强膨胀土（精选9篇）
强膨胀土 篇1
1 概述
膨胀土是在地质作用下形成的多裂隙并具有显著膨胀性的特殊土体, 主要由强亲水性的蒙脱石和伊利石等粘土矿物组成, 是一种具有显著胀缩性和强度衰减性的粘土;由于膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的反复变形的特征以及由原生和次生作用形成的土体中杂乱无章的裂隙, 国际工程界称之为“隐藏的灾害”或“难以对付的土”。据美国在20世纪70~80年代的统计, 由于膨胀土的破坏性给工程带来的损失超过风灾、地震等自然灾害损失的总和[1,2,3]。膨胀土有“三性”, 即胀缩性、裂隙性和超固结性[4]。胀缩性是指由于膨胀土的粘土矿物成分、胶结物质成分和结构特征而造成的遇水膨胀、失水收缩的特性, 是膨胀土工程病害的主要根源。
对膨胀土胀缩特性的研究, 离不开膨胀率和膨胀力, 而无荷载膨胀率是在完全限制侧向变形、无垂直荷载作用条件下, 膨胀土试样吸水膨胀稳定后, 竖直方向膨胀量与试样初始高度之比, 可以很好地反映土体浸水饱和过程中整体膨胀潜势, 以及干密度与初始含水量对膨胀率的影响。
本文通过自制样的无荷膨胀率试验研究了含水率和干密度对强膨胀土的线膨胀变形特性的影响。
2试验土样及方法
2.1土样物理化学特性
本试验采用从现场取回的强膨胀土, 天然含水率ω=25.3%, 干密度ρd=1.61g/cm3, 土样的基本物理性质如表1所示。由表1可以看出, 自由膨胀率为126, 属于强膨胀土;塑性指数为48.4, 且粘粒含量特别高。土样的主要矿物成分及水理特性如表2所示。由表2看出, 蒙脱石和伊利石的含量为50%, p H值为7.68, 呈弱碱性。土样击实曲线如图1所示, 最优含水率为20.3%, 最大干密度为1.679g/cm3。
2.2 试样制备
试验土样按照《土工试验规程》 (SL237-1999) [5]规定的方法制备, 制备步骤如下:1) 将土样风干, 人工碾碎后过2mm土筛, 并测定其风干含水量;2) 按照试验要求配制初始含水率分别为14%、18%、22%、的土样;3) 根据试验要求的含水率, 制备干密度分别为1.55g/cm3、1.60g/cm3、1.65g/cm3环刀样, 环刀直径为61.8mm、高为2cm。
2.3试验仪器
本试验采用普通膨胀仪测定强膨胀土的无荷膨胀率, 膨胀仪如图2所示。
1.量表;2.表架;3.有孔板;4.试样;5.环刀;6.透水版;7.压板;8.水盒
3 试验结果及分析
3.1 试验结果
按照《土工试验规程》 (SL237-1999) [5]规定的试验步骤进行试验, 试验结果如图3所示。
由图3可知, 强膨胀土无荷膨胀率与时间关系曲线可以分为三个阶段:
1) 等速膨胀变形阶段, 此阶段膨胀变形速率很大, 持续时间较短, 且不同干密度试样膨胀变形速率与持续时间不同, 由图可知, 干密度较小, 膨胀变形速率最大, 且持续时间最短;等速膨胀变形阶段膨胀变形量很大, 可达到最终膨胀量的80%以上, 是工程中膨胀变形的主要阶段, 该阶段的膨胀变形足以导致其上建筑物的破坏;
2) 减速膨胀变形阶段, 此阶段试样仍产生较大吸湿膨胀变形, 但膨胀变形速率不断减小, 该阶段膨胀量通常占最终膨胀量的5%~10%;
3) 稳定膨胀变形阶段, 此阶段膨胀变形与时间关系曲线几乎水平, 膨胀变形速率可以忽略不计, 但膨胀变形量也会随之间缓慢增长。等速膨胀变形阶段, 试样处于吸湿初期, 膨胀变形速率和初始吸湿持续时间取决于试样干密度与初始含水量大小:初始含水量越低, 干密度越小, 吸湿初期膨胀变形速率越大, 初始吸湿的时间也越短;反之, 初始含水量越高, 干密度越大, 吸湿初期变形速率也就越小, 初始吸湿时间也就越长。这可能是由于干密度越小, 试样内部渗透通道越多, 通道孔径也越大, 试样得渗透性也就越好, 吸湿和膨胀变形也就越快;反之, 吸湿和膨胀变形越慢。含水量越低, 试样基质吸力越大, 试样吸湿与膨胀变形越快;含水量增高, 基质吸力下降, 吸湿速度也就变慢, 从而膨胀变形速率下降。
3.2 膨胀变形的影响因素分析
由图3可以看出, 随着干密度和初始含水率的增大, 试样达到膨胀稳定的时间越长, 而最终膨胀量随着干密度的增大而增大, 随着初始含水率的增大而减小。图4为不同干密度试样的最终膨胀量与初始含水率关系曲线, 由图可以看出, 不同干密度试样的最终膨胀量随初始含水率的增大呈线性减小, 其线性回归分析式可表达为
式 (1) 中回归系数A、B与试样干密度相关, 随着干密度的增大, 回归直线斜率减小, 系数A增大, 而系数B随干密度的变化不大, 可视为基本不变。干密度越大, 土颗粒越多, 而达到膨胀稳定时的膨胀变形量也就越大;反之依然。初始含水率越小, 试样的膨胀势越大, 而稳定时的膨胀变形量也也就会越大, 随着初始含水率的增大, 这种由于粘粒成分而产生的膨胀势减小, 而最终膨胀变形量也就减小。系数B与初始含水率和干密度没什么关系, 是土的一种性质参数, 与土的矿化成分、颗粒组成等因素有关。
4结论
通过不同干密度和初始含水率试样的无荷膨胀率试验, 研究了强膨胀土膨胀变形曲线, 并分析了影响最终膨胀变形量的影响因素, 得出以下结论:
1) 强膨胀土无荷膨胀率与时间关系曲线可以分为等速膨胀变形阶段、减速膨胀变形阶段、稳定膨胀变形阶段等三个阶段;
2) 强膨胀土干密度越大, 膨胀变形速率也越大, 达到膨胀稳定的时间也越长;初始含水率越大, 膨胀变形速率越小, 达到膨胀变形稳定的时间也越短;
3) 强膨胀土最终膨胀变形量跟干密度和初始含水率有关, 干密度越大, 最终膨胀变形量也越大, 而初始含水率越大, 最终膨胀变形量越小。
摘要：本文通过无荷膨胀率试验, 研究了强膨胀土膨胀变形曲线和最终膨胀变形量的影响因素。研究表明:干密度越大, 膨胀变形速率也越大, 达到膨胀稳定的时间也越长;而初始含水率越大, 膨胀变形速率越小, 达到膨胀变形稳定的时间也越短;干密度和初始含水率影响着强膨胀土的最终膨胀变形量。
关键词：无荷膨胀率,强膨胀土,干密度,初始含水率
参考文献
[1]刘特洪.工程建设中膨胀土问题[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
[2]郑建龙, 杨和平著.公路膨胀土工程[M].北京:人民交通出版社, 2009.
[3]王钊, 刘祖德.鄂北岗地膨胀土特性及渠道滑坡防护与整治的研究总报告[R].武汉:武汉水利电力学院, 1991.
[4]包承纲.非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题[J].岩土工程学报, 2004, 26 (1) :1-15.
[5]Sl237-1999.土工试验规程[S].
强膨胀土 篇2
浅论膨胀土路基处理
膨胀土是影响道路及其他构造物建设的一种特殊地基土质,在实际工程中,其不良影响是较大的.,文章着重从影响膨胀土物理、力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑,从而通过改变土的力学性质达到处理的目的.
