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摘要：路基路面设计是公路建设的重要环节，也是确保公路建设质量的关键因素。结合工程项目要求对公路的路基和路面进行科学设计是我们每一个路桥设计工作人员的基本职责。本文结合个人工作经验，简要分析膨胀土公路的路基路面设计。
关键词：公路建设；工程设计；膨胀土；路面设计；路基设计
引言
膨胀土又被称之为“胀缩性土”，浸水后提及剧烈膨胀，失水后提及显著搜索，是一种具有粘性的土质。这种土质内部含有大量蒙脱石、伊利石以及黏土矿物，所以其亲水性特别强。在公路建设的路面路基设计中，工作人员必须高度关注这种特殊土质，结合膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守国家有关规定科学进行路面路基设计，因地制宜地采取相应的土质结构处理技术，以提高土质结构稳定和公路建设质量。
一、膨胀土及其性质分析
膨胀土乃是一种塑造性性极强的黏土，承载力较高，亲水性强，具有吸水膨胀、失水收缩和反复膨胀收缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。膨胀土的胀缩特性主要受具有晶层结构的蒙脱石类黏土矿物影响，在大气影响下，湿度变化引起膨胀土产生膨胀和收缩，土体开裂，降雨入渗，强度减低，产生较大膨胀压力，造成边坡变形破坏，膨胀土变形破坏区多发生在浅层，大气对膨胀土影响最大作用深度称之为膨胀土活动区深度。这种土质主要分布在我国的云南、四川、湖北、湖南、安徽、河北、陕西、贵州、江西等地域。膨胀土一般分布在表层1-2M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30-50CM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。从膨胀土的外观来看，其呈灰黑色、灰色或者黄褐色。在天然状态下，膨胀土表现为一种有棱角的块状、片状地质结构，其颗粒大小一般在2-5cm之间；在天然干燥状态下，膨胀土颜色表现为暗灰色，土块硬度大；天然潮湿状态下，膨胀土颜色呈灰黑色或者黄色；在过渡潮湿的气候中，膨胀土经过搅拌处理后可以形成巨大的团块、粗长黏条。干燥的膨胀土团块，遇水浸湿后，即使在一定的荷载作用下，土的体积仍能膨胀，崩解成颗粒在1CM以下的小碎块或小薄片。不同情况下，膨胀土的强度存在明显差异：在一般稳定情况下，膨胀土具有非常强的抗剪性；失稳情况下，抗剪力下降，强度降低。根据这些特点，农民朋友把它叫做“鸡粪土”或“胶泥瓣土”，并总结一句谚语：“早上软，中午硬，到了下午弄不动。”
二、膨胀土的危害分析及设计要点
一方面，由于膨胀土吸水膨胀和失水收缩引起的强度变化，会破坏公路路基结构，导致公路路基变形、开裂等现象，严重影响公路使用寿命以及安全性能。另一方面，膨胀土这种特殊土质变化性强，在不同气候环境中的性质特点表现也有所不同，这也加大了公路设计人员在路面路基设计中的工作难度，严重影响公路规划设计工作进度和效率。研究膨胀土的特性，可解决膨胀收缩引起公路路基变形破坏问题，不断通过试验、建立模型等方法，解决膨胀土导致的公路路基路面质量问题。针对膨胀土的特点，膨胀土地区路基设计要以防水、保湿、防风化为主，采取有效措施，减少湿度的变化对膨胀土路基的影响，保证路基满足变形和强度的要求，膨胀土路基施工时，也要连续施工，并及时封闭路床和坡面。所以，公路设计工作人员在前期调研工作中，应对工程项目的土质结构进行深入勘探和分析，遇到膨胀土地质结构时，更需要结合工程项目设计施工要求对其微观结构特征、产生原理及其危害进行深入研究，从而“对症下药”，科学做好路基路面规划设计。
三、膨胀土的判别
关于膨胀土的判别标准，国内外尚不统一，根据多年来的工程实践经验总结和工程地质特征，自由膨胀率大于40%和液限大于40%的黏质土，可初判为膨胀土，但这并不是唯一的，最终决定的因素是胀缩总率及膨胀的循环变形特征。
