中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团有限责任公司黑龙江哈尔滨150006
摘要：膨胀土在铁路路基施工中危害巨大，为避免发生路基施工危害，找到科学的施工方法，对膨胀土判定方法和工程物理特性进行分析，提出边坡防护处理法、换填土法、湿度控制法、无机材料改良处理法和施工技术控制方法，在工程施工中有效地控制膨胀土对路基的危害，取得很好效果。
关键词：膨胀土；工程特性；施工方法；控制方法
引言
膨胀土是一类典型的非饱和土，成因以残积或残坡积为主，在中国很多地区均有分布。膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩性能，以及高塑性特性。膨胀土对气候变化特别敏感，一般在天然状态下强度较高。同时，由于膨胀土本身的超固结性，使得一旦开挖暴露于自然环境中，超固结应力释放，裂隙随之发展，造成强度降低。这些性质决定了膨胀土的工程性能极差。在工程实际中，膨胀土产生的工程病害具有多发性、反复性和长期潜在性的特点。一直以来，对膨胀土病害的防治都是岩土力学和实际工况下的难题。近年来，随着高速公路、高铁等大型工程的修建，对膨胀土的特性和工程危害进行深入研究，找到有效、合理、经济的处理方法和施工工艺显得尤为重要。
1工程概况
（1）哈佳线膨胀土作为路基填料使用时，为保证路堤边坡稳定性满足要求，当路堤边坡高度8m<H≤14m时，边坡于路堤面以下8m处增设2.0m宽护道，当路堤边坡高度H>14m时，边坡于路堤面以下8m和14m处同时设置2.0m宽护道，每增加一级护道，护道以下坡率放缓一级。
（2）严格按照规范要求施工，路堤填料含水率尽量控制在最优含水率附近，以防止低含水率的压实土吸水时产生过大的膨胀力；同时，做好路堤坡面的防护和排水工作，施工期间降雨量过大时要采取一定的防护手段，严禁路基面积水。
（3）加强路肩及坡面位置的压实度控制，对于大型机械碾压不到的位置，可采用其他小型碾压工具，确保压实质量，减小雨水的渗入。
2膨胀土的判定和危害类型
2.1膨胀土判定
在工程建设中，首先要正确识别膨胀土，并判断膨胀土实际工程特性，依此制定合理的施工方案指导现场施工。根据以往的道路工程建设经验，因为没有对膨胀土性质的正确判断，而制定有效的处理方法，造成了质量问题和巨大的经济损失。因此，对于膨胀土的判别显得尤为重要。目前，国内外对膨胀土的判别方法没有统一标准，一般采用现场定性和试验定量相结合的方法，根据实际施工中地质情况和试验测定的土的自由膨胀率判定:①裂隙发育，在自然条件下表现为硬塑性的地质特征;②施工中，表现出的浅层滑坡、地表开裂、开完坑槽壁易出现溜坡、垮塌等;③常存在于二级或二级以上的山前丘陵、阶地和盆地的边缘，地形走势平缓、无显著的自然陡坎;④建筑物裂缝随自然条件变化(主要是湿度、温度)而反复变化，表现为超固结性;⑤自由膨胀率大于或等于40%，远远大于普通黏土。具备以上特点的土一般可判定为膨胀土，为准确地掌握土的实际特性制定施工方案，还需通过试验方法对黏土工程物理指标系数等进行全面分析研究。
2.2膨胀土危害类型
（1）对路面造成的病害
膨胀土对高速公路路面造成的危害类型有路面波浪变形、开裂、唧浆等。波浪变形是由于高速公路路基土的含水量变化，引起塑性变化，路基由于涨缩而失稳，表现在路面上就是波浪变形。波浪变形的影响因素主要是气候的变化，尤其雨水的影响。如果含水量达到一定值，路基涨缩幅度继续变大，便可导致路面出现不规则的开裂裂缝。当雨季来临，雨水通过路面开裂裂缝渗入路基，瞬间路基出现大面积的积水，形成泥浆，当路面有载荷施加，泥浆从不规则裂缝处被挤出，形成路面唧浆现象。如果雨水继续渗入裂缝，使唧浆现象加剧，在重复载荷的作用下，开裂处会出现更严重的破坏，给路面造成更大面积的损害。
（2）路基病害
路基病害分路堑病害和路堤病害。由于自然风化作用的影响，路堑坡面表层土壤剥落，破坏坡面的防水作用，在雨水的侵蚀作用下，路堑含水量增加，由于膨胀土的遇水膨胀的特性，路堑土瞬间形成泥流，当雨水继续增大，将会发生路堑溜塌、严重的形成泥石流灾害，破坏路基。在高速公路路提施工过程中，如果膨胀土路基的压实不够充分，压实度不达标，再加上路提坡面防护不够，自然降水间接影响路基膨胀土的含水量、引起塑性变大，在高速公路投入使用后，由于路面载荷的增加，路堤或路肩就会因为膨胀土含水量增加引起的性质变化而发生沉陷、纵裂、溜塌、坍塌等病害。
3建议
（1）哈佳线膨胀土试验分析及判定标准研究