作 者：杜学山 蒋俊民 作者单位：金昌公路总段,甘肃,金昌,737000刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(3)分类号：U4关键词：膨胀土 物理性质 力学性质 处理
膨胀土边坡稳定性分析 篇3
关键词：膨胀土；边坡工程；失稳破坏
中图分类号： TU23 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-69-2
0 引言
膨胀土属于特殊土，分布较为广泛并且对工程建筑物危害较大。大量的粘土矿物是膨胀土具有膨胀结构的根本原因，其中蒙脱石的存在会使得土体易于开裂、亲水性强、胀缩性高，同时膨胀土的液限也很高。判断一种土是否为膨胀土的依据就是液限和自由膨胀率，当液限和自由膨胀率均大于40%时，判别为膨胀土[1]。
膨胀土的破坏特性是复杂的，具有潜在性、反复性和长期性，全世界由膨胀土造成的损失很大，甚至超过了洪水、飓风、地震和龙卷风所造成破坏的总和[2]。美国专门组织召开膨胀土大会，国际工程地质大会、国际土力学及基础工程大会以及地区性的会议都会针对膨胀土的研究进行交流探讨，在此的背景下，国际上制定了一些相关的规范。我国在20世纪五六十年代开始注重膨胀土带来的一系列问题。当时的研究程度不够深入，在膨胀量和膨胀力以及引起膨胀的相关因素方面的研究成果很少[3]。
1 膨胀土边坡稳定性研究现状
1.1 强度准则
传统的摩尔库伦准则是应用最广泛、认可度最高的强度理论，后续的很多新理论都是在摩尔库伦理论的基础上建立起来的。由于自然条件下膨胀土边坡为非饱和土，故目前研究的热点集中在非饱和土力学。Bishop等于1960年提出了非饱和土抗剪强度的有效应力公式[4]：
以上学者提出的公式虽然得到了国际上很多转接学者的认可，但是还是存在缺陷，Bishop法ua-uw数值难以测定，Fredlund法？渍″的测定非常复杂，都未能在工程中大量应用，应用最广的依然是摩尔库伦强度准则。
1.2 膨胀土边坡裂隙开展深度
膨胀土裂隙开展深度对土体稳定性影响非常的大。膨胀土在不同的温度、含水量等作用影响下产生应力不均匀分布，于是产生相应的应变。膨胀土形成的众多裂隙致使其结构稳定性降低，导致膨胀土体工程性质变得极差。因此研究其裂隙扩展深度极其重要。由于膨胀土裂隙深度并非受单一因素影响，它与风化卸荷、地应力、工程地质条件密切相关，要精确求解比较困难。
易顺民和袁俊平对裂隙的分布进行了研究，并依据统计法建立了裂隙度的概念，但并未针对某一具体裂隙深度进行求解。在工程实际中，很多时候都是根据当地的地质勘察资料和当前气候条件进行经验估算得到裂隙深度。根据经验统计分析，膨胀土体的稳定性系数随着裂缝深度的变化幅度基本在10%以下，就可以在进行稳定性计算时取稳定性系数为最小时的深度。
1.3 膨胀土的渗透性
非裂隙性的膨胀土渗透系数很小，对边坡土体的稳定性影响很小，因此关于非裂隙性的边坡渗流问题研究的文献也比较少，只有少部分文献研究了裂隙生成后的渗流问题。对于边坡表层的膨胀土受风化应力改造比较严重，裂隙发育较多，大小不一，根据不同的工程地质条件，边坡形态，雨水入渗对边坡会产生不同程度的影响，对边坡稳定性造成一定的威胁。袁俊平初步建立了非饱和膨胀土边坡裂隙网络的入渗模型。
1.4 膨胀力与含水率的关系
膨胀土遇水后会产生膨胀力，而大气条件下膨胀土吸水后产生膨胀力的情况要比室内膨胀力测试实验复杂得多，室内试验膨胀土试样完全浸入在水中，并且在测试过程当中完全没有变形，这与大气条件下差别较大，因此准确测定膨胀力困难比较大。卢肇钧定义膨胀土的的膨胀力为土体积不变的情况下测定的，现在土工试验规程也使用了这种方法。Asuri Sridharan设计了三种方法来测定膨胀力，包括自由膨胀法、线性求解法和定体积法，从不同的角度，通过大量实验对比分析三种方法的不同特点，测定膨胀力以获得更加合理的方法，同时还总结出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系。
2 膨胀土边坡稳定性分析
2.1 室内试验研究
目前室内试验是获取膨胀土的膨胀力和强度参数的主要方法，在进行稳定性计算时往往要先做室内试验。
2.1.1 膨胀力试验
膨胀力试验测量的是膨胀土试样在不同初始含水率试样达到或接近试样的最大干密度条件下的膨胀力，分析了膨胀力与含水率之间的关系并且实现了定量化，能够为极限平衡计通过研究以往试验可以发现，试样在实验前虽然含水率相差很大，膨胀力试验结束后发现含水率都接近塑限。膨胀速度呈现先快后慢的趋势。在实验过程中，当膨胀力趋于稳定的并且接近末尾阶段，不同试样表现出了不一样的变形差别，含水率大于等于最优含水率的试样完全限制试样变形，在实际条件下，膨胀土边坡的变形是不可能被完全限制住的，因此在进行极限平衡计算时需要选择一个合理的折减系数来平衡实验室与实际间的差别。
2.1.2 压实性膨胀土的抗剪强度试验
压实性膨胀土的抗剪强度试验测定了膨胀土抗剪强度随含水率的变化情况而变化的规律，为膨胀土边坡稳定性计算提供定量数据。
在做固结慢剪试验时，需要制备不同含水率的试样，并且固定一个压实度作为基准，在制备试样时，分别将试样压实到相对于试样的最大干密度。当固定一个含水率的值的时候，制备不同压实度的试样，来考察最优含水率附近压实度对强度的影响。还可以控制含水率，制备不同压实度的试样来进行快剪试验。
2.2 大气作用下的试验研究
孔令伟[6]研究了大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究。试验场地选在了广西南宁郊外，属于亚热带季风气候，日照充足，降水量大，雨季旱季分界明显。多年平均降雨量约为1318mm，其中雨季的降水量达到全年降水的80%，年平均蒸发量约为1220mm。地形地貌属于垄状地貌，选在一块面西向的缓坡上，坡度较小，10°-14.5°，边坡上安装相关检测设备，包括小型气象站、TDR土壤含水率测量系统、测斜管、沉降传感器等。
通过试验数据分析得出：降雨量、蒸发量、净辐射量、湿度等都会对膨胀土的含水率有影响，但是降雨和蒸发两个参数是影响程度最大的，进而影响膨胀土边坡稳定性；土壤温度是与净辐射量有关系，在一定程度上可以间接性的反映边坡不同温度区域的含水率情况；植被覆盖对膨胀土边坡的变形有一定影响，植被可以保持水分、固定土壤、控制径流，进而影响边坡的稳定性。
3 总结
膨胀土的特殊性使得膨胀土坡稳定性变差，膨胀土工程边坡经常发生滑坡等地质灾害。影响膨胀土边坡稳定性的最重要因素为裂缝的开裂情况，裂缝即降低了土体强度，又为雨水入渗提供通道，加剧土体抗剪强度的降低，最终导致土体变形失稳。
对于膨胀土的研究日渐成熟，但也存在很多尚待解决的问题，在理论研究结合生产实践的基础上，对膨胀土的认识会进一步，为实际工程带来帮助。
参 考 文 献
[1] JTJ033一95公路路基施工技术规范.
