一、膨胀土的主要地质特性

    膨胀土膨胀是由强亲水性粘土矿物成分--蒙脱石和伊利石组成，是一种具有多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘土。其中，蒙脱石粘土矿物是膨胀土吸水膨胀的主要原因。

    膨胀土除具有一般粘性土的物理化学性质外，最重要的特性是强亲水性、多裂隙性、强膨胀性与收缩性、强度衰减特性，以及快速崩解性和受大气环境作用影响显著等。这些性质是对膨胀土进行工程地质评价的主要技术指标，也是膨胀土区别工程建设所必需考虑的重要因素。

    １．膨胀土的胀缩特性

    膨胀土由强亲水性粘土矿物组成，吸水体积膨胀。如果这种膨胀受到限制，就会在土体内部产生较大的内应力，我们称之为膨胀力。膨胀土体的膨胀力与膨胀量之间有明显的相关关系：膨胀量越大，则膨胀力越大。我国《公路土工试验规程》中的膨胀力测定采用平衡加荷法，即在不允许任何膨胀变形发生情况下，膨胀土试样充分浸水后所产生的内应力为膨胀力，也可称为竖向膨胀力。

    需要特别指出，压实膨胀土的膨胀性比原状土要显著得多。研究表明，压实膨胀土虽然改变了膨胀土的原状结构，但并未改善它的膨胀性能。所以，在膨胀土路基填筑中，要特别注意可能的膨胀变形对路基稳定性的不利影响。

    ２．膨胀土的抗剪强度特性及风化特性

    天然膨胀土或压实膨胀土大多处于未饱和状态，属非饱和土范畴。非饱和土是一种固相、液相和气相的组合体，它的抗剪强度用公式用式（１）表示：

    τｆ＝ｃ１＋（б－ｕａ）ｔａｎ１＋ ｕɑ－ｕｗｔａｎｂ （１）

    式中ｃ１，Фｌ为有效粘聚力和有效内摩阻角； ｕɑ－ｕｗ为土吸力；ｕɑ为孔隙气压；ｕｗ为孔隙水压；ｂ为强度随土吸力变化的内摩阻角。

    由上式可以看出，膨胀土的抗剪强度包括三部分：土粒之间的粘结作用产生的有效粘聚力ｃ１；土体在外部有效压力作用下的摩擦力（б－ｕａ）ｔａｎ１；土吸力和负空隙压力产生的附加摩擦力 ｕɑ－ｕｗｔａｎｂ，可简称吸附强度。非饱和土强度中的附加强度部分实质上是一种与外力无关的摩擦强度，它来源于土吸力所产生的负空隙压力。显然，当土体含水量逐渐增加时，ｕｗ随之增加，最后饱和时ｕｗ等于ｕɑ，使吸附强度项减小为零。所以在其他条件不变时，土体吸水必将引起抗剪强度降低。

    膨胀土因为富含亲水性粘土矿物，且具有多裂隙性、强胀缩和超固结性，所以受大气风化营力作用，尤其是环境水分变化的影响特别显著。膨胀土矿物本身抗风化能力很低，容易产生破碎。此外，大量发育的裂隙又为外界水分入渗提供了通道，促进了土体内的水分循环，使风化作用加剧。风化作用深度内的膨胀土受大气风化营力的反复作用，对周围环境变化十分敏感，含水量变化显著，其强度、变形特性同风化层深度以外的膨胀土相比有了显著改变。

    二、 应用土工格网填筑膨胀土路基

    １．膨胀土改良方法概述

    改良膨胀土的目的就是要削弱或完全消除期膨胀性。到目前为止，主要有以下几种改良措施：（１）换土法。用非膨胀土将膨胀土换掉是一种简易可靠的办法，但对于大面积的膨胀土分布地区显得不经济。（２）预湿法。在施工前给土体浸水，使土体充分膨胀，然后维持其高膨胀土，则土体体积基本保持不变，建筑物因土体膨胀造成的破坏就不会发生。（３）压实控制。从前面的叙述中知道，膨胀土的膨胀量随初始干容重的增加而增加，随初始含水量的增大而减小。因此，控制膨胀土在低干研究表明，这种改良效果是石灰与膨胀土之间复杂的化学反应的结果。此外，水泥、粉煤灰等也可用于膨胀土改良。（４）化学稳定法。研究表明，往膨胀土内注入特制的化学制剂，通过与膨胀土产生一系列化学反应，可以使土体硬化，削弱膨胀土的膨胀性，增强抗压缩能力，提高抗剪强度。

