【文章內(nèi)容簡介】 植土，厚度為 0～ ，第二層為灰白色膨脹 土，厚度為 2～ 6m；第三層為深灰色膨脹巖，厚度為 0～ 12m。 工程地質(zhì)勘察剖面特征 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 70 頁 場地水文地質(zhì) 場地 第三系 始新統(tǒng)那讀組膨脹土 覆蓋層廣布，據(jù)高嶺附近公路邊坡出露基巖觀測，巖層產(chǎn)狀近水平。 擬建場地及其附近未發(fā)現(xiàn)地表徑流及地下水露頭。由于場地西側(cè)邊坡以外的區(qū)域標(biāo)高較擬建場地大且范圍較廣，對勘察場地來講，屬于集水區(qū)，降水時雨水延破面拍向高速公路路床。由于場地邊坡破面植被較不發(fā)育，地表水對擬建場地有較強(qiáng)的沖刷作用。 本次鉆探的兩個鉆孔中，均未遇見地下水，可判斷擬建場地水文地質(zhì)條件較 為簡單。 地下水，地下水對膨脹土路堤的影響 1）采用膨脹土填筑路堤，只要處置措施得當(dāng)，有效的隔絕外界水的影 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 70 頁 響，土體含水率就不會發(fā)生改變。路堤的穩(wěn)定性也就能得到保證，膨脹土路堤底部與地下水直接相連時，土層的含水率就會產(chǎn)生較大的增長，和飽和含水層相比，有沿地下水對膨脹土路堤的含水率影響較大，但影響范圍兩者相差無幾。與地下水引起的路堤含水率變化在路堤不同高度處成指數(shù)函數(shù)分布。 2）孔隙水壓力是膨脹土路基中的一個重要參數(shù)，它的變化與圖的含水率緊密相關(guān)，同時，裂隙水的變化往往是引起膨脹土邊坡破壞的主 要原因，因此可以通過埋設(shè)孔隙水壓力計(jì)來檢測膨脹土路基和邊坡吸力狀態(tài)。 3）膨脹土路基內(nèi)部壓力變化受土體的含水率控制，含水率增大會引起膨脹土中自重應(yīng)力增大和膨脹力的出現(xiàn)。 膨脹土的膨脹力與含水率之間成指數(shù)關(guān)系。在實(shí)際工程中，可以通過檢測土壓力的變化來檢測路基穩(wěn)定性。 4）膨脹土對溫度的變化較一般粘土敏感，且溫度是水分遷移的驅(qū)動勢之一，在膨脹土路基工程中，應(yīng)盡量減少溫度對路基的影響。 5）在地下水的路段，膨脹土路堤注意隔水，防止由于膨脹土和水分直接接觸形成軟弱層，造成路堤延軟弱層發(fā)生滑動破壞。 6）地下水 出露位置和排水狀況對路堤的穩(wěn)定和沉降有較大影響，路堤中部 出露地下水較為不利，當(dāng)在中部出露地下水且排水不暢時，斜坡地基上路堤的不均勻沉降和穩(wěn)定系數(shù)分別為 ，比無地下水出露時，不均勻沉降增加了 %,穩(wěn)定性系數(shù)降低了 37%。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 70 頁 第二章 場地膨脹土的脹縮等級判別 判斷膨脹性 膨脹土是一種粘粒成分主要由親水礦物（蒙脫石、伊利石）組成的高液限粘土，其主要特征表現(xiàn)為吸水顯著膨脹、軟化，失水急劇干縮開裂，此外，還具有易崩解性、多裂縫性和超固結(jié)性。 表 21 即為膨脹土的判定 指標(biāo)，當(dāng)符合表中的兩項(xiàng)指標(biāo)時，即應(yīng)判定為膨脹土。 由于 K139+500～ K140+240 與 K138+600 處于同一地段，土質(zhì)相似，根據(jù)勘查資料，在 K138+600 取土深 24m和 4m以下土層 進(jìn)行 室內(nèi)土工試驗(yàn)。 結(jié)果見表 22 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 70 頁 表 22 土樣的物理性質(zhì) 經(jīng)過試驗(yàn)所得結(jié)果與表 21 對比得知，此土樣的液限、塑限指數(shù)，均在膨脹潛勢等級判定標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，是具有代表性的膨脹土，該路段為膨脹土路段。 