膨胀土(改)

膨胀土地区道路灾害防治纪旭王琦理刘肖阳一、膨胀土的概念二、膨胀土的工程性质三、膨胀土的土力学性质四、膨胀土地区道路灾害防治措施1、常见的灾害类型2、路基破坏特点3、膨胀土地区道路灾害的成因以及影响因素4、膨胀土地区道路灾害的防治措施五、膨胀土路基的施工工艺膨胀土地区道路灾害防治一、膨胀土的概念膨胀土是一种富含亲水性粘土的矿物，并且随含水量增减，体积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。我国现行《公路路基 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 规范》规定，膨胀土一般不能作为高等级公路路基填料。然而，由于土地珍贵，土源紧张，部分地区又必须采用膨胀土填筑路基。因此，对膨胀土进行改性处理以满足我国高等级公路建设的需要，具有十分显著的经济效益和社会效益。膨胀土膨胀土地区道路灾害防治二、膨胀土的工程性质在交通部部颁现行《公路路基设计规范》(JTJ013-95)中采用粘粒含量小于2μm的百分比和自由膨胀率及膨胀总率三个指标，把膨胀土分为强膨胀土、中膨胀土和弱膨胀土三个级别。膨胀土的工程性质大致可以归纳如下。膨胀土地区道路灾害防治1、 胀缩性膨胀土吸水后体积膨胀使其上面的建筑物或路面隆起。如膨胀受阻即产生膨胀力，失去水分后体积收缩，造成土体开裂，并会使其上面的建筑物下沉。因为膨胀土不同于其他粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。2、 崩解性  膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。膨胀土地区道路灾害防治3 、裂隙性  膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有一定几何形状的块体如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。裂隙的产生是由于膨胀土的胀缩特性导致的，由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为胀缩创造了条件。膨胀土地区道路灾害防治4、超固结性膨胀土一般都会带有很强的超固结性，天然的空隙小，其初始结构的强度比较高，在路基挖开之后就会产生土体的超固结力释放现象，随即边坡以及路面就会产生膨胀的现象，目前这一现象被视为是造成边坡渐进性出现破坏的关键原因。5、风化特性膨胀土受气候因索影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快会产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。按其风化程度，一般将膨胀土划分为强、中、弱三层。膨胀土地区道路灾害防治膨胀土地区道路灾害防治三、膨胀土的土力学性质膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的，是具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土。从微观结构、渗透性、强度和变形四个方面介绍它的土力学性质。1、微观结构泥岩残积膨胀土地层面裂隙较为发达，它是土体吸水、失水的良好通道，是使膨胀土具有强烈的胀缩性能的重要原因。2、渗透性膨胀土的饱和度增大，孔隙水的渗透系数增大，孔隙气的渗透系数减小。当含水量小于最佳含水量，孔隙气的渗透系数减小的很缓慢；接近最佳含水量时，含水量的微小增加将引起孔隙气的渗透系数的迅速减小；等于和超过最佳含水量时，孔隙气的渗透系数基本为零，只有渗水。