    ２．膨胀土路基填筑技术

    重塑膨胀土的膨胀性比原状大得多，过大的膨胀必然对路基的稳定产生不得影响。因此，我国《公路路基设计规范》（ＪＴＪ０１３－９５）规定强膨胀土不作路基填料，如限于条件，高速公路及一、二级公路选用强膨胀土作填料，则应作专题试验论证分析。从我国膨胀土地区公路建设的实践经验来看，较多采取避让、弃方、减少对原状膨胀土层扰动或及时封闭等措施。也有采用掺加石灰进行改良，石灰配合比通过试验确定。

    大量室内试验和工程实例都表明，再素土中铺设一定量的加筋可以有效地减少土体侧向变形，整体强度有所提高。考虑到膨胀土路基破坏多表现为：进入雨季后，路基边坡表层的土体吸水，强度降低、产生较大膨胀变形，最终失稳破坏。可以通过铺设土工格网抑制路基过大膨胀变形、提高路基整体强度，达到加固膨胀土路基的目的应用土工格网加固膨胀土路基的工程实践。

    三、工程实例

    １．加筋铺设方案

    在楚大公路膨胀土路基的土工格网加固设计中，我们考虑了膨胀土的强度和风化特性，并注意到膨胀土路基破坏多为表层失稳破坏的实际，只对路基边坡表面风化层范围的土体进行加固。一方面，加筋可以吸收一部分因土体干缩产生的收缩应力，防止坡面严重开裂为外界环境的水分入渗提供通道；另一方面，加筋可以提高路基表层的抗剪强度，保证路基表层土体雨季吸水后，不至于强度降低太多而失稳，对于膨胀土路基的风化层厚度的确定，参考了铁路部门的调查资料，取２．５米。另外，为防止路基膨胀土的干缩引起柔性路基结构的反射裂缝，避免路表的水分下渗到膨胀土层，近路面部分的路基采用了非膨胀土封闭层。路基边坡坡面加铺耕作土，植草绿化，既可以减少大气营力对膨胀土的风化作用，又美化了道路景观。

    ２．施工工艺及要求

    （１）填料的压实

    ａ．膨胀土粒径不应大于５ｃｍ，否则要粉碎。严格控制压实含水量，鉴于膨胀土的天然含水量较大，可在含水量已上２－３个百分点进行压实。

    ｂ．路基填土每层松铺厚度以２５ｃｍ为宜，压实采用重型压实标准，路床下８０ｃｍ～１５０ｃｍ范围内，压实度控制在９３％以上，１５０ｃｍ以下需达到９０％以上。

    ｃ．路面结构层底面以下１００ｃｍ范围内采用非膨胀土闭层添筑，要求上路床填料的最小强度不低于５，非膨胀土封闭层压实度部得小于９５％。

    （２）土工格网的铺设

    ａ．加筋采用国内某塑料制品公司生产的ＣＥ１３１土工格网，抗拉强度不低于５．８ＫＮ／ｍ，屈服拉伸率１０－１４％。

    ｂ．土工格网水平分层铺设中，为保证格网充分发挥加筋作用，铺设时要对其进行预张拉，使其产生１～２％的拉伸量，并用Ｕ形钉固定于路基上。

    （３）其他注意事项

    ａ．膨胀土路基填筑施工应避开雨天进行，各道工序要紧密衔接，连续施工，快筑快完。运料车辆不得在紧张的土工格网上直接碾压，以免造成格网损坏。

    ｂ．注意作好施工期内膨胀土路基的排水。每层填土压实成形后，要保证横向路拱，以利排水。

    ｃ．膨胀土路基成形后，应立即再坡面上铺撒２０ｃｍ的耕作土，植草绿化，对于较长时间不能铺筑路面的，还应另外加铺厚度不小于３０ｃｍ的压实封层，并做成２％的横坡。