[2] 孙志伟.裂隙膨胀土切岭滑坡形成机理及发育阶段分析[J].中国地质灾害与防治学报.1994，6（5）：60-65.
[3] Huang X L.Problems of buildings on slopes of expansive soils[A].Proc of the Inter Conf on Engineering Problems of Regional Soils[C].Beijing，China，1998.67-110.
[4] 林鲁生，蒋刚.考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨[J].武汉大学学报（工学版），2001，34（1）：42-44.
[5] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTJO51-93）.人民交通出版社，1993.
枣阳膨胀土膨胀特性综合评判 篇4
多指标间在属性方面的交叉性影响,从模糊数学角度看,就是一个典型的模糊综合评判问题。利用模糊评判方法,可以取得较好的综合评价结果,这是因为模糊评判可以通过判别向量定量地描述土在各个等级中的隶属度,这比单一指标判别更加合理,它还可在缺少某些指标的情况下对膨胀土进行分类,这是单一指标所不及的。为此,文中拟应用该方法对枣阳膨胀土进行综合判定,确定该研究区膨胀土的膨胀性大小,进而指导膨胀土公路工程。
1 单因评判方法与标准
1)柯尊敬标准。
将膨胀土胀缩等级分为四级,评判指标为最大线缩率、最大体缩率和最大膨胀率。
2)美国垦务局标准。
将膨胀土胀缩等级分为四级,评判指标为塑性指数Ip、液限WL、膨胀体变δp 和小于0.001 mm胶粒含量。
3)膨胀土胀缩潜势标准。
将膨胀土胀缩潜势分为三级,评判指标为液限WL和塑性指数Ip。
4)体积变化标准。
将膨胀土体积变化分为三类,评判指标为液限和线收缩率。
5)多指标联合评判。
将膨胀土胀缩等级分为三级,评判指标为液限、塑性指数、比表面积、阳离子交换量、零荷载线膨胀总率和小于0.05 mm粘粒含量。
6)杨世基标准。
将膨胀土胀缩等级分为三级,评判指标为液限、塑性指数、膨胀总率、吸力和承载比试验(CBR)的膨胀量。
7)GBJ 112-87膨胀土地区建筑技术规范国家标准。
将膨胀土胀缩等级分为三级,评判指标为自由膨胀率和地基分级变形量。
8)交通部013-95公路路基设计规范标准。
将膨胀土胀缩等级分为三级,评判指标为自由膨胀率、膨胀总率和小于0.002 mm粘粒含量。
2 模糊综合评判原理
1)评判指标的选择与判别方法。
本评判方法选取自由膨胀率、液限、塑限指数、膨胀总率四个指标作为评判依据。自由膨胀率能反映土中细颗粒含量的多少、比表面积、表面电荷等特征;液限、塑限指数在一定程度上反映了土的亲水能力,它们与土的颗粒组成、粘土矿物成分、阳离子交换性能、比表面积等有关。膨胀总率则反映了粘土结构特征。以上四个指标基本上间接地反映了膨胀土的其他指标,并且这几个指标在工程中应用较为普遍,且易获得。
2)胀缩性分级。
根据有关理论和本地区的情况,该地区的膨胀土按单指标评判可分为强、中、弱三种膨胀性等级。这里把自由膨胀率(Fs/%)、液限(WL/%)、塑性指标(Ip/%)、膨胀总率(eps/%)作为评判胀缩等级的指标。
3)隶属函数的建立。
假设各因素呈线性变化,其影响为等数作用。对Fs,WL,Ip及eps分别建立如下隶属函数:
a.自由膨胀率Fs:
其中,R11,R12,R13为因素1分别对应于膨胀等级的隶属度。
b.液限WL:
c.塑性指数Ip:
d.膨胀总率eps:
4)权重的计算。
对膨胀土进行模糊综合评判时,由于各指标因素的膨胀性隶属度大小不一样,因而在膨胀过程中所起的作用也不同。为消除各因素间的影响差别,应分别计算其权重,计算公式为:
其中,Si为某一膨胀性指标的权重;Xi为某一膨胀性指标实测值;Ui为某一指标各分级标准的平均值,Ui=(T11+T12+T13)/3。
计算出权重后,还必须对各单项权重进行归一化,计算公式如下:
3 枣阳膨胀土模糊评判
按照这种评判方法,对枣阳地区所取的样品进行膨胀等级分类[1],可看出枣阳地区膨胀土等级分布规律如表1所示。
4 结语
枣阳地区的膨胀土膨胀性以中、弱膨胀为主,在个别地点存在膨胀性较强土。在选线和取土时,可以采取避强就弱的原则,降低工程成本,减少工后维护费用。
模糊评判相对单指标判别具有较全面、更科学的优点,但模糊评判在膨胀土等级划分中同样存在不完善的地方,如隶属度的关系是否是线性的,分类指标是否合理,权的计算人为确定的带有经验性、统计性。因此,模糊理论还有待于在实践中进一步发展和完善。
摘要：在总结单因评判方法的基础上,利用综合模糊评判方法,对枣阳膨胀土的膨胀特性进行了系统分析,得出了枣阳地区膨胀土的膨胀等级分类,为膨胀土工程提供了可靠数据。
关键词：膨胀土,单因评判,模糊综合评判
参考文献
[1]陈涛,蒲浩.高速公路膨胀土路基边坡处理研究[J].山西建筑,2006,32(12):79-80.
膨胀土围岩地段的施工 篇5
膨胀土是一种土中粘土矿物成分比较对的土质, 这种土质里面的主要成分是亲水性矿物质, 这种亲水性矿物质的膨胀性比较大, 而决定它膨胀性质的则为蒙脱石粘土矿物。当前已经在20多个省份、市以及自治区发现了膨胀土发育的迹象, 它遍及我国的大江南北, 而云南、贵州以及四川、湖北等省份是膨胀土分布最多的地区。
1 膨胀土围岩具备的特性
当隧道自膨胀土地层穿过以后, 由于隧道刚开挖没多久, 很容易看到围岩开挖区域呈现变形的状况, 也有浸水原因所引起的膨胀现象, 此外膨胀土受风化作用的影响还出现了开裂现象。围岩失去稳定性, 也会造成它的支撑、衬砌出现变形并被破坏掉。从这可以看出膨胀土围岩的性质是非常复杂的, 它极大的不同于一般土质区域的围岩性质, 经过对膨胀土围岩的简要分析, 加之作者的多年工作经验总结, 认为膨胀土围岩具备下面三个方面的特点:
1) 膨胀土围岩里面有部分原始地层, 它具有极强的超固结特性, 从而使得膨胀土里面含有极高的初始应力。等到开挖隧道后, 围岩的应力就会得到释放, 期强度也会相应的降低, 因而促使卸荷膨胀产生。所以说膨胀土围岩的塑性流变性开挖以后会很大;
2) 膨胀土围岩成长过程中会出现各种各样的裂隙, 这也就导致土体城乡多裂隙性。当其土体属于纯天然状态时它就会具有极高的强度, 而在开挖隧道之后, 就会导致洞壁内部的土体的边界支撑力丧失, 以致于涨缩形成, 加上风干脱水的作用, 原生隐裂隙就会出现张弛, 从而促使围岩的强度迅速衰减下去。所以开挖隧道时膨胀土初期围岩经常会出现变形大、发展速度较快等诸多现象;