膨脹土的分類判斷 按現(xiàn)行分類判別標(biāo)準(zhǔn)表 23，根據(jù) 22 實(shí)驗(yàn)路段土樣的物理性質(zhì)指標(biāo)，依自 由膨脹率和液塑圖法綜合判別，第一層為中等膨脹土，第二層為弱膨脹土。 表 23 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 70 頁 該段膨脹土概況 通過勘查調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)廣西南友高速公路 K139+500～ K140+240 的膨脹土 是一種紅黃色或灰白色、斑紋狀的殘積型膨脹土，其母巖是第三系那讀組深灰色、灰褐色粘土頁巖。由于卸荷和化學(xué)風(fēng)化作用，特別是亞熱帶風(fēng)化淋濾作用，殘積層不僅發(fā)生了礦物的轉(zhuǎn)化，而且造成密度的強(qiáng)烈降低，形成殘積型膨脹土所特有的低密度（ ～ ）、高含水量（ ～ ）高分散性（ 2μ m 粘粒含量 40%）、強(qiáng)收縮（體縮 14%）等一系列不良工程性質(zhì)。受母巖結(jié)構(gòu)的影響，殘積膨脹土不僅土的顏色、土的性質(zhì)均呈現(xiàn)顯著的不均一性和各項(xiàng)異性，天然殘積膨脹土中普遍可見母巖殘余結(jié)構(gòu)（層理和微裂隙），沿巖心緩傾角殘余構(gòu)造節(jié)理兩側(cè) 1cm至 范圍均遭到強(qiáng)烈的化學(xué)作用（差異風(fēng)化），紅色氧化鐵富集。 路塹開挖揭露的邊坡土體典型地質(zhì)剖面可分為三層：頂部表土層以紅色為主，帶黃色斑點(diǎn)的高液限土或耕植土，厚 ～ ；中部為紅黃色或灰白色斑紋狀膨脹土層，厚度為 2m～ 6m；下部為深灰色、灰褐色粘土頁巖，厚度大未被揭穿。從坡面上可以清楚看到 原生節(jié)理與裂隙和此生節(jié)理和裂隙極度發(fā)育，有豎向、斜交和水平三種，分層明顯，貫通裂隙與巖體分層一致。 結(jié)論與建議 造邊坡坡體的土體上部為松散軟弱的素填土，下部為膨脹土；素填土在大氣降雨的作用下易形成小型泥石流或滑坡，膨脹土在大氣降水的作用下或經(jīng)暴曬后可能膨脹，寧明膨脹土是屬于各向異性的膨脹土，以水平變形為主，對路堤穩(wěn)定極為不利，必須對膨脹土的路基進(jìn)行適當(dāng)處治才能應(yīng)用于工程建設(shè)，素填土在大氣降水的作用下易形成小型泥石流，場地屬于對建筑抗震不利地段，須采用有效的處理措施。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 70 頁 第三章 膨脹土填料的性質(zhì)分析 膨脹土填料的土質(zhì)特征 在 K139+500～ K140+240 路段，在挖方邊坡剖面上分布有兩層膨脹土，均位于表層土（為高液限粘土或耕植土， d 為 ～ 米）之下，即灰白色膨脹土層（第一層， d 為 2～ 6 米）和灰黑色膨脹土巖層（第二層，挖方涉及到的 d 在 0～ 12 米）對兩層膨脹土填料進(jìn)行了室內(nèi)土性試驗(yàn)和 CBR 試驗(yàn)，結(jié)果見表 31，表 32。 按現(xiàn)行分類判別標(biāo)準(zhǔn)：依自由膨脹率和液塑圖法綜合判別，第一層為中等膨脹土，第二層則為弱膨脹土，但填料的 CBR 浸水膨脹率，第二層土達(dá) %以上，而第一層土則高達(dá) %以上，均遠(yuǎn)高于其他地區(qū)分布的同等漲縮等級的膨脹土，高 CBR 浸水膨脹率充分說明寧明盆地的膨脹土不僅具有典型膨脹土的土質(zhì)特性，其填料浸水后的強(qiáng)膨脹性更為區(qū)域特有的土質(zhì)個性，這一點(diǎn)在選擇填料處治方法時必須充分考慮。