膨胀土地区道路灾害防治3、强度膨胀土的强度是指膨胀土的抗剪强度，现今的研究分为饱和土抗剪强度和非饱和土的抗剪强度。研究膨胀土的专家注意到，膨胀土的峰值强度相当的高，然而失稳的膨胀土土坡抗剪强度却往往低于其峰值。经过研究人们认为造成强度衰减的主要原因是膨胀土的工程特性:崩解性、胀缩性、裂隙性、超固结性的特点。4、变形膨胀土的变形叫以分为两类:一是外加荷载作用下的压缩变形;还有是外加荷载与气候共同作用导致土体产生湿胀干缩的变形。膨胀土的变形研究也叫分为饱和土理论和非饱和土理论。膨胀土地区道路灾害防治四、膨胀土地区道路灾害防治措施1、常见的灾害类型由于膨胀土的胀缩性、崩解性、裂隙性、超固结性和风化特性使得膨胀土地区的道路路基经常遭受各种不同情况的破坏，给人们的生产生活带来了诸多的不便。按照形成灾害的原因不同，可以将膨胀土地区道路灾害大致分为裂缝、翻浆冒泥、路基下沉、坍肩、溜坍、剥落、冲蚀、泥流等灾害，这里主要介绍裂缝、路基下沉、翻浆冒泥三种比较常见道路灾害以及它们一般的防治措施。、膨胀土地区道路灾害防治2、路基破坏特点（1）集中性：裂缝以及路基的下沉等经常是成群、成片产生和分布的，破坏的情况比起其他的土壤也更为严重。（2）方向性：路基的边坡由于日照的作用，其干湿循环效应突出，因此也常常会发生边坡滑坡现象。（3）季节性：膨胀土的路基病害经常出现在多雨的季节，尤其是大旱之后的大雨期。（4）持续反复性：膨胀土的路基多数带有持续、反复性特点,只有多次整治之后才会稳定有效。膨胀土地区道路灾害防治3、膨胀土地区道路灾害的成因以及影响因素（1）裂缝①成因：膨胀土在大量吸水后体积膨胀,而在释水后体积又大幅度收缩,这种反复胀缩活动使地表形成地裂缝而造成的灾害。缝宽一般约不超过10cm，深度一般在3m左右。地裂缝形态多呈上宽下窄的“v”字形。伴随膨胀土的反复胀缩变形,地裂缝时闭时张,时大时小。在地裂缝活动的同时,常产生一定的侧向压力,因此引起局部地面隆起或下沉。②影响因素：膨胀土的裂隙性、地下水含量、路基填土周围水含量以及温度变化等。膨胀土地区道路灾害防治（2）路基下沉。①成因：雨水或地面径流沿裂缝下渗，使膨胀上路基受水浸膨胀软化后，发生崩解或强度衰减，在车载作用下基床翻浆冒泥，路基下沉，并促使混凝上路面板块错台、断裂。在上部路面、路基自重与汽车荷载的作用下，路堤易产生不均匀下沉，如伴随有软化挤出则可产生很大的沉陷量，不均匀下沉导致路面的平整度下降，严重时可使路面变形破坏，甚至屡修屡坏。②影响因素：路基填土含水率、行车荷载、膨胀土的崩解性等。膨胀土地区道路灾害防治（3）翻浆冒泥①成因：路基顶部受外营力(气候、温度等)作用，多次膨胀变弱，再经水浸泡溶胀，强度骤减，受力后形成水囊，使道床下沉挤入土中泥浆上翻冒出引起轨道变形。雨季路面渗水，土基受水浸并软化，在行车荷载作用下，形成泥浆，挤入粒料基层，并沿路面裂缝、伸缩缝溅浆冒泥。②影响因素：膨胀土胀缩性、行车荷载、路基内外温差、路基含水量等。膨胀土地区道路灾害防治（4）剥落、冲蚀、泥流①成因：主要因为公路路堑边坡地段边坡化，使土块破碎成细粒状、鳞片状剥落，在降雨或风地表径流作用下冲蚀坡面，特别在雨季，坡面风化松散土与坡脚剥落堆积物易形成泥流，常造成边沟与涵洞堵塞，严重时可冲毁路基、淹没路面。②影响因素：降雨、边坡防护不充分、路基填土成分等。膨胀土地区道路灾害防治4、膨胀土地区道路灾害的防治措施。（1）防治原则对膨胀土路基要从设计、施工、维修方面建立综合防治病害体系，要从路基防水、保湿入手，防止路基反复变形。路堤无论高度如何，其边坡都应进行防护，且以柔性或柔性配合刚性坡面防护为主。对于尚未达到膨胀土指标，但具有膨胀性的粘土，设计时应比照弱膨胀土，用提高设计标准的方法加以处理。（2）一般的防治措施膨胀土地区道路灾害防治①、换土换土是膨胀土路基处理方法中最简单而且有效的方法，即挖除膨胀土，换填非膨胀土或砂砾土。