3) 膨胀土围岩在吸水时会出现膨胀现象, 而失水过后便会出现收缩现象, 这是因为土体里面的干湿进行循环而引发的涨缩效益。主要表现在两个方面:第一, 土体的结构遭到破坏, 强度受到极大的影响而不断的衰减甚至可能丧失掉, 而对围岩却形成很大的压力;第二, 膨胀土围岩应力发生改变。膨胀土所带来的膨胀以及收缩压力会极大的破坏围岩的稳定性, 另外它形成的膨胀压力还会给围岩自身的压力产生叠加作用, 也就是说它将会进一步的增加围岩本身的压力。
2 膨胀土围岩引发的隧道施工问题
膨胀土围岩的性质比较特殊, 因而常会导致隧道里面产生各种问题。膨胀土围岩变形速度特别快, 因而产生的破坏性也比较大, 而且持续的时间也特别长, 在治理时会遇到很多困难。下面我们把施工过程中经常会遇到的几种问题作简要的分析:
2.1 围岩裂缝问题
隧道开挖以后, 膨胀土围岩上的开挖面会释放出来大量的原始应力;加之表层土体受风化作用的影响而逐渐脱水, 使得收缩裂缝形成。在这两种共同因素的作用下, 土壤中原生隐裂缝便会逐渐的扩张。这样围岩的附近区域便会形成不同程度的裂缝, 尤其是围岩的拱部地带, 常会出现张拉裂缝, 情况严重时甚至会和以前出现的裂缝连接在一块, 从而演化成大面积的裂缝问题。
2.2 产生隧道的坑道下沉
由于隧道坑道下面位置属于膨胀土围岩区域, 它可以承受的荷载力及其有限, 但是上部围岩地区承受的压力比较大, 在这二者的共同作用下坑道会出现下沉变形。一旦下沉, 膨胀土围岩区域原有的支撑便会变形、甚至失效, 造成土体坍塌。
2.3 围岩出现坍塌
隧道在开挖膨胀土围岩地段都会有变形现象发生, 随后周围的土体就会膨胀突出, 进而缩小开挖断面的面积。倘使土体的支撑丧失或者削弱, 围岩的压力以及膨胀压力便会产生综合作用力, 将土体的局部破坏掉。如果裂缝得不到及时的处理就会恶化成溜塌, 然后反作用于附近的土体, 造成坍塌事故。
2.4 产生底鼓问题
施工人员开挖完隧道后, 需要解除掉洞底围岩上面的压力, 这样支护体就没有了约束力, 其应力便难以释放出来, 进而导致洞底围岩产生荷载膨胀, 由于坑道里面蓄积了积水, 就会导致洞底围岩被水浸泡膨胀, 从而变形。
2.5 衬砌出现变形或被破坏
膨胀土围岩施工时可以采取先拱后墙法进行施工, 当拱部衬砌施工完后就要开展开挖马口, 这段时间内围岩及其膨胀压力会促使拱脚内部发生转移, 进而出现不均匀下沉的现象, 由于拱脚的支撑受力比较大, 因而常会出现扭曲、变形或者折断现象。一般拱腰部位常会产生产生纵向裂缝, 如果得不到及时处理裂缝问题便会进一步的张开、错台。如果采用直墙, 边缘部位的墙体就经常会受到膨胀侧压而导致开裂现象产生, 有时候直接张开或者错台, 一些曲墙也出现过这种类似的水平裂缝。如果不对底部安置一些仰拱或者仅仅是铺一层底时, 底部就会鼓起来, 有时候甚至会破坏铺底。
3 膨胀土围岩施工要点分析
3.1 围岩压力及流变要加强调查和测量
施工人员在开展膨胀土地层的隧道开挖工作时, 不仅要严格执行工程施工设计要求的施工技术, 还要不断加强对施工阶段围岩的压力以及流变进行认真检测。比如工程施工前设计的不能适应围岩动态的, 要适当的作下更改。
3.2 选择合适的施工措施
隧道变形病害产生的主要原因是由膨胀土隧道的围岩压力所带来的, 只有采取合适的施工措施才能确保隧道的稳定性。所以在施工过程中最好不要扰动围岩, 而且不让它浸水, 通常施工人员建议选择无爆破掘进法, 开挖时则需要借助掘进机、风镐等设备, 且这些施工设备要按照操作规范正确进行操作。开挖时要尽量控制好围岩的暴露时间, 能缩短则尽量缩短, 而且还要及时的衬砌, 从而使得由于开挖洞壁而丧失的围岩土体应力得到恢复, 以免围岩出现更深程度的膨胀变形。开挖时最好的施工方法是正台阶法和侧壁导坑法等方法。然而若想闭合全断面则需要比较长的时间, 此外在对其进行施工时一定要避免边墙混凝土因受外界压力而挤向隧道内部。
3.3 围岩湿度会发生变化
隧道工程的开挖工作开始后, 其湿度会产生变化。所以在开挖隧道时要尽量的在其上面喷射一层混凝土, 来将围岩密封和支护。一些隧道可能存在地下水渗流的情况, 这是就需要将水源切断并提前做好洞壁以及坑道的防、排水工作, 以免施工过程中形成的积水会将围岩浸湿。
3.4 围岩支护要合理进行
在设置膨胀土围岩支护时, 一定要满足围岩膨胀特性的要求, 通常需要从安装喷锚支护提升围岩稳定性着手。隧道选址在膨胀土围岩区域时, 要安装喷锚支护, 以免围岩的自承能力不够, 可允许适量变形存在, 但是必须保证其稳定性。在采用喷锚支护时, 需要紧跟着开挖的步伐进行, 对混凝土进行喷射时, 需设置钢筋网, 当然也可以借助钢纤维土来把喷层抗拉力和抗剪力提高。而膨胀土围岩比较适用于这项计划当中。在对膨胀土围岩进行支护设置时, 要尽量的把开挖面的周壁以最快的速度闭住。在开挖台阶时, 需等到上半部开挖完以后再给下半部做闭合, 从而过早的把围岩约束起来。
简而言之就是不管采用哪种类型支护, 都必须严格遵守施工规范年济宁操作。
4 结论
总之, 在膨胀土围岩区域开展隧道工程施工时, 一定要先对其特性以及产生的病害原因有一个详细全面的了解, 然后再施工时必须选择合适的施工方式以及施工工艺, 只有这样才能确保隧道工程的施工质量, 从而避免滑坡等一系列病害问题产生。对于膨胀土围岩区域的隧道工程施工来说, 清楚了解膨胀土围岩病害形成的原因、熟悉掌握其病害处理的措施至关重要, 只有处理好这些问题才能避免更多的工程事故发生, 也才能确保整个工程项目的顺利开展。
摘要：膨胀土是一种高塑性粘性土壤, 它的承载力非常大, 而且具有吸水膨胀、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, 其性质非常不稳定, 常会导致公路工程沿着竖向或者水平方向发生不均匀的膨胀变形, 使得建筑物自身发生位移、开裂以及倾斜现象, 严重时甚至会对建筑物自身产生很大的为好。而且这种危害不是小面积的出现, 而是成群的出现, 所以施工人员在膨胀土的围岩地段进行施工时一定要慎重。
关键词：膨胀土特性,围岩地段,施工技术
参考文献
[1]张广洋, 张志强.膨胀性围岩隧道支护措施探讨[J].现代隧道技术, 1999 (5) .
[2]郝趁义.泥质膨胀性围岩隧道施工技术[J].铁道建筑技术, 2003 (2) .
[3]吴应明, 付东辉.膨胀性围岩隧道施工及病害整治[J].现代隧道技术, 2006 (4) .
[4]余利.浅谈膨胀性泥岩隧道施工技术[J].科技资讯, 2008 (15) .
[5]李朝晖, 李永丰.膨胀性围岩隧道工程病害述评[J].西部探矿工程, 2002 (5) .
[6]张志强, 关宝树.软弱围岩隧道在高地应力条件下的变形规律研究[J].岩土工程学报, 2000 (6) .
