某高速公路膨胀土工程特性分析

关键词：高速公路；工程地质特性；工程勘察；膨胀土；路基 

中图分类号：u412.36+6文献标识码：a 文章编号： 

1.前言 

南京至淮安高速公路是江苏省规划的“四纵四横四联”主骨架中的“纵三”，南联省会南京，北至淮安，并与徐宿淮高速公路相连。起圪桩号k37+632.111～k178+241.60，全长140.6095km。路线所处淮安市盱眙县东部和洪泽县清浦区西部地区，有大面积覆盖于地表或埋藏在地表下浅层处的膨胀土，其矿物成分中均含有不同比例数量的伊利石、蒙脱石和高岭石。众所周知，在膨胀土地区，路基土体遇水软化，易发生胀缩变形，引起路基下沉而导致路面变形、开裂、翻浆冒泥、沉陷等，因此，为确保某高速公路路基的稳定性和强度，膨胀土勘察工作显得尤为重要。 

2.自然地理概况 

2.1 地形地貌 

某高速公路拟定线路位于江苏西部低山丘陵隆起区与东部滨海平原沉降区的过渡地带，由于新构造运动的继承活动及诸多入海水系的侵蚀切割，形成了较为复杂的地形地貌单元。从总体上看，区内南高北低，南侧为低山丘陵区，地势较高，向北逐渐降低，以至形成了残丘岗地区和冲、湖积平原区。 

2.2 水文、气象 

区域性地貌格局（山丘与海洋的相对位置）决定了东西向水系及微地貌形态，因 

线路地处升降过渡带，地势起伏明显，河道坡降略大，流量季节变化明显，据区域水文资料，本区人工渠系发育，天然河道不多。 

线路区地处亚热带向暖温带过渡性气候带中，有明显的季风气候性，本气候区域内寒暑变化显著，四季分明。淮河、苏北灌溉总渠以北属暖温带湿润、半湿润季风气候，以南属亚热带湿润季风气候区。地理纬度、海洋水域和冬夏大气环流是影响本区气候的主要因素。全区平均气温等值线大体呈东西向，南北温差2.7℃。年降雨量自北而南递增，约为943.4mm～1031.3mm，洪峰期集中于6、7、8月份；年气温为15.3～14℃，极端最低最高气温分别为-20.4℃、43℃。年均蒸发量1400～1500mm，略大于降水量。 

3.区域地层 

根据区域地质资料，沿线从元古界到新生界的地层中，除上古生界有缺失外，基本均有分布。白垩系晚期，燕山运动继续活动，隆起与拗陷差异性升降加大，剥蚀与堆积作用增强，致使区内基底起伏，新老地层埋深与厚薄变化不一。 

据钻孔资料（含收集钻孔）洪泽以北基底为白垩系及第三系，以南部分地区深部。路线所经地区全被第四系覆盖，是影响公路工程地质条件的主要地层，也是本次施工图勘察的主要对象，三河以南～滁河之间以上更新统q3为主。局部低洼沟塘地段为q4，第四系沉积厚度与新构造运动不均匀的升降。以及河流和古河道的发育密切相关，总的特点是：西端较厚，中间薄，丘陵山区基本缺失。 

4.沿线膨胀土矿物成份、分布特征 

4.1沿线膨胀土矿物成分分析 

根据沿线地貌特征，选取有代表性膨胀土分布区进行矿物成分分析，膨胀土的粘土矿物以伊利石和高岭石为主，分别占总量的40～43%和24～27%，而蒙脱石含量相对较少，仅占11～13%左右。由于膨胀土成因有所不同，不同类型粘土矿物所占比例及其组合形式各有差异。 

4.2沿线膨胀土调查与分析 

在沿线有膨胀土分布的57km的线路上，布设了73个挖探，取土样146个，并于沿线布置80个膨胀土综合测试钻孔，共进行膨胀性测试试验334组，取得了大量的试验数据,为膨胀土处理提供了体依据。 