采用自用膨胀率对膨胀土的膨胀潜势进行分类。
自由膨胀率δef的测试，采用风干土碾细过筛，并在105-110℃下烘干至恒重，在干燥器中冷却后用标准量杯取10cm³土样进行自由膨胀率测试，对该指标的可靠性及能在多大程度上反映膨胀土的本质等方面，一直存在着争议。
膨胀土的性质是由于膨胀土内蒙脱石及其家族的含量多少决定的。自由膨胀率判别法易产生膨胀土的判别与漏判，铁路部门采用蒙脱石含量和阳离子交换量作为鉴别指标，判别准确率高，但测试困难。
标准吸湿含水量与表面积、阳离子交换量、蒙脱石含量之间存在线性相关的关系，标准吸湿含水量反映了膨胀土的最基本的本质属性，该判别分类标准已在湖北、湖南、安徽、广西、云南、河南、河北等公路行业、建筑行业，以及南水北调水利工程中得到广泛推广应用，验证了该标准的准确性与可靠性。
四、膨胀土处理在公路路面路基设计中的应用体现
1.用改用石灰、水泥改良膨胀土
石灰石也是一种亲水性较强的物质，为确保路基路面规划设计的科学性，我们在做规划和设计时，可用石灰改良膨胀土的土壤特性，通过向膨胀土中加入生石灰改变土壤的特性以达到要求的效果，这是当前公路建设中改良土壤特性是比较常用的方式。通过对石灰的加入可以改变膨胀土的膨胀能力，膨胀土的强度水稳定性和施工压实性能等。但这种土壤改良方法对设备和施工工艺要求较高，造价成本较高，不利于企业成本控制。所以，有工作人员也建议采用水泥或其他固化材料与膨胀土进行物化反应，改变膨胀土性质，以达到降低膨胀土膨胀趋势、增强其强度和稳定性的效果。水泥固化时，可利用硅酸盐、铝的水化物、颗粒之间的胶结作用，使其脱水，并产生新矿物结晶，降低膨胀土液限，提高膨胀土塑限、抗剪切性能。
2.土工格栅加筋法改变膨胀土特性
土工格栅可以吸收膨胀土因为缺水而收缩时产生的收缩力，减少公路路基的受力，防止公路路基受到损坏。同时可以减小公路地面产生的裂纹。并防止坡面开裂水分的进入。当水分进入膨胀土时土工格栅加筋可以解决部分膨胀土吸水膨胀后硬度变低容易松散的问题。土工格栅加紧发可以提高公路路面的整体性和抗剪性，防止公路的路面路基因为强度变弱而导致的公路问题。
3.优化提高公路路表排水系统
公路长期在恶劣环境下运行，在日晒雨淋的作用下，膨胀土会在吸水膨胀后，破坏路面路基。因此，路基路面设计工作人员在设计中应该做好公路的排水系统设计，确保排水系统稳定可持续工作，避免排水系统导致膨胀土结构快速变化。例如，在路基路面设计时，增加设置排水系统，在路堤边坡上设置排水沟，避免雨水渗透到公路路基内部，可确保公路路面路基完整性，雨水地及时排出可提升车辆行驶的安全性，避免发生交通事故。
3.在膨胀土上换填土
换填土也是解决公路路面路基问题的重要方法，在膨胀土上覆盖其他的土质，加入其他的土质后可以大大提高地基的承载能力，通过在膨胀土的表面换填渗透性的土可以缓解膨胀土吸水或失水后引起的形变，保护公路的路基不受损伤。路面路基设计工作人员在设计换填土处理时，需要严格按照换填高度设计，确保换填土高度符合公路建设标准，达到改善碰撞图土壤结构危害的目的。当然，用这种方法可以彻底的解决膨胀土对公路地面地基的危害。需要强调的是，设计人员在采用这种方法处理膨胀土时，应当因地制宜，结构地域、气候、地质结构采用不同的土换填，结构公路建设要求和土质结构科学选择部分换填或者全部换填，确保换土后土质结构符合公路建设标准，必要情况下还可以填一些小石子。
总结
综上所述，膨胀土是公路建造中很常见的问题，公路路基路面的设计中膨胀土的处理方法也有很多种。不少学者都对膨胀土进行了研究，提出了一些切实可行的碰撞土处理方法。但由于这种土质结构受环境和气候影响，在具体的路基路面设计中，工人人员还需要因地制宜、因势利导，结合项目实际情况科学选择有效处理方法，确保公路的路基和路面规划设计符合项目要求，有效推动公路建设。
参考文献：
[1]公路路基设计规范（JTG D30-2015）.中交第二公路勘察设计研究院有限公司
[2]膨胀土地带桥梁病害分析及处治措施[J].田世宽，张海波.施工技术.2014（17）