膨胀土蠕变试验特性研究 篇6
土的蠕变特性是指在恒定荷载作用下,土体随时间发生变形的现象。大量实践表明,任何土体都具有蠕变特性,在设计中由于忽视土体的蠕变而导致的工程事故时有发生。随着我国建筑行业的快速发展,越来越多含有膨胀土的路基、边坡不可避免出现在施工现场,其随时间发生的不均匀升降、滑坡等都非常明显[1,2],这些现象都与土的蠕变性有关。研究膨胀土的蠕变规律可以有效地预测和控制膨胀的长期沉降,维护膨胀的稳定,正确认识土的蠕变特性是解决上述问题的关键。谢宁[3]、孙均[4]、徐永福[5]等人通过研究,已取得了蠕变特性的相关成果。张先伟等[6]指出从其基本定义确定流变参数是一种较优的方法,具有指导意义,但只是针对淤泥质黄土的研究,而土的多样性和不确定性决定了其研究成果针对不同土质的不适用性。本文以娄益高速膨胀土为研究对象,通过一系列的室内蠕变实验,探索了娄益高速膨胀土在不同外界条件下的蠕变特性,也为实际工程中膨胀土的计算分析提供了理论基础。
1 试验方案的设计
1.1 试验土样的性质
本试验所使用的土样取自娄益高速的膨胀土,其物理性质指标如表1所示。
1.2 试验方法
本试验是在应力控制式直接剪切仪器上进行的。试验方法如下:(1)配置含水率分别为14%,16.2%,22.5%的环刀土样若干,控制压实度为90%以上;(2)施加竖向应力,然后按照表2的加载方式对土样分级施加水平剪应力,并记录试验数据;(3)每级荷载持续时间为7d,当1d内的变化小于0.01mm时进入下一级加载。最后一级加载至土样破坏。
2 试验成果分析
2.1 蠕变曲线分析
通过Origin处理数据可以得出不同外界条件下的分级加载剪应变-时间关系曲线,如图1-3所示。
从图1-3中可以发现娄益高速膨胀土具有如下蠕变特性:
(1)当夹杂应力水平较低时,膨胀土的蠕变特性试验曲线表现为衰减稳定蠕变。随着剪应力水平变大时,膨胀土样蠕变现象比较明显,并且随着时间的逐渐发展,剪切变形呈稳定蠕变发展,蠕变进入稳定流动阶段。当剪切水平继续增加时,剪切变形逐渐由等速蠕变向加速蠕变发展,明显地经历蠕变的3个阶段———衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变;继续增加剪应力水平时,土样会出现瞬时破坏,并且从加速蠕变到蠕变破坏历时短暂。
(2)含水率大小对膨胀土的蠕变特性有一定的影响。当竖向应力相同时,土样出现蠕变破坏的剪应力水平随含水率的提高而减小。当含水率相同时,土样出现蠕变破坏的剪应力水平随竖向应力的增大而增大。
2.2 剪应力-应变等时曲线分析
图4为含水率16.2%、竖向应力σ=100k Pa时剪应力-应变等时曲线,其他竖向应力条件下剪应力-应变等时曲线同理可得。
从图4中可以发现:(1)膨胀土剪应力-剪应变等时曲线是不相同的,近似为一族曲线,说明膨胀土流变是非线性的;(2)随着剪应力水平增加,等时曲线逐渐向应变轴靠近,而且应力水平越高,剪应力-剪应变等时曲线偏离的也越大,说明土的流变的非线性程度随应力水平的提高而增强;(3)在一定剪应力水平下,随着时间推移,应力-应变等时曲线逐渐向应变轴靠近,其偏离直线的程度越来越明显,说明土的非线性流变特征随时间延长表现得越明显。
2.3 剪切模量
在土体性能的评价指标中,剪切模量是重要指标,它可以用于描述土体在不同剪切应力作用下,其黏滞性随时间的发展规律。剪切模量是在剪应力-剪应变等时曲线基础上,按照G=τ/γ绘制而成的,图5为膨胀土剪切模量-时间关系曲线。
由图5可知,当竖向应力相同时,土的剪切模量随时间增加而减小,随剪切水平的增加也减小。可以解释为:当剪应力水平较小时,直剪蠕变变形随时间变化较小,土的蠕变表现为衰减蠕变,由G=τ/γ可知,变形γ很小,其剪切模量G就相对较大。同理说明,剪应力水平较高时,剪切模量系数较小,这也表明在剪应力水平较高时,土的直剪蠕变变形增加较大,存在明显的蠕变现象。
3 结语
本文通过对娄益高速膨胀土进行一系列的室内剪切蠕变试验,得出以下几个结论:
第一,膨胀土具有明显的非线性流变特性,在相同竖向应力下,随着剪应力的增加,膨胀土蠕变特性越来越明显;随着含水量的增加,膨胀土的蠕变变形也越来越大。
第二,在相同竖向力下,随着剪应力的增加和时间的推移,剪应力-剪应变等时曲线逐渐向应变轴靠近,说明膨胀土的非线性流变特性随剪应力水平增加和时间的推移越来越明显。
第三,在相同竖向力下,剪切模量随时间的增加逐渐减小,随剪切水平增加,其瞬时模量和7天后的剪切模量都减小;在不同含水量下,剪切模量随含水量的增加而减小。
参考文献
[1]WANG Z C,LUO Y S,TANG S H.Mechanism and calculation method of rheological settlement of high-filled embankment[J].Journal of Central South University of Technology,2008(1):381-385.
[2]霍明.山区高速公路勘察设计指南[M].北京:人民交通出版社,2003.
[3]谢宁,孙钧.上海地区饱和软粘土流变特性[J].同济大学学报,1996(3):233-237.
[4]孙钧.岩土材料流变及工程应用[M].北京:建筑工业出版社,1999.
[5]徐永福,陈永站,刘松玉,等.非饱和膨胀土的三轴实验研究[J].岩土工程学报,1998(3):14-19.
