随着我国高速公路建设飞速发展，许多公路路线不可避免会通过膨胀土地区。该土具有吸水膨胀、失水收缩并往复变形的性质，对路基的破坏作用不可低估，并且构成的破坏是不易修复的。为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度，达到安全舒适行车的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题。本文根据膨胀土的物理性质及力学性质，谈谈如何利用合理的方法去处理膨胀土路基。

1.膨胀土的基本特性

1.1膨胀土的基本特性与分布

膨胀土【expansive soil】指的是具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土。

膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,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。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏。

膨胀土在我国的分布范围很广，如广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。

1.2膨胀土的物理性质及力学性质分析 　　

膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊力土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀。引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下：

1.2.1含水量

　　膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。含水量的轻微变化，仅1%∽2%的量值，就足以引起有害的膨胀。在安康地区，膨胀土对人们的危害较大，建造在膨胀土上的地板，在雨季来临时，土中含水量增加引起的地板翘起开裂屡见不鲜。一般来讲，很干的粘土表示有危险。这类粘土能吸收很多的水，其结果是对结构物发生破坏性膨胀。反之，比较潮湿的粘土，由于大部分膨胀已经完成，进一步膨胀将不会很大。但应注意的是，潮湿的粘土，在水位下降或其它的条件变化时，可能变干，显示的收缩性也不可低估。

1.2.2干容重

　　粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m;的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。在安康地区，人们对这种土的评语是“硬的象石头”。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

1.2.3力学性质

　　在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。　　

膨胀潜势：简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。 　　

膨胀力，也就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。

综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。

2.膨胀土对路基的危害　　

膨胀土有受水侵湿后膨胀，失水后收缩的特性，很容易引起公路路基的收缩和胀裂，破坏路基的整体强度和稳定性，造成公路的早期破坏，影响行车安全，造成很大的经济损失，常见的病害有：路床翻浆冒泥、路肩鼓胀、路堑侧沟壁挤出等，边坡浅层滑坍和深层滑动的比率也较大，而且具有渐进性和长期性的特点。针对膨胀土的危害，在公路的设计和施工过程中规范都做出了规定。除此之外，根据膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性，也对改良膨胀土填料提出了一些方法。

3.膨胀土路基施工的一般规定

在道路工程设计与施工中，针对膨胀土的物理性质及力学性质，根据地质勘测的详实报告及有关处理膨胀土的经验，采用了综合处理的思想，并进行了针对性的研究，提出如下措施：　

3.1膨胀土地区的路基施工,应避开雨季作业,加强现场排水,保证地基和已填筑的路基不被水浸泡。

3.2膨胀土地区路基施工,开挖后各道工序要紧密衔接,连续施工,分段完成。路基填筑后不应间隔太久或越冬后做路面。

3.3路堑施工前,先开挖截水沟并铺设浆砌行工,其出口应延伸至桥涵进出口。

3.4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。

3.5强膨胀土稳定性差,不应作为路堤填料；中等膨胀土宜经过加工、改良处理后作为填料；弱膨胀土可根据当地气候、水文情况及道路等级加以应用,对于直接使用中、弱膨胀土填筑路堤时,应及时对边坡及顶部进行防护。

3.5.1高速公路、一级公路、二级公路等采用中等膨胀土用作路床填料时,应作接灰改性处理。改性处理后要求胀缩总率不超过0.7为宜。

3.5.2限于条件,高速公路、一级公路用中等膨胀土填筑路堤时,路堤填成后,应立即作浆砌护坡封闭边坡。当填至路床底面时,应停止填筑,改用符合规定强度的非膨胀土或改性处理的膨胀土填至路床顶面设计标高并严格压实。如当年不能铺筑路面,作为封层的填筑厚度,不宜小于3Ocm,并做成不小于2%的横坡。

3.5.3使用膨胀土作填料时,为增加其稳定性,可采用石灰处治,石灰剂量可通过试验确定,要求掺灰处理后的膨胀土,其胀缩总率接近零为佳。

3.5.4可用接近最佳含水量的中等膨胀土填筑路堤,但两边边坡部分要用非膨胀土作为封层。路堤顶面也要用非膨胀土形成包心填方。控方地段当挖到路路床顶面以上30cm时,应停止向下开挖,井挖好临时排水沟。待作路面时,再挖至路床顶面以下3Ocm,并用非膨胀土回填,并按要求压实。