a、换土深度换土深度根据膨胀土的强弱和当地气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量根本不受外界气候的影响，该深度称之为临界深度，该含水量称之为该膨胀土在该地区的临界含量。由于各地的气候不同，各地膨胀土的临界深度和临界含水量也有所不同。换土深度要考虑受地面降水影响而使土体含水量急剧变化的深度，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。b、换土 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 换填土主要是石灰、水泥、石膏、磨细矿渣、粉煤灰、固化剂等化学改良膨胀土。膨胀土地区道路灾害防治膨胀土地区道路灾害防治改性换填（耕地机翻土、洒水）膨胀土地区道路灾害防治②、防水保湿措施——湿度控制（保湿防渗）。湿度控制法包括预湿和保持含水量稳定。为控制由于膨胀土含水量变化而引起的胀缩变形，尽量减少路基含水量受外界大气的影响，需在施工中采取一定的措施。如利用土工布或粘土将膨胀土路基进行包封，避免膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的湿度迁移。水利工程建设中经常采用膨胀土预湿法，用水浸泡地基土或覆盖非膨胀土以达到膨胀土的湿度平衡。膨胀土试验段降雨试验膨胀土地区道路灾害防治③、封闭路基坡面或路肩借助二灰土或三合土进行封闭,厚度至少15cm,也可以使用土工合成材料，但外部要有0.5cm的黏土。此种方法操作简单，效果很好，成本也低，当然也可以用厚度0.25—0.30m的浆砌片石封面，但这种方法的造价比较高。a、在路基以及边坡上及时喷沥青膜，如有必要可以延伸，位置可超出边坡特定高度。b、借助垂直合成纤维完成水流阻截。c、借助非膨胀土对堤身包盖，厚度控制在1m以上。d、坡面封闭。借助3mx3m的石砌棱形骨架，尺寸控制0.3mx0.35m,中间使用二灰土进行封闭，厚度至少15cm,当然，也可以在格内铺上草皮。膨胀土地区道路灾害防治④、挡土墙护坡对于挖方路堑段，为避免坡脚处产生太大的剪应力，造成塑性破坏，可以把挡土墙制作成为斜墙体形式，将其与排水沟连接，在避免路面水渗入墙底造成路基软化的同时，强化挡土墙的承载能力，增强抗滑稳定性；此外还应当对路基土进行保护，避免由于雨水漫入造成膨胀。膨胀土地区道路灾害防治⑤、土钉锚杆护坡土钉锚杆护坡依托土钉为核心的受力构件，是一种边坡围护结构技术，广泛应用在基坑的围护工程当中，将土钉锚杆以及坡面的筋网架实现结合，对坡面进行框箍，既能够抵制土体产生的膨胀力，避免湿胀变形，控制坡面土的含水率以及干重度，又能够起补偿效果，即便是反复干缩湿胀影响到土体的抗剪强度，但是借助土钉锚杆也能够有效加大坡面筋架对坡面的预应力，保持边坡的稳定。考虑到此类护坡技术具备较高的施工难度，并且成本过高，因此建议对那些膨账潜势较强的路基边坡可以使用此法。膨胀土地区道路灾害防治⑥、改良路基土质在二级以下公路工程施工中，最为常用的膨胀土处理方法是改良土质，其中石灰以其价格低廉"材料易得被作为首选固化材料。改良土质就是利用石灰、水泥或其它固化材料通过与膨胀土的物理化学作用进行膨胀土的化学固化处理，以达到降低膨胀土膨胀潜势，增加强度和提高水稳定性的目的。土质改良措施有压力注浆加固膨胀土地基、石灰改良膨胀土、水泥、粉煤灰改良膨胀土等方式。例：压力注浆加固膨胀土地基膨胀土地区道路灾害防治膨胀性填土地基的主要工程地质问题是它的较低的地基承载力和较高的胀缩性。压力注浆的加固机理就是通过静压作用,将胶凝材料的浆液注入土体的裂隙和孔隙中,硬化后形成固结体,同时在地下水或渗流作用下,浆液中的成分与土发生一系列的物理化学反应,达到加固、改性和防渗堵漏的作用。