削去予留部分，并以浆砌花格网护坡封闭。路堤与路堑分界处，两侧含水量和密实度不一定相同，压实时应使其压实的均匀紧密，避免发生不均匀沉陷。填挖交界处2m范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶，翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相近，同时将其压实到规定的压实度。
（2）施工过程。加石灰使土体砂化，并初步降低含水量。用挖土机将土料挖起堆放“焖灰”3d。通过推土机反复推碾，减小土块粒径，降低含水量。保证掺灰量并处理均匀。掺灰前，用轻型压路机把填土压平，地面上打方格，方格面积以每个方格内堆放一车消石灰控制，再用推土机把石灰摊平。用稳定土拌合机进行粉碎两遍以上;粉碎后土块大小控制在大于5cm的颗粒含量低于5%，大于2cm的颗粒含量低于20%。土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试，合格后连续碾压到规定的压实度。每层土的碾压时间不能超过1d，压路机碾压行驶开始时宜慢速，且最大速度不超过4km/h。直线段由两边向中间碾压，小半径曲线段由内侧向外侧碾压，横向接头对振动压路机一般重叠0.4m～0.5m。施工应避开雨季，路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工。路堤、路堑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙、护坡，防止雨水直接侵蚀。
四、结论
膨胀土是影响道路及其他建筑物的一种特殊土质，在实际工程中如果处理不当，其破坏力是巨大的。解决膨胀土的问题，应该从影响其物理、力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑，结合工程具体实际，采取较为合适的处理方法。还要注意到，由于理论与工程实际往往存在着差异，这些存在的问题还有待于进一步探讨解决。
参考文献：
[1]李永波.膨胀土对公路工程的危害及防治[J].山西建筑，2006，31（2）：103-104.
[2]刘克建，李建军，戎伟.膨胀土路基施工技术与检测方法[J].山西建筑，2005，30（20）：100-101.