膨胀土是新生代第三纪和第四纪晚更新世期间生成的黏性土，其黏土颗粒含量很多，黏粒中又有大量亲水性矿物成分，故而干缩与湿胀十分强烈；而且因其成形原因，还具有超固结性和多裂隙性。膨胀土的吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性对工程质量安全影响很大，是我国岩土工程界的重大科研课题。随着我国铁路网的不断扩大，在很多铁路施工中，不可避免地会遇到膨胀土地区，为保证工程施工的质量，将膨胀土地区的工程施工作为重要课题进行研究。
1 膨胀土的判别与分类
在膨胀土地区进行铁路工程建设，必须正确区分膨胀土与非膨胀土，并通过试验检测来判断膨胀土的膨胀性，根据膨胀土的膨胀性强弱采取不同的设计方案，同时在工程施工中采取有效的施工工艺进行处理。
我国铁路将自由膨胀率、蒙脱石含量和阳离子交换量作为膨胀土判别和分类的依据，见表1。
注：判定为某等级时，必须有两项及以上指标值同时符合该等级指标规定范围。
2 膨胀土路基的处理方法
膨胀土路基的防治总体原则主要包括设计、施工防治原则。设计防治原则包括边坡地表水截排、地下水排出；土体荷载卸载、土体支挡；缓坡、边坡防护；植物防护防治水土流失。
施工防治原则包括土体膨胀性核实、边坡开挖预留、地表、地下水截排、引出、支挡跳桩施工、边坡雨季施工措施、边坡变形监测、边坡裂缝处理措施、土体改良措施、边坡绿化植被选择。
膨胀土路基预防主要包括3个方面：①防治水体侵入破坏膨胀土特性；②预防边坡土体破坏措施；③边坡防护及绿化措施。
3.1 膨胀土路堑开挖与换填
膨胀土边坡开挖包括堑顶天沟、坡脚支挡基础开挖，边坡土体卸载，边坡防护施工沟槽开挖。
膨胀土的环境敏感性非常强，开挖暴露后，与外界环境接触，受温度、降水、蒸发因素影响剧烈，导致原有裂隙面张开，新生裂隙面形成，在雨水入渗、裂隙切割影响，土体强度迅速降低，加之动、静水压力的作用，极易诱发路基变形病害。
3.1.1 膨胀土路堑开挖
（1）边坡防护必须分级、分段开挖，上级边坡未防护，禁止进行下级边坡开挖。
（2）刷坡时应控制刷坡高程，禁止一次刷坡到位，预留20～30cm封闭层，防止大气环境引起的设计边坡内膨胀土性质改变。
（3）膨胀土路堑堑顶有排水设施的，必须先进行排水设施的施工，再进行路堑边坡的开挖，并将堑顶至天沟的原地面向天沟侧顺坡，防止雨水汇集浸泡，引起边坡失稳。
（4）尽量避免雨天边坡开挖，开挖未完成防护的边坡，雨天必须进行覆盖防水处理。
（5）膨胀土路堑开挖完成后，优先组织施工，严禁未准备施工而进行开挖，从而引起边坡滑坡。
（6）开挖完成后，原地貌破坏位置及时封闭、绿化。
（7）膨胀土路堑边坡开挖及防护施工要尽可能安排旱季施工，确保边坡稳定。
3.1.2 路堑基底换填
（1）路堑基底验收。膨胀土路堑开挖到位后及时联系设计单位及监理单位对路堑基底进行联合验收。
（2）土工合成材料施工。根据设计图纸要求，在改良土换填之前在路堑基底铺设土工合成材料，防止地表水下渗到路堑内部，造成膨胀土路堑滑塌。
（3）基底换填。膨胀土路堑基底换填采用石灰改良土进行换填，石灰改良土在弃土场采用厂拌。在填筑前进行石灰改良土试验段施工，为后期大面积改良土施工创造有利条件。