注浆材料有普通硅酸盐水泥、粉煤灰、生石灰、水玻璃和陶土等。压力注浆在膨胀土体中产生以下几个作用压密一劈裂作用.骨架作用,防渗堵漏作用,土质改性作用。膨胀土地区道路灾害防治膨胀土路基换填基床示意图聚丙烯酰胺应用于膨胀土膨胀土地区道路灾害防治⑦、加固路基a、建造抗滑桩对于那些有着不良的工程及水文地质的路段，为避免产生危害性较强的滑坡事故，建议在路基的两侧使用单排或双排预制桩，并及时于桩体之间加设冠梁，进行横向的支撑等多种措施，强化路基的整体性以及抗滑稳定性，增强支撑效果。b、建造重力式的挡土墙大量的工程实践已经证明，膨胀土挡土墙的破坏模式经常会在墙体的上部被剪断。这主要是由于膨胀土的路基挡土墙受力特点所影响的，一个是挡土墙必须承受一般土的压力，此外还要承受土体膨胀的压力，它的作用范围处于墙体的中上部，也就是在墙背填土含水率产生变化的范围内，即沿墙高的2m处即可。膨胀土地区道路灾害防治⑧、以柔治胀（边坡处理）一是膨胀土中加设“麻绳”为筋体，自重产生支挡力，通过变形吸收坡体的膨胀能；二是内部排水通道疏排坡体的裂隙水，同时“防水布+（装防滑沙）废旧的编织袋”当做防水土工膜阻止地表水下渗；三是三叶草植被稳定表土层，吸收水分和水溶性的无机盐，将草根固定在坡面上，防止冲刷与水土流失，实现了“以膨胀土治理膨胀土”的环保新理念。膨胀土地区道路灾害防治五、膨胀土地区路基的施工工艺1、路基断面路基断面横坡尽可能大，必要时设防渗层；路肩尽可能宽一些，以利于保持路面下土基内水分的稳定，最好不小于2.0～2.5m；路肩横坡要尽可能大一些，以利于排水；路肩与路面结构层用相同的材料铺砌，以利于保持路幅内土基水分的均匀性，并铺较薄的不透水面层或做防渗处理，以防水分下渗；边沟适当加宽、加深，沟底应在土基顶面以下至少20～30cm，并尽可能离路面结构层远一些；路侧不应种树，特别是不应种生长快、吸水和蒸发量大的树种，如桉树等；若成排种树，其距离应在边沟外侧1.4～1.5倍成长后的树高以外，至少也得是成长后的树高以外，但不得小于5m。膨胀土地区道路灾害防治2、路基高度根据膨胀土风化作用后可能出现湿胀干缩效应的特点，为了避免膨胀土高路堤后期产生很大的沉陷量，则膨胀土路堤不宜过高，一般宜控制在3m以内，如超过3m则须考虑沉降稳定问题；如超过6m还须考虑预留沉降量和路基的加宽。3、路基排水路基排水设施对膨胀土路基的稳定尤为重要，所有排水设施均应精心设计，要做好路基地面排水工程，使排水通畅，防止地表水下渗，浸润土质。所有地面排水沟渠，尤其是近路沟渠均应铺砌和加固，防止冲刷渗漏。边沟应比一般地区适当加宽加深，路堑边沟外侧应设平台，保护坡脚免遭水浸，并防止剥落物堵塞边沟。堑顶设截水沟，以防水流冲蚀坡面和渗人坡体，截水沟纵坡应利于排水。对于台阶形高边坡应在每一级台阶内设截水沟以截排上部坡面水，且在截水沟与坡脚之间设一定宽度的平台以利坡脚稳定。另外还要注意防止基底蒸发失水引起膨胀土干裂收缩。膨胀土地区道路灾害防治4、路堑路堑施工前，应先进行截、排水设施的施工，将水引至路幅以外；边坡施工中，宜采取临时防水封闭措施保持土体原状含水量；挖方边坡不要一次挖到设计线，沿边坡预留厚度30～50cm一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并立即进行加固和封闭处理；宜用支挡结构对强膨胀土边坡进行防护，支挡结构基坑应采取措施防止暴晒或浸水。膨胀土地区的路堑，高速公路、一级公路的路床应超挖30～50cm，并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性土回填，按规定压实，其他各级公路可用膨胀土掺石灰处治。  膨胀土地区道路灾害防治水泥排水结构层膨胀土路堑施工成型边坡膨胀土地区道路灾害防治