膨胀土水泥改性试验浅析 篇7
1.1 水泥改性中膨胀土的物理性质实验
随着水泥掺量的增加,改性土的自由膨胀率都呈减小的趋势,击实后的水泥改性土较未击实的土样自由膨胀率减小更为明显。从击实水泥改性土样的曲线来看,当水泥掺量大于6%之后,随着水泥掺量的增加,自由膨胀率的减小不再明显,变化的不是很大,说明当水泥掺量超过6%之后,水泥对中膨胀土的膨胀率改性效果不再明显。
1.2 收缩试验
对水泥改性以及素膨胀土进行收缩试验。土样制备含水率均为21.0%,压实度为93%,依据轻型击实标准击实成型。改性土在恒温、恒湿条件下分别养护7天、28天后进行试验,随着水泥掺量的增加,改性土的收缩系数、线缩率、体缩率都明显下降,当水泥掺量超过6%时,收缩特性指标变化不大,改性效果较6%掺量时不明显;随着龄期的增大,水泥改性土的收缩特性指标也明显减小,掺量为6%的改性土在养护28天后,其收缩系数、线缩率较素土的指标己经大幅度减小,改性效果明显。
1.3 水泥改性中膨胀土无侧限抗压强度性质试验
对掺量为6%的水泥改性中膨胀土进行无侧限抗压强度试验。改性土及素土制备含水率为21.0%,压实度为93%,按照轻型击实标准击实成型,成型后分别在恒温、恒湿条件下养护一定的龄期后进行试验,得到的饱和状态无侧限抗压强度指标。素膨胀土的应力应变关系呈硬化型,破坏应变取巧;水泥改性土应力应变关系均为软化型,破坏应变小于1%,为脆性破坏。
2 水泥改性中膨胀土非饱和直剪试验
2.1 中膨胀土剪应力与应变关系曲线
开始剪切时剪应力迅速增加,当剪切到一定程度后,大部分试样的剪切强度趋于稳定,不再有太大的变化,剪应力与剪切位移关系曲线呈剪切硬化型。中膨胀土试样均为重塑样,试样的均匀性较好,在有外力作用时土体内部受力均匀,当剪切达到一定程度后,土体并不会出现剪切脆性破坏,而是保持着一定的强度趋向于稳定。部分试样在剪切过应力峰值之后,剪应力略微有所下降,其中吸力为200k Pa,竖向荷载为50k Pa的试样剪应力下降尤为明显。
2.2 水泥改性中膨胀土与素土内摩擦角对比
改性土的内摩擦角甲值较素土增加了36%-65%,值在不同吸力下变化不大,可见改性土的内摩擦角得到了明显的提高。可见土体内摩擦角甲值不受吸力的影响;水泥颗粒加入的不均匀,造成不同吸力下试样结构存在一定得差异,力下的内摩擦角甲值有明显的偏差。对比不同吸力下的内摩擦角度值有明显偏差。
2.3 吸力对水泥改性中膨胀土与素土强度影响对比
对比不同吸力下改性中膨胀土与素土的吸力贡献值,以及吸力内摩擦角变小,随着吸力的增大,中膨胀土的值得到明显提升,而改性中膨胀土却无太大变化。在同一吸力下,改性中膨胀土由吸力贡献的强度值明显小于素中膨胀土,改性土的强度基本不受吸力的影响。
3 水泥改性弱膨胀土非饱和直剪试验
3.1 弱膨胀土抗剪强度
将弱膨胀土在吸力为30k Pa、50k Pa、100k Pa、200k Pa下各竖向荷载条件得到的抗剪强度拟合成线性关系。直线与横轴的夹角为内摩擦角甲。抗剪强度拟合线中,直线的截距即为弱膨胀土的凝聚力直线与横轴的夹角即为内摩擦角,饱和土直剪试验得出的内摩擦角偏差不大,可见内摩擦角不受吸力影响。从饱和土直剪试验中己经得出土体凝聚力,根据不同吸力下的总粘聚力值得出吸力对土体强度的贡献值随着吸力的增大,吸力对土体强度的贡献值。吸力内摩擦角的值先增大后又出现减小的趋势,这和中膨胀土实验得到结果一致,说明吸力对强度贡献值,并非能随着吸力的增大而无穷上升,在吸力增大到一定程度后逐渐趋于平缓不变。
3.2 弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
直剪仪在不同竖向荷载下得到的弱膨胀土竖向变形与剪切位移的关系曲线图。在低吸力50k Pa、100k Pa下,试样竖向变形均表现为减缩;在吸力为100k Pa下低竖向荷载的50k Pa、100k Pa试样出现剪胀现象,可见吸力的增大加强了弱膨胀土的剪胀性。在同一吸力下,随着竖向荷载的增大,试样的减缩性明显增大。由于竖向荷载为50k Pa的试样剪切盒精度问题,吸力为0,竖向荷载为50k Pa的试样减缩量相对偏大,与整体规律不符。
3.3 弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
控制竖向荷载为50k Pa、100k Pa、200k Pa、400k Pa下,直剪仪在不同吸力下得到的弱膨胀土竖向变形与剪切位移的关系曲线图。由于仪器测量竖向变形精度不高,得出的弱膨胀土竖向变形随吸力变化的规律性较差,在50k Pa、100k Pa竖向荷载下吸力的增大加强了剪胀,而在200k Pa、40Ok Pa竖向荷载下部分高吸力下的试样却又表现出更强的减缩性。
3.4 改性弱膨胀土剪切过程中的竖向变形
控制吸力为50k Pa、100k Pa、200k Pa下,直剪仪在不同吸力下得到的改性弱膨胀土竖向变形与剪切位移的关系曲线图与改性中膨胀土一样。由于水泥颗粒的作用增大了土体的密实程度,改性弱膨胀土在不同吸力不同竖向压力下的变形均表现为剪胀。
4 结语
水泥作为化学固化剂能有效改善膨胀土的膨胀性和收缩性。对不同掺量比的水泥改性膨胀土进行自由膨胀率实验得到,膨胀土加入水泥之后自由膨胀率均有所下降。对不同水泥掺量比的改性土进行非饱和直剪实验,建立水泥掺量与膨胀土强度的关系曲线,寻找水泥掺量与膨胀土强度的规律性,以此来指导施工,根据现场所需膨胀土强度来制定相应的水泥掺量比。
摘要：膨胀土作为一种典型的非饱和土,具有显著的吸水膨胀软化和失水收缩开裂特性,它在全世界范围分布较广,对水利、道路等工程建设的危害较大,由于防治困难,膨胀土的工程问题一直以来都受到国内外学术界和工程界的高度重视。
关键词：膨胀土,水泥,非饱和直剪
参考文献
[1]阳云华.膨胀土渠道边坡处理技术[J].资源环境与工程,2007,2.
浅谈膨胀土路基施工 篇8
膨胀土是一种高塑性粘土,除具有一般粘土所共有的物理化学性质外,还因含有蒙脱石、伊利石和高岭土等具有很强的亲水、持水性和很高的可塑性及粘聚性。土体遇水急剧膨胀,失水则严重干缩、硬裂,其工程力学性质极不稳定。
以前施工时按国内外常规方法,需要换填土,但存在着弃土、取土场地困难,工程造价高,工期长,破坏生态环境等问题。找出膨胀土路基病害发生的主要原因及其根治的有效措施,从而节省能源,降低工程成本,提高路基工程质量。
2 膨胀土的分布及地质特征
2.1 地域分布
我国的云南、四川、湖北、湖南、安徽、河北、陕西、贵州、江西等省都有膨胀土分布。
2.2 地表分布
膨胀土一般分布在表层1 m～2 m范围内,其下层一般为粉性粘土或砂性土,个别地区也出现表层为30 cm～50 cm厚的黄褐色中液限粘土,中层是膨胀土,下层为粉性土或砂性土。
2.3 野外特征
1)地貌特征。
多分布在二级及二级以上的阶地与山前丘陵地区,个别分布在一级阶地上,呈龙岗—丘陵与浅而宽的沟谷,地形坡度平缓,无明显的自然陡坎。在流水冲刷作用下的水沟、水渠,常易崩塌、滑动而淤塞。
2)结构特征。
多呈坚硬～硬塑状态,结构致密,呈棱状土块者常具有胀缩性,棱形土块越小,胀缩性越强,且膨胀时产生膨胀压力,收缩时形成收缩裂隙。膨胀土对气候和水文因素具有很强的敏感性。膨胀土多为细腻的胶体颗粒所组成,断口光滑,土内常包含钙质结核和铁锰结核,呈零星分布,有时也富集成层。