3.2 膨胀土路基边坡防护与加固措施
3.2.1 防排水工程
防排水的运行效果，直接关系到边坡土体的稳定性，是膨胀土边坡控制的核心要素。因此，必须严格把关防排水工程的质量。
主要包括路堑天沟、矩形侧沟、边坡防护拦水坎、汇水地段吊沟以及临时排水措施。地下水主要包括土体侵入水体引出，主要措施包括支撑渗沟、仰斜排水孔、支挡结构泄水孔。表水、地下水主要防治原则为因势引出、形成排水系统、避免施工过程水体对膨胀土侵害。
水沟排水坡向必须保持流畅，避免出现反坡或者汇聚积水现象。水沟应保持随挖随施工，避免出现长时间放置，引起膨胀土破坏，存在遇水滑塌隐患。雨季施工应随时做好防雨措施，避免开挖未完成，造成沟槽积水、浸泡现象。
地下排水系统，要保证排水通道的通畅。要选择干净、合格的反滤层材料，保证泄水孔位置、坡向的正确。挡墙施工过程中，应避免泄水孔水管水泥浆堵塞的现象。必要时，封闭层混凝土施工前进行通水、排水试验。
施工过程中，减少或避免水体对膨胀土的侵害，封闭水体侵入膨胀土通道。保证施工过程中天沟、边坡沟槽、挡墙基坑不积水，保证渗沟排水层、挡墙墙背反滤层不窝水，保证天沟伸缩缝、堑顶顶部、边坡坡面无渗水至土体。
3.2.2 坡面防护加固
膨胀土边坡防护形式主要包括拱形截水骨架、支撑渗沟、植草窗、锚杆框架梁、喷混植生护坡。拱形截水骨架与支撑渗沟一般相间布置，为保证膨胀土边坡防护效果，一般加大骨架结构尺寸、减小布置间距，并且加大支撑渗沟排水层厚度。达到排出膨胀土内水体的目的，同时削弱膨胀土破坏力，尽可能保证每个局部范围内土体的稳定。
同时，边坡防护应根据施工人员、材料、机械配置组织，严禁长时间暴露、无防排水措施。做到随挖随防护，严禁超挖不防护。做到过程中对施工流程、工艺、方法的控制，避免返工现象的发生，避免对膨胀土造成二次破坏。注重膨胀土土体保护措施以及施工过程中原地貌的恢复。
3.2.3 支挡结构
重力式挡墙主要作用为抵挡路堑护坡上部土压力，避免坡脚膨胀土土体外漏强度减弱，造成边坡坡脚失稳，从而导致边坡溜塌。挡土墙高度根据路堑边坡高度及挡墙临空面高度确定，膨胀土路堑挡土墙厚度考虑膨胀土膨胀效应，加大截面尺寸，保证足够的抗倾覆与抗拉裂功能。基坑严禁大拉槽开挖，基坑底部必须预留保护层20cm，禁止一次开挖到位。基坑开挖完成后，及时进行基础混凝土浇筑，严禁长时间放置。若基坑开挖未施作，要及时做防水覆盖，严禁浸泡。另外，膨胀土路堑挡墙墙背应设置透水性良好的砂砾石反滤层，连接泄水孔，挡墙顶部与底部设置混凝土防渗层，防止水体渗入破坏膨胀土强度，并引出土体内地下水。
抗滑桩的作用主要为卸载（抵抗）土体压力，减弱或消除上部土体压力传递至下部。对于膨胀土路堑边坡，抗滑桩一般设置位于边坡中部或者堑顶，对上部膨胀土压力或连锁破坏形成有效隔断，从而对治理范围内膨胀土划分为更小面积进行防治。
3.2.4 边坡绿化
植物防护形成膨胀土边坡坡面防护层，最终防止土体裸露破坏的可能性。因此，膨胀土边坡植物防护要保证防护深度，保证强降雨或者连续降雨情况下，水体无法再侵入的植物防护层以下膨胀土。需要选用根系较为发达且密集的植物，并间种根系较深灌木，以达到或高于原地貌植被防护效果，真正起到防治水土保持的目的。边坡防护完成后，及时进行绿化。
