摘要：随着社会经济的发展，我国的道路工程建设越来越多，但是道路在使用的过程中经常会出现各种病害，严重影响道路人们的使用。本文依托某市政道路病害检测，发现该道路不均匀沉降变形及基层损坏严重，其根源在于地基及路基土具有弱膨胀性土特性。进一步通过膨胀性试验，分析了膨胀土在有荷、无荷条件下的膨胀率及膨胀力，提出了土体膨胀率、膨胀力与土体压实度、含水率的相关关系。并揭示了膨胀土路基半刚性路面结构破损机理。
关键词：膨胀土路基；病害检测；室内试验；力学分析
引言
由于膨胀土具有吸水膨胀、脱水收缩的特征，导致其内部容易生成分布杂乱的裂纹，市政道路与大型结构工程容易受到膨胀土性质的影响，然后埋下长期、潜在的安全隐患，严重影响市政道路质量并危及人们的出行安全。由为此有关施工部门需要加强高等级膨胀土地段落路基的施工技术，以期夯实我国道路质量根基，促进我国经济实现可持续战略发展。
1工程概况
该市政道路出现道路纵向裂缝、道路波浪起伏、检查井下沉、雨水收水口下沉、立沿石移位等现象。道路病害发生后，施工单位采用路基注浆、设置止水墙等工程措施对两侧快车道进行了整治。然而过了一段时间后又逐渐出现道路不均匀变形，不仅表现为沿道路纵向的波浪起伏，在横向也出现了明显的横纵向裂缝及车辙现象。因此为了探究该道路病害发生机理，对后续道路维修提供科学依据，有必要对路基和地基进行钻孔勘察、路面结构取芯，并对土样进行室内测试分析。
2地质勘察及道路取芯
2.1勘探方法
采取分层开挖的方式对水泥稳定碎石基层、二灰稳定碎石基层及路床区进行了钻孔取芯，共开挖9组探坑。
2.2测试结果
2.2.1地基土分布情况
地基土为灰白色、灰黄色强风化泥岩、黏土分层叠加分布，厚度变化较大，土层分布不均。泥岩埋藏厚度约在3～5m，风化严重，风化裂隙很发育，大部分风化为碎块状，手可掰断，少量较硬，锤击即碎。经检测29组土样，发现该路段黏土、强风化泥岩具有一定的弱膨胀性，检测样本的自由膨胀率一般为0.35～0.46。
2.2.2路基土情况
根据取芯情况分析，整条路段路床区含水量普遍偏高，填料中含有厚度不等的强风化泥灰岩风化料。路基土含水率普遍高于最优含水率2%~6%，局部路段压实度不足，K值介于92%~97%。
2.2.3路面结构情况
根据现场取芯（包括26组面层、水稳基层、二灰稳定碎石基层，共计78个试样）情况分析，重新加铺后的沥青面层成型相对较好，共取出5组完整芯样。水稳基层破碎严重，未能取出完整芯样，多数发生自下而上的反射裂缝。
2.3道路水环境调查
道路排水设计呈W形，快车道汇水集中；道路红线外绿化带宽、标高高于快车道，且未见设置截水沟，该区域降水亦汇至快车道，一旦出现淤塞即容易发生道路积水，积水将通过立沿石侧壁等途径入渗至路面结构层内；中央绿化带未做有效防水措施，灌溉水会入渗至路面结构层内。这些原因都可能会造成二灰基层及路基含水量增大，从而引起结构层水损坏及路床区压实风化料的膨胀变形，造成路面鼓胀、雨水井井壁竖向拉裂。
3膨胀土工程特性
胀缩性：膨胀土吸水膨胀之后会为上层建筑带来一定的膨胀力，脱水体积收缩会导致土体产生裂纹，失去支撑上层建筑的支撑力，进而导致建筑物沉降。崩解性：不同类别的膨胀土具有不同的崩解性质，有些膨胀土吸水几分钟之后就会全部崩解，膨胀性质较弱的土体经过长时间浸泡也不能完全崩解。多裂隙性：膨胀土裂隙包含斜交裂隙、水平裂隙以及垂直裂隙等类型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆经过裂隙综合作用土体会被分割成不同形状的块体，诸如短柱状以及棱块状，严重破坏了土体的整体构造。膨胀土路基边基破坏大多由土中裂隙导致，裂隙软弱结构面控制了滑动面的形成。