①全线分布比例最高的土体分别是：第2类土14.4%、第4类土54.9%、第6类土14.2%，其中自由膨胀率小于40%的土（代号1~5）在全线占绝大比例，高达80.5%。对于第2、4类土，由于所占比例较高，大量弃方会严重占用耕地、污染环境并且提高工程造价，可通过试验研究其作为路基填料的可行性；对于第6类土，设计过程中已经作为弃方处理，如果拟作为路基填料应先进行改良。
②按照《膨胀土地区建筑技术规范》（GB50112-2013）判定，哈佳线黏性土大部分为非膨胀土，少量为弱膨胀土；按《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007）判定，哈佳线黏性土大部分为膨胀土，膨胀潜势为弱至中等。
③试验段附近土源的比重约为2.7g/cm3，液限约为33%，塑性指数在8~14范围，最大干密度在1.83~1.85g/cm3范围，最优含水率在15.0~16.2%范围，大部分属于低液限粉质黏土，偶含少量粉土。
（2）试验段现场监测成果分析
①在降雨后1~2天内膨胀土路堤填土的含水率显著增加，随后土体的含水率逐步降低；随着晴雨交替，膨胀土路堤观测深度内（4.0m）土体发生了反复的胀缩变形。DK48+650~DK48+690（填筑第6类土）、DK48+690~DK48+745（填筑2类土）、DK48+775~DK48+805（填筑第4类土），土体的竖向应变分别为-1.9~2.8%、-1.4~1.2%、-0.9~0.4%；其中，-1.0%以上的膨胀应变主要发生在1m深度以内。
②现阶段观测期内，DK48+665和DK48+680路堤表面沉降为-11.64~2.03mm，DK48+696和DK48+742路堤表面沉降为-2.97~3.12mm，DK48+785和DK48+795路堤表面沉降为-4.22~2.67mm，观测期间各处路堤填土均发生了反复的胀缩变形，以第6类土填筑的路堤断面（DK48+665和DK48+680）最明显。
③观测期间三段膨胀土路堤最大水平位移为分别为6.06mm、6.22mm、3.50mm，均发生在0.5m深度处，2.0m以下水平位移基本小于1mm，现阶段监测数据表明膨胀土路堤边坡整体水平位移较小，路堤处于稳定状态。
④依据现阶段施工期的监测数据分析，采用第2、4、6类土填筑的路堤均处于稳定状态；其中第6类土的竖向变形和水平位移稍大，但仍处于不影响边坡稳定性的范围，这可能与实际填筑的第6类土各膨胀性指标处于临界值附近有关。
（3）边坡变形及稳定性分析
①哈佳线膨胀土路堤在基床填筑后的表面膨胀变形很小，不会对轨面的平顺性产生影响，具体为：只计算膨胀部分的情况下，基床填筑后DK48+650~690段路堤表面膨胀变形为3.81mm，对应膨胀深度为4.1m（包括2.50m厚基床），DK48+690~745和DK48+775~805段路堤表面膨胀变形为0.39mm，对应膨胀深度为3.0m（包括2.50m厚基床）。
②哈佳线在基床未填筑时膨胀土路堤表面膨胀变形计算结果为：只计算膨胀部分的情况下，DK48+650~690段路堤表面膨胀变形为74.86mm，对应膨胀深度为5.0m，DK48+690~745和DK48+775~805段路堤表面膨胀变形为74.52mm，对应膨胀深度为3.8m。
③DK48+650~690段的实测路堤表面最大膨胀变形为6.74mm，而理论计算的路堤表面膨胀变形为74.86mm；DK48+775~805段的实测路堤表面最大膨胀变形为2.66mm，而理论计算的路堤表面膨胀变形为74.52mm。理论计算的路堤表面膨胀变形远大于实测的路堤表面膨胀变形，导致这种差异的原因有两个：①理论计算时采用的膨胀系数是根据上覆土体自重应力由室内有荷膨胀试验结果计算得到的，室内有荷膨胀试验时完全侧限条件下的试样自然吸水达到饱和状态，而现场路堤填土并不是在计算深度内所有土体都达到了饱和状态；②现场实测的表面膨胀变形是路堤填土膨胀变形、路堤填土沉降和地基土体压缩变形的综合结果，而理论计算时并没有考虑路堤填土和地基土体的压缩沉降。
结束语
膨胀土对铁路基破坏力极大。为避免危害的发生，通过对膨胀土判定和工程物理特性的探讨和分析，提出了边坡防护处理、换填土、湿度控制、无机材料改良处理的方法，以及膨胀土路基施工技术控制方法，旨在为工程施工提供指导和减少膨胀土在铁路路基中的危害。
参考文献:
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