3)分布特征。
几乎都是在各种岩浆岩、变质岩和沉积岩中的粘土质岩、泥灰岩和碳酸岩等基岩广泛发育的基础上演化而成。上述母岩为膨胀土的发生、发育提供了极为丰富的物质基础。这些岩石在后期的风化作用过程中,经氧化作用、水合作用、淋滤作用和水解作用等地球化学的演变,在适合于蒙脱石矿物生成的有利气候条件,经过成土作用,而最后形成富含蒙脱石粘土矿物的膨胀土。
4)地表特征。
在路堑边坡上、在沟谷头部的膨胀土经常出现浅层滑坡,新开挖的路堑边坡,在旱季由于强烈的蒸发使土体失水收缩,边坡表土迅速开裂,土块间的凝聚力降低,出现剥落;若在雨季开挖边坡后,大量地表水进入堑体,土体吸水强烈膨胀、软化,出现表面滑塌。膨胀土的颜色多以灰白、棕红、黄褐及黑色为主。
5)地下水特征。
膨胀土地区多为上层滞水或裂隙水,随着季节水位变化,常引起地基的不均匀胀缩变形。
3 膨胀土对公路工程的危害
3.1 路堤变形破坏
1)路基沉陷。
路堤填筑后,由于大气物理风化作用和湿胀干缩的效应,土块崩解,在路基自重和汽车荷载的作用下,路堤易产生不均匀下沉,路堤愈高,沉陷愈大,严重时导致路面变形破坏。
2)边坡溜塌。
发生在边坡的腰部或坡脚附近。有呈单个溜塌体出现的局部变形,也有数个溜塌相连,相互叠置,形成溜塌群。边坡表土松散,坡面不平整,易受地表水冲蚀与积水,产生边坡溜塌。
3)路肩坍塌。
由于路肩土体压实不够,受气候风化影响,干缩湿胀频繁。变形发生较快,常在雨季突然发生,主要受雨水的作用,路肩局部发生,严重时则使全部路肩坍毁。
4)滑坡。
若基底处理不当,则路堤填筑后基底土体易受水浸泡软化,失去稳定平衡,沿基底软弱面产生滑动。
3.2 路堑变形破坏
1)剥落。
主要发生在蒸发作用强烈的干旱季节,一般旱季愈长,蒸发愈强烈,剥落愈严重;而且剥落的松散物质在雨季被水流裹带搬运则形成泥流,常常淤积边沟和淤塞涵洞。
2)冲蚀。
主要发生在雨季。随着水流的侵蚀发展,形成密集的纹沟,继而发展成细沟,细沟深切则发展成切沟,密布于坡面;特别是大雨或暴雨季节,水流愈集中,冲蚀愈严重。这种作用首先破坏了边坡坡面的完整性,边坡开始出现变形。
3)溜塌。
常发生在雨季,规模较小。由于边坡表层受强风化的作用,促使土体吸水膨胀软化,充分吸水饱和或达流塑状态。坡面产生溜塌现象,可在边坡的任何部位发生。
4)滑坡。
路堑开挖使土体临空,由于坡脚支撑或软弱夹层被切断,抗剪强度衰减,加之胀缩效应与风化作用,在水的促滑作用下,使边坡土体发生连续破坏,丧失稳定平衡,在重力作用下,沿一定软弱带向下发生整体位移滑动。滑坡常发生在雨季,呈牵引式出现,大多受软弱面制约,滑体裂缝密布,呈纵长式。有的滑坡从坡脚可一直牵引到坡顶,具有很大的破坏性。
4 膨胀土的处治及其质量检查
4.1 膨胀土地区路堤的施工
一般情况膨胀土不宜用作路基填料,特别是强膨胀土蒙脱石含量高,亲水性特强,极易风化,强度衰减又快,稳定性差;同时,施工时难于捣碎压实,更不宜用来填筑路基。但有时限于条件,必须利用膨胀土做填料时,应考虑以下方面:
1)在有多层膨胀土分布地区,应选择膨胀性最弱的土层做填料。对于地表经过风化、淋滤搬运或已被耕种的表层土,一般膨胀性较弱,可以用作填料,且只能用于路堤。
2)若采用中等膨胀土作为路床填料时,应改性处理之后方可作为填料。但有时限于条件,必须直接使用中、弱膨胀土填筑路堤时,路堤填成后,必须立即做浆砌护坡封闭边坡;当填至路床底面时,应停止填筑,改用非膨胀土或用改性处理的膨胀土填至路床顶面设计标高,并压实。
3)在有砾石层出露或膨胀土中有结核层分布,应尽可能选用砾石料或结核料填筑路基。
4)膨胀土改性处理。在膨胀土中掺入石灰进行改性处理,掺入石灰后膨胀土产生了复杂的化学反应,改善了土的水理性质,改变了土的胀缩性能,提高了土体强度,增加了路基稳定性。
5)取土坑的开挖深度宜控制在当地大气影响深度之内。这是考虑大气风化引力作用,并结合膨胀土的胀缩特性的影响临界深度。
4.2 路堤基底处理
1)施工前将路堤范围内的树根、灌木全部挖除,把坑穴填平夯实,排除积水,挖除淤泥,切断或降低地下水,清除草皮,彻底清理后,对基底进行压实。必要时可先将土翻松、打碎、再整平、压实。
2)原基底为过湿土时,挖去湿软土层,换填砂砾土、砾(碎)石土、石碴或将土翻开,掺入石灰或NCS固化材料处理。其最佳掺入剂量,仍按上述要求办理。
3)地面横坡若为1∶5～1∶2.5时,原地面挖成台阶,台阶宽度不小于1 m;当地面横坡陡于1∶2.5时,为防止路堤沿基底滑动,先将基底分段挖成不陡于1∶2.5的缓坡,再在缓坡上挖宽1 m～2 m的台阶。4)半填半挖路基,必须在山坡上从填方坡脚起向上挖成向内倾斜的台阶,台阶宽度不小于1 m。其中挖方一侧,在行车范围之内的宽度不足一个行车道宽度时,必须挖够一个行车道宽度,其上路床深度范围之内的原地面土应予挖除、换填,并按路床填方的要求施工。
4.3 膨胀土地区路堑施工
1)一般原则。
路堑施工尽量选在旱季进行,并遵循:先排水,后主体,集中力量,连续快速开挖,及时防护,自上而下,分层逐级施工的原则。
2)路堑边坡形式与坡度。
膨胀土地区路堑边坡必须有相应的防护措施,方可保证边坡的稳定。但是,强膨胀土边坡,无论边坡高低,只能在有支挡的前提下,才能使边坡达到稳定的目的。所以路堑边坡的稳定程度,不能单凭坡度来衡量,如果没有采取有效的防护措施,即使很缓的边坡,亦难以稳固。
4.4 工程质量检查
1)路基填料检查。
路堤填筑的层厚,含水量的控制是影响路基工程质量的关键指标——“压实度”的主要因素。只要填料与基底处理达到要求,控制好层厚、含水量并达到规定的压实度,就可基本避免路基的内在隐患,减少造成上层结构不合格的影响因素。
2)路基宽度、标高、平面位置、平整度、边坡坡度及边坡防护检查。
检查路基的宽度、标高、平面位置、平整度、边坡坡度及边坡防护是否符合设计要求。
3)防风化检查。
膨胀土对气候因素特别敏感,抗风化能力很弱,边坡开挖后土体极易在水作用下解体或软化,导致边坡滑动。要检查施工中采取必要的防风化措施,是否达到保持土体的原状结构不受破坏。
4)防水与排水工程检查。
水是导致膨胀土边坡滑动的主要因素,不仅是产生滑坡的直接诱发因素,而且是土体湿胀干缩的直接参与因素,危害路基稳定性甚大。施工时应检查防水与排水工程的位置、形式尺寸和底面的纵坡,依照实际地形与合适的位置,将地面水和地下水排出路基以外。
5)挡土墙与涵洞工程的基础检查。
挡土墙与涵洞工程的基础,受地基土胀缩变形的影响,变形破坏比较普遍。为了不遭受破坏,基础的埋置深度应在大气风化作用影响深度以下。
5 结语
对膨胀土来说,最大的困难在于如何保证其工程的安全与稳定。本文通过分析膨胀土的特性,提出膨胀土公路施工就地取材进行工程处治的措施,能够因地制宜,把膨胀土造成公路病害的经济损失减少到最低程度。
摘要：对膨胀土的特性做了研究,进而判断膨胀土能否用作高等级公路路基填料,重点探讨了膨胀土路基病害发生的主要原因及其根治的有效措施,对施工具有较好的指导作用。
关键词：膨胀土,路基,施工
参考文献
[1]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].