超固结性：膨胀土干密度较大，天然孔隙较小，因此具有较强的初始结构强度以及固结性。超固结膨胀土路基开挖之后会释放土体的超固结应力，路基面与边坡呈现出卸载膨胀，并在坡脚位置形成塑性区，致使边坡遭到破坏。风化特性：受环境气候因素影响，膨胀土及其容易受到风化剥蚀作用，在风化作用之下，开挖的路基及其容易出现泥化、剥落以及碎裂等现象，破坏土体的结构与强度，其中风化程度有强弱微三种等级。强风化层位于边坡与地表表层，具有显著的干湿效应，土体常呈细小鳞片状以及砂砾状碎裂，整体结构完全被打破，厚度在 1~1.5m 左右。弱风化层位于浅层地表，有较明显的干湿效应，土体成碎块状割裂，大部分构造联结力消失，厚度在 1~1.5m 左右。强弱衰减性：膨胀土的抗剪强度为变动强度，具有残余强度极低、峰值强度极高的特征，由于膨胀土具有初期强度高以及超固结的特征，当风化作用以及收缩膨胀效应加大时，抗剪强度会大幅度降低。
4膨胀土物理力学试验
4.1无荷载条件下土体膨胀量试验
强风化泥灰岩遇水后发生了明显的膨胀变形，压实度越高、含水量越大，膨胀变形量越大。同时，膨胀量与时间还存在着密切关系，即在同样的含水量条件下，随着时间的延长，膨胀量会进一步增大。这表明，路床区顶部膨胀性土压实度最高，对路面结构的破损贡献率应最大。
4.2有荷载条件下土体膨胀量试验
对强风化泥灰岩进行压实，压实度控制在95%，初始含水率控制在17%，最大干密度为1.85g/cm3。在上覆荷载作用下，土体遇水产生一定膨胀量，随上覆荷载的增大，膨胀量降低，说明增加上覆荷载可以起到减小膨胀变形的作用。
4.3压实土体膨胀力试验
对强风化泥灰岩进行了压实，压实度控制为85%、90%、95%，分析其遇水后的膨胀力。路床区的土体膨胀力明显大于下部路堤和地基土膨胀力，且其值达到300kPa以上，该值相当于1.3~1.5m的路面结构自重，但现状路面结构厚度为80cm，因此不能抑制路基膨胀变形。
5膨胀土路基变形对半刚性路面结构受力特性及变形的影响
5.1不同膨胀力对路面结构稳定性的影响
二灰稳定碎石基层弯拉应力与膨胀力及二灰基层强度均有显著的线性关系，膨胀力越大，基层弯拉应力越大，且远大于二灰基层容许弯拉应力；基层模量越高，弯拉应力值越大，容易发生基层的弯拉破坏。当结构层发生结构性破坏后，路表水极易下渗至基层中，同时叠加行车动荷载作用，引发道路结构发生严重的水损坏，造成基层细集料被动水压力冲走，结构发生松散。
5.2不同膨胀力对路基变形的影响
随着路基土膨胀力的增大，路表位移近似呈线性关系增长，膨胀力从0.1MPa增加到0.5MPa，其位移增幅为500%，从而揭示出该道路膨胀不均匀变形严重的发生机理。
结语
综上所述，土体膨胀量与土体压实度、含水率和时间有关。一般来说，含水率相同时，压实度越大，膨胀变形量越大；压实度相同时，含水率越大，膨胀变形越大；在同样的含水率条件下，随着时间的延长，膨胀量会进一步增大。根据有荷载膨胀量试验可知，膨胀量与上覆荷载有关。随上覆荷载的增大，膨胀量有所降低。路床膨胀力与路面结构受力基本呈线性正相关关系，随着膨胀力的增大，路面结构受力相应增大。对于本工程对应膨胀力，基层极易发生结构性破坏。随着路基土膨胀力的增大，路表位移近似呈线性关系增长。
参考文献
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论文作者:吴亮亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/17
标签：路基论文; 结构论文; 道路论文; 基层论文; 路面论文; 裂隙论文; 荷载论文; 《基层建设》2018年第27期论文;