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 70 頁 膨脹土不泡水 CBR 試驗(yàn) CBR 值作為路基填料選擇的相關(guān)指標(biāo)，是美國加利福尼亞承載比試驗(yàn)的英文縮寫，該試驗(yàn)是 1928年 1929年 PORTER 在調(diào)查美國加利福尼亞州柔性路面的破壞狀況時提出來的，試驗(yàn)結(jié)果用 CBR 值表示，是用材料抵抗局部載荷壓入變形的能力來表示，指試料貫入量達(dá)到 毫米時，單位壓力對標(biāo)準(zhǔn)為篩分碎石壓入相同貫入量時標(biāo)準(zhǔn)荷載強(qiáng)度的比值。承載比試驗(yàn)在世界各地得到廣泛應(yīng)用，已成為公路路面設(shè)計(jì)及路基填土的質(zhì)量控制指標(biāo)。 為探討使用夾層法處理的可行性，進(jìn)行了膨脹土不泡水 CBR 試驗(yàn)，即模擬路基膨脹土被封閉條件下的土性試驗(yàn)，對膨脹土不泡水條件下 CBR 強(qiáng)度和含水量的關(guān)系，最大干密度與含水量的關(guān)系進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 。 圖 不泡水 CBR 試驗(yàn) CBR 值與含水量的關(guān)系 由試驗(yàn)結(jié)果可知：該膨脹土的不泡水 CBR 值隨含水量變化總趨勢是隨 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 70 頁 含水量增大而降低，但在含水量為 11%～ 15%及 25%以后的兩區(qū)段下降趨勢變緩，含水量在 25%以下， CBR 值均 10%，由此可見，只路基土的含水量保持在 25%以下，該膨脹土用作路基填料能滿足路堤填料對強(qiáng)度的要求。 灰白色膨脹土 CBR 試件浸水后土體膨脹量隨浸水時間的變化關(guān)系見圖。從中可見，膨脹土的浸水膨脹量在不到 2h內(nèi)就達(dá)到了 3%， 9h后就達(dá)到了 8%，并且隨時間不斷增長，泡水 4d 后 CBR 浸水膨脹量達(dá)到了 %并且還在增長，因此，用這種土作路基填料進(jìn)有效的封閉防水是十分重要的。 根據(jù)以上的分析，寧明灰白色膨脹土是比較好的膨脹土填料。 圖 CBR 膨脹量隨時間變化關(guān)系圖 碎石土的土性特征 采用路塹開挖的寧明膨脹泥巖風(fēng)化破碎土，其基本土性指標(biāo)如下表33。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 70 頁 表 33 碎石土土性分析 下路基基底和上路堤填料：土樣取自 K139+500～ K140+240 路段一個山坡借土場，該借土場整座山為泥質(zhì)砂巖，開采量大，需爆破并配合大功率的推土機(jī)方能石土填料，土的性質(zhì)見上表，從表可以看出，該土強(qiáng)度大，壓實(shí)性好，透水性好，是一種良好的高速公路路基填料。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 70 頁 第四章 場地膨脹土路堤填筑原理 膨脹土特性 南友高速公路 K139+500～ K140+240,其地貌為東西構(gòu)造斷陷盆地，地勢平緩，植被稀少，據(jù)上分析可知屬典型的膨脹土分布區(qū)。 膨脹土是對環(huán)境的濕熱變化敏感的髙塑性黏土。在自然狀態(tài)下，膨脹土多呈硬塑性或堅(jiān)硬狀態(tài)，具有黃、褐、灰白等色，膨脹土主要由強(qiáng)親水性粘土礦物組成的，具有吸水膨脹軟化、失水收縮開裂和重復(fù)脹縮變形的特性。 