[2]尤晓暐.路基路面[M].北京:北京交通大学出版社,2006.
[3]孙继伟,王军.浅谈膨胀土路基施工[J].铁道工程学报,2004(4):82-83.
高速公路膨胀土路基施工 篇9
1 膨胀土的理论构成
对土体物理性质起重要作用的是两种黏土矿物晶体结构的不同基本结构单元的不同组合造成的, 即:硅氧四面体片和氢氧化铝八面体片的不同组合。膨胀土主要是由两个四面体片中间夹一个八面体片重复堆积而构成, 也称三层型。由于在层间会吸附水中的水化离子, 填充在结构单位层间, 造成晶格活动性极大, 使土体的膨胀性和压缩性极大。蒙脱石类黏土就是该结构形式的代表。
2 膨胀土的工程性质
膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩、多裂隙性、易固结及崩解风化、强度易衰减等特性而不同于其他黏性土。在工程上, 如果处理改性不好, 对工程后期造成的损害是巨大的。反映土的膨胀性能指标有自由膨胀率及不同压力下的膨胀率, 膨胀率的大小与土的含水量有关, 土的含水量越低, 其膨胀率越大, 自由膨胀率是反映膨胀土工程地质分类的一个重要指标。交通部颁布的《公路路基设计规范》和《公路路基施工规范》中规定膨胀土的工程地质分类为:FS≥90%为强膨胀土, 65%≤FS<90%为中膨胀土, 45%≤FS<65%为弱膨胀土。同时, 土体中的自然含水量是决定施工性能改性的首要条件。
3 膨胀土的施工处理
在路堤填筑施工前, 分别在施工现场及取土场提取土样, 做膨胀性土工试验, 根据土工试验结果确定适当的施工工艺及改性措施。通过试验确定, 路堤填筑用土属哪种类型的膨胀土。通过对6%灰土进行击实、液塑限、自由膨胀率及CBR值试验, 掺灰后的混合土完全符合高速公路路基填筑施工用土的要求。
在施工中膨胀土或CBR<3的弱膨胀土作路基填料时, 应掺石灰进行分层改良。石灰改善土填筑采取路拌法, 其施工程序如下。
3.1 准备下承面
将下承面表面的浮土、杂物清理干净, 并用3Y18/21压路机纵横向碾压3遍～4遍, 使下承面的标高、平整度、压实度、宽度、横坡度均达到规范的标准。按配合比设计, 现场备齐各种合格原料:土、石灰。
3.2 施工放样
施工前恢复中线, 下承面两侧设高程指示桩。直线地段每20 m设一桩、曲线地段每10 m设一桩, 并作出明显标记, 指示填筑层边缘位置及压实后需达到的高度。
3.3 运输及摊铺
自卸汽车将各种原料分层运至施工指定地点。人工配合推土机先将土摊铺均匀, 用YZC12压路机碾压1遍～2遍, 使其表面平整。然后人工配合装载机将石灰均匀地摊铺在整平的表面上。
3.4 整形、辗压、养生、交通管制
混合料拌和均匀后, 用平地机整平, 及时进行碾压。碾压根据试验段试验结果采取最佳的碾压遍数, 要求相邻两填筑段路基填缝紧密, 压实度达到设计要求。碾压完成后立即进行养生。养生方法采用覆盖草袋洒水方法, 养生期不少于7 d。养生期封闭交通。
4 膨胀土路基施工
4.1 膨胀土路基基底处理
一般地段, 路基清表后按施工规范要求碾压密实后即可分层填筑弱膨胀土, 无须作特殊处理;在池塘河渠地段, 清淤后换填砂砾石至周围原地面, 低洼地段清表后检测地基承载力及含水量, 如其含水量过大, 地基承载力达不到100 kPa, 则直接填筑砂砾石至常水位以上, 并在砂砾石表面铺设防渗复合土工布, 以隔绝地下水上升影响路基质量。
4.2 膨胀土路基的施工技术要点
4.2.1 膨胀土的粉碎及分层摊铺
膨胀土路堤施工首先要避开雨季作业, 其次加强现场排水功能。我部管段取土场的取土深度一般在3.0 m左右, 土的干湿不均, 因膨胀土有失水时硬, 吸水时软的特性, 因此要选择适当的粉碎和摊铺压实设备。根据现场试验, 松铺厚度控制在30 cm以下, 压实厚度控制在25 cm以下。上土前在已碾压好的土层面撒布石灰方格网, 以控制松铺厚度。91区时可直接摊平, 碾压密实。94区时则应在推土机粗平, 平地机精平的土层上打上灰线平米方格, 根据6%灰土配比确定每平方米的石灰用量, 然后人工均匀摊铺, 如果土的含水量大则不能直接拌和, 应先用铧犁翻拌晾晒。
4.2.2 土层粒径控制
按施工技术规范规定, 膨胀土路堤施工最大颗粒径不得大于5 cm, 但经过实践发现, 土的含水量过大时, 生石灰达不到彻底降低含水量从而消除膨胀性的目的, 土块不能与石灰料充分结合, 特别是温度较低时, 水分不易蒸发, 碾压后形成一片一片的黏土饼, 影响路基质量。 因此在现场控制时, 利用摊平、拌合机械的交叉使用, 把土颗粒径控制在3 cm以下, 使土中水分易于蒸发, 便于和土充分结合, 从而减少土块本身的膨胀性, 也有利于提高压实效率。
4.2.3加强压实
与一般路基相比, 膨胀土路基应选用重型振动式压路机或35 t～50 t的轮胎压路机, 行驶速度不大于4 km/h, 碾压时直线段由两边向中央, 小半径曲线由内侧向外侧纵向进退式进行, 横向接头振动压路机要重叠0.4 m～0.5 m, 对三轮压路机一般重叠后轮的1/2, 前后相邻区段要纵向重叠1 m～2 m, 做到无漏压, 无死角。在路堤与路堑分界处、桥台结合部应特别碾压密实, 考虑到膨胀土路堤的沉降, 路堤边缘则应各加宽50 cm, 路基成型后刷坡整平。
4.2.4路堤填筑的连续性与路堤养生
路堤摊铺、推平后碾压时, 应控制在最佳含水量左右, 若掺灰拌和后含水量较小, 则不能及时碾压, 要洒水拌和均匀, 达到最佳含水量时方可碾压, 压实后经检验合格马上进行下一道工序施工。工序间要紧密衔接, 连续施工, 土层压实后如不能及时上土, 应采取覆盖养生的措施, 待路基完工后, 路堤两侧的边坡防护封闭工程也必须及时施工, 共同做好膨胀土路基防水、保湿、防风化工作。
5路堤填筑质量监测
为保证填筑后的路堤能够达到设计及施工规范要求, 就必须在施工中及成型后对路堤进行常规监测, 内容包括路堤水平位移观测、路堤沉降量观测及路堤内部含水量观测, 这样做的目的是通过监测采集到的相关数据, 为以后更好地搞好膨胀土路堤施工, 切实保障施工质量提供理论依据。
6膨胀土施工的体会
掺入一定剂量的生石灰能有效地改善膨胀土的性能, 且施工工艺简单, 易于操作。路基膨胀土在不进行改性处理的情况下, 防水保湿是防止路基变形破坏的关键性措施。膨胀土的施工做到三控制:即控制最佳含水量, 控制松铺、拌合深度, 控制土颗粒径。
摘要：阐述了膨胀土的理论构成与工程性质, 介绍了膨胀土的施工处理和膨胀土路基施工, 归纳了膨胀土施工的三控制, 即控制最佳含水量, 控制松铺和拌合深度, 控制土颗粒径, 积累了膨胀土路基施工经验。
关键词：高速公路,膨胀土,路基,施工技术
参考文献