对于高、低液限粘土，按《公路桥涵地基与基础设计规范》定名为粘土、粉质粘土。根据资料统计，全线5.0m 以浅土工试验数据中，高液限粘土有724个，天然含水量在20.5～45.7%之间，平均为25.56%，一般为灰黄色、黄色、褐黄色，其中天然含水量大于35%的试样有19个，土样深度为0.5～1.30m，孔隙比一般大于1.00，但稠度较高，一般在0.73～0.97。其液限含水量（100g锥）在50.0～100.4%之间，平均为55.8%。粘粒含量（小于0.002mm）的颗粒一般在10～44%之间，平均为24.95%。 

低液限粘土有207个，天然含水量在16.2～31.8%之间，平均为22.7%，一般为灰黄色、黄色、褐黄色。其液限含水量（100g锥）在26.0～49.9%之间，平均为43.5%。粘粒含量（小于0.002mm）的颗粒一般在2.7～42.8%之间，平均为18.8%。 

5、膨胀土的路用性能试验及分析 

根据沿线膨胀土空间分布特征，采取膨胀土进行路用试验分析。主要对坑素土、掺灰土进行击实试验、cbr试验，确定其路用性能。 

根据试验，沿线中低膨胀性土素土最佳含水量在12～16.5%之间，平均为15%，建议取值15.6%；最大干容重在1.77～1.91g/cm3，平均为1.80 g/cm3，建议取值1.80 g/cm3；自由膨胀率一般为30～47%，平均为38%，建议取值40.8%；但击实后（压实度95%）膨胀量很大(表3)，在2.00～6.60%之间，平均为4.2%，而相同压力下原状土的膨胀量一般为-0.27～-2.73%，平均为-1.29%，两者相差很大，这是因为压实后的膨胀土与天然原状结构膨胀土的工程特性有很大的不同，填料土的压实性愈高，密实性愈大，则土浸水后其膨胀量和膨胀力愈大。原状土胀缩总率一般大于2%，为中等膨胀性土，局部具弱膨胀性。对于击实素土，其最佳含水量小，其经96小时浸水后的含水量一般为最佳含水量的115%，故取它们建议值的1.15倍即15×115%=17.25%由此计算wm=0.86×wp=0.86×27.7=23.8%，根据《公路路基设计规范》(jtj 013-95)第6.7.1.1之规定，eps=ep50。所以，击实素土的胀缩总率一般为2.00～6.60%，平均为4.2%，为强膨胀性土。显然，击实后的膨胀土比原状地基内的膨胀土的膨胀性大大增加。不能直接用作路基填料。 

6.结论与建议 

路线经过区域地表或地表下浅层土层大部分具有中等膨胀性，部分为弱膨胀性。室内试验成果显示，掺灰率达3%以上（石灰等级为三级），其胀缩总率都可达规范要求，说明掺灰处理效果明显。但考虑到现场施工土块粉碎，石灰存放、拌和以及压实后养护都达不到室内试验条件，根据规范规定采用路拌法施工石灰剂量应比室内试验确定的剂量多1%，因此建议掺灰率按干土重计算取4%～5%。 

治理膨胀土的关键之一是水的治理，控制膨胀土的含水量，使其湿度基本保持稳定，这样膨胀土就失去了胀缩条件，就不能引起危害，产生破坏性，因此建议设计人员作好“防水保湿”设计工作。 

路堤两边边坡部分及路堤顶面宜用非膨胀土作封层，必要时须辅一层土工布，从而形成包心填方。 

填高不足1.5米的路堤，建议换填非膨胀土或掺灰处理并按规定压实。 

施工时宜避开雨季作业，加强现场排水，路基开挖后或填筑时各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久，施工时，应视土层气候、路基水文条件情况采用防水，封闭等措施，尤其要做到及时碾压和边坡防水。 

建议现场路基抽检项目增加膨胀性试验，在压实度和膨胀性均满足要求后，才能进行一道工序。 

参考文献 

1.《岩土工程勘察规范》gb50021-2001 

2.《公路工程地质勘察规范》jtj 064-98 

3.《公路路基设计规范》jtg d030-2004 

4.《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册(第二版)[m]，北京：中国建筑工业出版社1992 

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