“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”取得突破
    膨胀土是一种对各类轻型构造物具有极大危害的特殊土，其分布遍及6大洲、46个国家。我国有26个省区存在着这种区域性分布土，3亿以上人口生活在膨胀土分布地区。中加合作研究表明我国每年因膨胀土造成的经济损失达150亿美元。修筑在膨胀土上的公路工程更是深受其害，几乎是“逢堑必滑，有堤必坍”，而且破坏具有多次反复性和长期潜伏性，是国内外专家长期研究而未能解决的技术难题，被称之为“工程中的癌症”。
　　我国西部地区拟建的21000km高速公路中有3300km穿越膨胀土地区，如不能攻克膨胀土地区公路修筑的技术难关，必将导致工程建设和运营成本大幅度增加，道路通行能力与交通安全性能显著降低，生态环境恶化以及土地资源大量浪费。
　　2002年，交通部启动了西部交通建设科技项目“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”。项目由长沙理工大学主持，联合广西、湖南、湖北、云南、四川、陕西、江苏等省区的15家高校、科研、设计、管理、施工单位，共183名科研人员，分4个专题（15个子题）开展了系统的研究和科技攻关。经过全体科研人员的奋力拼搏，刻苦攻关，最终在7个方面取得了46项成果。
　　在非饱和土理论研究方面，科研人员针对非饱和土理论难以用于解决膨胀土工程实际问题，通过引入折减吸力的概念，形成了一种非饱和土简化固结理论，构建了便于工程应用的以饱和度为主要特征变量的非饱和膨胀土工程本构模型。课题组在掌握膨胀变形、膨胀压力及含水率之间内在规律性的基础上，提出了相应的膨胀模型，同时还提出了膨胀能的新概念及其计算方法。
　　膨胀土地区公路勘察设计技术研究专题，通过对全国典型膨胀土的物理力学性质和胀缩机理、膨胀土判别与分类标准、公路膨胀土的工程分类及评价技术以及勘察技术等系统的研究，提出了膨胀土标准吸湿含水率的概念，制定了相应试验方法，研制了配套试验装置，确定了膨胀土判别与分类方法。根据课题组研究提出的公路膨胀土地基分类、路堑边坡分类和场地分类方法，建立了公路膨胀土工程分类体系。课题组还提出了膨胀土干湿循环显著影响区的新概念，并建立了相应的快速测定方法。在固结试验和三向胀缩试验的基础上，研究人员提出膨胀土地基变形预测方法。利用GIS软件平台，通过二次开发，建立了全国膨胀土地理信息系统。
　　以往国内外膨胀土路堤处治多以化学改良为主，我国西部地区则更多的是采用弃土换填，这就不可避免地增加了膨胀土地区筑路的建设费用并给当地带来严重的生态环境破坏。课题组在成功修建大量实体工程的基础上，总结提出了膨胀土路堤的物理处治新技术，就是直接将膨胀土填于特定的路堤部位，采取有效的保湿防渗措施（如包边、封闭、加筋、夹层、土夹石等），使其成为合格的填料来加以利用。为了使公路建设者们接受这种新技术，课题组发明了一种用于真实评价膨胀土填料路用性能的CBR试验新方法，并在此基础上提出了新的膨胀土填料分类指标体系。采用这种处治技术，课题组在南友高速路上修筑路堤实体工程四段，长530米，消耗开挖膨胀土近8万方，节省工程费用150余万元。与此同时，课题组还在广西、云南、湖南等省区修筑了多段直接将膨胀土用作路堤填料的实体工程。经过多年的行车和环境考验，证明了该项技术的可靠性。
　　开挖边坡滑坍是膨胀土地区工程建设中难以避免且最为严重的工程病害，长期以来一直找不到一种既安全可靠又经济环保的处治方法。课题组把理论创新和技术创新相结合，突破长期以来膨胀土路堑边坡处治主要用刚性加固防护的传统模式，首次提出并在南友路上采用封闭包盖、刚柔相济的技术思路，创造性地实施了保湿防渗、土工格栅加筋柔性支护的综合处治技术。科研人员在7省区修筑的11个路堑边坡支护实体工程中埋设大量的监测仪器，经过多年的观测，验证了本项目所提出的膨胀土路堑边坡稳定技术是完全可靠的。
　　在膨胀土地区公路构造物与膨胀土相互作用及处治技术方面，课题组提出了膨胀土与构造物相互作用的土压力计算方法，获得了膨胀土地基表层与深层的膨胀变形随含水率的变化规律，对降雨条件下地基的变形规律以及涵洞、桥台和挡土墙与膨胀土相互作用的土压力分布与变化规律进行了试验验证。在广西、湖南、江苏、内蒙古等省区的膨胀土地基上共修建了10座构造物实体工程，证明了所提出的技术方法的可靠性。
　　在膨胀土地区公路修筑环境保护技术研究过程中，课题组应用层次分析法建立了膨胀土地区公路建设路域植被生态恢复和水土流失防治评价体系，提出了适合膨胀土地区生长的植物种类和族群组合及公路路域水土保持和生态恢复技术。
　　本项目的研究成果在国内8个省区22条高速公路200多公里膨胀土路段的实体工程中得到应用，产生直接经济效益6.17亿元，使长期困扰公路建设的膨胀土地质灾害问题得以解决，有力地指导了西部膨胀土地区新建公路的设计与施工，提高了工程质量及可靠度，减少了膨胀土地区筑路带来的生态环境破坏和经济损失，确保了公路交通的畅通与安全，使党中央西部大开发的战略部署得到更好的贯彻落实。
　　沐雨栉风铺坦途，大路无言铸丰碑。历时5年，“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”项目取得了令人瞩目的成就，成功地指导了膨胀土地区公路建设，在新中国公路建设史上抒写了浓墨重彩的一笔。