3.2.5 CMA改性剂
CMA改性剂是一种无毒、无腐蚀、不易燃易爆，无污染的复合化工产品。具有离子交换和电解的作用，有较强的渗透性，溶于水，在水中离解出阳离子和阴离子，阳离子与膨胀土胶体表面的阳离子产生交换，将膨胀土改性为非膨胀土，由亲水特性变成憎水性，使膨胀土永久改变属性，增强土的强度，水稳性好，改性后的路基、边坡稳定，改性后的土体能种植灌木和花草，具有绿化美化环境的功能，满足水土保持。
CMA改性剂喷洒在边坡表层后，随雨水渗透，到达雨水能到的深度，从根本上解决了雨水渗入对膨胀土的影响，做到对大气风化作用层影响深度范围内膨胀土体的彻底治理。
由于膨胀土特性的复杂，对中、强膨胀土路堑边坡，以及部分段落较长和堑顶有较为明显裂缝的弱膨胀土路堑边坡，在坡面及堑顶8～12m范围喷洒（或采取浅孔灌注方式加强改性效果）CMA膨胀土改性剂，以保证膨胀土路堑边坡的稳定性。
3.2.6 位移监测
根据以往工程经验，施工图设计时，对于路堑边坡高度大于15m的膨胀土路堑边坡，设置变形监测系统。
施工过程中，加深了对膨胀土路堑边坡施工风险的认识，由于膨胀土特性的复杂，建议对于高度大于4m的膨胀土路堑边坡，以及堑顶为斜坡的路堑边坡，增设变形监测桩，开展信息化施工，路堑边坡发生3～5cm的水平变形时，及时通知建设单位、监理单位、设计单位，四方会上确定处理对策。
3.2.7 夯实边坡，防止地表水下渗
为避免地表水下渗，在天沟外侧5m范围内、天沟与上镶边、挡墙与侧沟之间利用小型夯机夯实，并形成一定的排水坡；选择季节避开雨季快速施工（分层分段开挖，做好临时排水，临时排水系统远离坡脚1～2m处设置），在做边坡施工过程中的同时做好排水系统，而且可增加排水系统，边坡施工完成后对堑顶排水封闭土采用改良土封闭，必须夯实到位，保证雨水散排出坡面；同时做好路基排水沟两头的排水通畅，减少膨胀土边坡容易滑塌的病害保证边坡稳定。
3.3 膨胀土路基施工组织
3.3.1 施工组织安排与季节衔接的优化
由于膨胀土路基受大气环境影响较大，施工前要合理组织施工、对季节性施工要做到预判。膨胀土大气含水、季节性降水、地表及地下水对膨胀土破坏性较强，施工前及施工过程中，要尽量避免膨胀土路基在雨季施工，并在临时降雨过程，遵循永临结合的原则设置防排水措施，做好疏导。
3.3.2 工序衔接及转换验收等过程控制措施要到位
膨胀土路基施工时效性至关重要，因此不同施工工序间的衔接及转换验收必须及时。对工序转换验收中出现的问题，及时组织资源进行整改，避免出现拖拉现象。
4 结语
膨胀土是一种严重影响铁路工程的土质，一旦处治方法不当就会产生严重的质量问题。通过施工前地质核查、现场排查，施工过程中严格施工顺序规范施工，及时、有效地完成膨胀土路基施工及运营过程中出现的病害治理等多渠道来保障膨胀土地区施工及运营安全。
参考文献
［1］李庆鸿．新建时速200公里铁路改良膨胀土路基施工技术[M]．北京：中国铁道出版社，2007．
［2］廖世文．膨胀土与铁路工程[M]．北京：中国铁道出版社，1984．
收稿日期：2018-07-21
作者简介：李伟（1982-），男，山东潍坊人，中国水电四局武汉轨道交通工程有限公司工程师，研究方向：铁路、市政工程施工。