3.6高速公路、一级公路路堤原地面处理应按下列规定办理。

3.6.1填高不足1m的路堤,必须挖去地表30cm的膨胀上,换填非膨胀土,并按规定压实。

3.6.2地表为潮湿土时,必须挖去湿软土层换填碎、砾石土、砂砾或挖方坚硬岩石碎渣,或将土翻开掺石灰稳定并按规定压实。

3.7膨胀土地区路堤施工前,应按规定作试验路段。

3.8膨胀土地区路堑开挖应按下列规定办理：

3.8.1挖方边坡不要一次挖到设计线,沿边坡预留厚度30～5Ocm一层,待路堑挖完时,再削去边坡预留部分,并立即浆砌护坡封闭。

3.8.2膨胀土地区的路堑,高速公路、一级公路的路床应超挖3O～5Ocm,并立即用粒料或非膨胀上分层回填或用改性土回填,按规定压实。

3.9膨胀土地区,路基碾压施工应符合下列规定：

3.9.1根据膨胀土自由膨胀率的大小,选用工作质量适宜的碾压机具,碾压时应保持最佳含水量；压实土层松铺厚度不得大于30cm；土块应击碎至粒径5cm以下。

3.9.2在路堤与路堑交界地段,应采用台阶方式搭接,其长度不应小于2m,并碾压密实。

4.膨胀土填料的处理方法

路基工程中膨胀土一般不适合作为填料使用，但由于公路所经膨胀土地区范围过大，找不到非膨胀土填料或成本过高时，中、弱膨胀土也可用于路堤填料，但必须采用相应的处置措施，增加其稳定性。其处理方法有如下几种。

4.1换土

换土是膨胀土处理方法中最简单而且有效的方法。即挖除膨胀土，换填非膨胀土或沙砾土，换土浓度根据膨胀土的强度和当地的气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量基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水量。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，基本上在1~2m，即强膨胀土为2m，中、弱膨胀土为1~1.5m，具体换土深度要根据调查后的临界深度来确定。此方法施工简易，但施工同吉期较长、造价高，且开挖弃置会对生态环境造成一定的破坏，适合小规模的膨胀土路基处理。

4.2湿度控制

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。

4.3石灰改良膨胀土处理工艺

石灰改良膨胀土施工方法是使含水量合适的膨胀土与掺入的石灰混合接触，并产生物理化学反应，以达到降低或消除膨胀土膨胀性，增强其水稳性和耐久性的目的。其机理是硅酸盐与铝的水化物与颗粒相互间的胶结作用，胶结物逐渐脱水和新生矿物的结晶作用，降低了液限，增大了土体的抗剪强度。因此该方法需要使石灰颗粒与膨胀土颗粒粒径尽可能小，增加其比表面积，并拌和均匀，能充分接触并发生反应。这是石灰改良膨胀土填料质量控制的关键，为了获得预期的效果，尚需对含水量、含灰率、石灰颗粒粒径、松铺系数、碾压遍数这些工艺参数进行专项研究。

膨胀土体经过生石灰、熟石灰改良后，膨胀土的物理力学性质主要在以下方面发生明显变化：粘粒含量大幅减少，粉粒含量有所增加；膨胀土改良后塑性指数明显降低；自由膨胀率、收缩系数都有不同程度的降低；压缩系数减少、压缩模量增大等。但是石灰与土的反应速度较慢，所生成的水化物强度较低，耐久性较差，而且掺量在8%以上才能达到一定的效果，在施工时需要拌和均匀，施工周期较长，造价偏高。

4.4膨胀土生态改性剂改良膨胀土技术

膨胀土生态改性剂是一种复合的化工产品，具有电离和离子交换的作用，有较强的渗透性，能溶于水，在水中离解出带正电荷的阳离子X]n+和带副电荷的阴离子Y]n-，阳离子与膨胀土胶体表面的阳离子M]n+产生交换作用，将这些原本吸附在膨胀土颗粒表面、亲水性极高的阳离子赶走，代之以亲水性较低、粘结力较强的铝离子及其水合物，破坏膨胀土颗粒吸附水的化学键，形成自由水，自由水通过重力、蒸发压实排除。膨胀土生态改性剂改变了膨胀土颗粒的结构特征，提高膨胀土的抗剪强度，增加膨胀土的水稳性，永久改变膨胀土的属性，将膨胀土改性为非膨胀土。膨胀土生态改性剂自身与土粒并不结合，它与膨胀土作用时其总量不减少，而且只要膨胀土中有水分，它的功效就会延续下去，这种作用是永久的不可逆的。膨胀土生态改性剂改性膨胀土有以下特点：第一、改善膨胀土湿胀干缩的特性。膨胀土湿胀干缩特性是其所含的矿物与水作用的结果，膨胀土生态改性剂离子交换作用于土壤颗粒表面的吸附水静电引力被打破，吸附水变成自由水被排出，这样就从根本上改善了膨胀土湿胀干缩的特性，将膨胀土改性为非膨胀土，其工程特性优于正常土。第二、改性后的土体具有人造沉积岩倾向。由于改性后的土体水分在膨胀土生态改性剂的作用下被排除，改性土在重力的作用下被压实，在石灰和离子反应中形成胶状晶体的粘和作用下被固化密实的板状结构，而且具有良好的弹性，不会发生断裂，具有人造沉积岩的倾向。第三、水的渗透不会引起岩土工程的破坏。经过膨胀土生态改性剂处理的土体，由于其排水作用而使大部分气孔也被压缩，且气孔里大部分空间会被再结晶物质所填充，虽然改性后的土体水还是能渗进去，但由于这些水不会再被吸附而很快被排出。所以，这些渗透水并不会引起岩土工程的破坏。

5.结束语

解决膨胀土的问题，应结合工程自身的特点和地质条件，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，选择最优的处理方式。工程建设经验告诉我们，膨胀土并不可怕，只要提前做好预防和处理，就可以保证路基工程的施工质量和道路的安全性、舒适性。