膨脹土主要礦物成分為蒙脫石、伊利石和高嶺石；其特殊的工程性質(zhì)主要變現(xiàn)為多裂隙性、超固結(jié)性、強(qiáng)親水性、反復(fù)脹縮性和強(qiáng)度衰減性、強(qiáng)風(fēng)化性和崩解性。膨脹土具有的脹縮特性，遇水 膨脹、失水收縮，體積會發(fā)生急劇變化，易發(fā)生脹縮變形，使道路開裂、建筑物地基變形膨脹土給工程建筑物帶來的嚴(yán)重危害。其破壞具有以下特征：即破壞的淺層性、多次反復(fù)性、長期潛在危險性以及對建筑物的成群破壞性。工程技術(shù)人員不得不反復(fù)采取多種工程措施加以修復(fù)和防范，使工程造價顯著提高。 寧明膨脹土是屬于各向異性的膨脹土，以水平變形為主，對路堤穩(wěn)定極為不利。 膨脹土的多裂隙性 南友路膨脹土中的裂隙按成因類型可分為原生裂隙和次生裂隙。前者具有隱 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 70 頁 蔽特征，后者多為宏觀裂隙，具有開壯特征，多由原生裂隙發(fā)育發(fā)展而形 成，具有繼承性性質(zhì)。包括風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙、斜坡裂隙與滑坡裂隙等。裂隙在平面上具有不規(guī)則多邊形網(wǎng)狀裂隙特征，從形態(tài)上看有垂直裂隙（包括陡傾斜角裂隙）、水平裂隙（包括緩傾斜角裂隙）和斜交裂隙。垂直裂隙通常為脹縮效應(yīng)引起的張力應(yīng)變形成。水平裂隙多由沉積間斷及脹縮效應(yīng)所形成的水平應(yīng)力差形成。裂層面填充有次生灰白色粘土，具蠟狀光澤，有鏡面擦痕。密布的裂隙使得土體出現(xiàn)大量的不規(guī)則的軟弱結(jié)構(gòu)面，降低了土體的強(qiáng)度、惡化了工程性質(zhì)。對路塹邊坡的穩(wěn)定性極為不利，邊坡極易失穩(wěn)而沿裂隙結(jié)構(gòu)面滑塌破壞。 超固結(jié)性 膨脹土的超固結(jié)性是土體在地質(zhì)歷史過程中，曾經(jīng)承受過比目前上覆壓力更大的荷載作用，并已經(jīng)大道完全或部分固結(jié)的特性。超固結(jié)的膨脹土，其孔隙比較正常固結(jié)土的為小，在同一外荷載作用下，超固結(jié)土由于具有較高的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，壓縮性小，土基的總沉降量將小于正常固結(jié)土或欠固結(jié)土。由于膨脹土的超固結(jié)性，路塹邊坡在開挖過程中卸載，使得土中應(yīng)力釋放，產(chǎn)生大量卸荷裂隙，破壞了土體結(jié)構(gòu)，是造成開挖邊坡極易坍滑的原因之一。 強(qiáng)親水性 膨脹土由于強(qiáng)親水性礦物的存在，吸水膨脹失水收縮表現(xiàn)的十分強(qiáng)烈。在膨脹土吸水膨脹過程中， 遇到阻礙就會積聚膨脹能，達(dá)到一定程度，如果膨脹能得不到釋放，就會沖破阻礙，造成對建筑物破壞。而膨脹土在失水時的收縮常常造成膨脹土路堤表面龜裂和邊坡變形。收縮開裂的裂縫為雨水的入滲提供了通道，直接影響邊坡的穩(wěn)定。 南寧至友誼關(guān)高速公路 K139+500～ K140+240路基處置方案設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 70 頁 反復(fù)脹縮性和強(qiáng)度衰減性 在干濕循環(huán)條件下，膨脹土極易失水收縮，吸水膨脹。膨脹土的反復(fù)脹縮性易導(dǎo)致土體開裂，產(chǎn)生裂痕，產(chǎn)生裂隙，強(qiáng)度降低。膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動強(qiáng)度，具有極高的峰值，而其殘余強(qiáng)度又極低。由于脹縮效應(yīng)和風(fēng)化特性，會使其抗剪強(qiáng)度大幅度衰減。南友路膨脹土的自由膨脹率不是很 高，但