新疆鹽漬土公路路基病害及處理措施

張宏煒

(新疆公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院)

1 新疆鹽漬土對(duì)路基工程的危害

鹽漬土的組成與常規(guī)土不同，由氣、水鹽溶液、難溶結(jié)晶鹽、易溶結(jié)晶鹽和土顆粒組成。在溫度變化和有足夠的水浸入鹽漬土?xí)r，土中的易溶結(jié)晶鹽將會(huì)被溶解變成液體，同時(shí)氣體孔隙也被充填。此時(shí)，鹽漬土由固、液、氣的三相體轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、液二相體，在其轉(zhuǎn)變過(guò)程中，通常伴隨土的結(jié)構(gòu)破壞和土體變形。相反，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，鹽漬土的兩相體也會(huì)轉(zhuǎn)化為三相體，此時(shí)土體也會(huì)發(fā)生體積變化。因此，鹽漬土的相態(tài)變化對(duì)工程帶來(lái)嚴(yán)重危害。

1.1 溶陷

溶陷主要是由于道路鹽漬土路基或結(jié)構(gòu)層在淡水作用下，鹽分溶解并被水分帶走，導(dǎo)致路基土體強(qiáng)度逐漸喪失。在車輛荷載或自重作用下，鹽漬土路基或結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)沉陷、孔洞等破壞，并逐漸反映至面層。這類病害以氯鹽漬土地區(qū)較為多見(jiàn)。

1.2 翻漿

翻漿主要是由于鹽漬土中所含易溶鹽晶體聚冰、脫水及吸濕潮化，使得路基土體飽水及承載能力下降，在車輛荷載反復(fù)作用下形成翻漿，使道路表面泥濘、濕滑，影響車輛正常通行。翻漿是由于土質(zhì)、溫度和水3個(gè)自然因素和荷載的共同作用形成的，這類病害以氯鹽漬土地區(qū)較為多見(jiàn)。

1.3 鹽脹

鹽脹主要是由于鹽漬土中的鹽分因結(jié)晶膨脹而造成的路面局部不平、鼓起開(kāi)裂，以及在晝夜溫度變化所引起的鹽脹反復(fù)作用下造成路基邊坡及路肩表層的疏松、多孔，致使道路易遭風(fēng)蝕，易于陷車。鹽脹主要發(fā)生在硫酸鹽漬土地區(qū)。

1.4 腐蝕

腐蝕主要由于鹽漬土中所含易溶鹽與道路工程中所使用的金屬材料、非金屬制成品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使這些材料或制成品的工程性能發(fā)生劣化，最終導(dǎo)致道路的破壞。這類病害在道路工程中的表現(xiàn)為鋼筋銹蝕、混凝土或粘土制成品粉化開(kāi)裂以及高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)層損壞。

2 新疆鹽漬土公路路基病害的處理措施

從鹽漬土的工程特征來(lái)看，其主要影響來(lái)自于水的作用。因此采取有效、合理的防水系統(tǒng)，不使路基土體受水浸蝕，是主動(dòng)防治法。而在地基與基礎(chǔ)中采取處理措施，則為被動(dòng)防治法。若處理得當(dāng)，既可彌補(bǔ)前者的缺陷，又可降低造價(jià)，保障結(jié)構(gòu)安全。本文介紹鹽漬土路基的幾種處理方法。

2.1 提高路基高度法

提高路基填筑高度，可以減少進(jìn)入路基上部的水分和鹽分，使上部路床受鹽漬影響較小，有效防止鹽脹。如使路堤不受凍害和次生鹽漬化的影響，應(yīng)使路堤高度大于最小填土高度，最小填土高度應(yīng)以地下水最高位，毛細(xì)水上升高度，臨界凍結(jié)深度決定。提高路基高度只能應(yīng)用于弱中且為非硫酸鹽漬土地段。施工中首先應(yīng)將表層的植被、鹽殼、腐殖土等清除，然后才可按規(guī)范要求分層填筑。施工中必須嚴(yán)格控制填料，確保填料為非鹽漬土且具有較好的透水性。

2.2 換填法

換填法一般應(yīng)用在路基含鹽量超過(guò)規(guī)定的要求、路床過(guò)濕壓實(shí)度達(dá)不到壓實(shí)要求或路基標(biāo)高受限制的低填淺挖地段采用，換填厚度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探資料以及填料的試驗(yàn)結(jié)果確定，最小不應(yīng)小于1.0m。一般地，換填土宜選用礫石土或風(fēng)積砂，必須確保所換填的土質(zhì)為非鹽漬土且有足夠的強(qiáng)度。從路基換填及鏟除的鹽漬土不得堆于路基兩側(cè)坡腳，應(yīng)集中拉運(yùn)到距離線路不得小于30m以外，以免發(fā)生次生鹽漬化。

2.3 浸水預(yù)溶法

浸水預(yù)溶法即對(duì)路基預(yù)先浸水，在滲透過(guò)程中土中易溶鹽溶解，并滲流到較深的土層中，易溶鹽的溶解破壞了土顆粒之間的原有結(jié)構(gòu)，在土體自重應(yīng)力下產(chǎn)生壓密。浸水預(yù)溶可使路基土鹽膠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并在一定程度上降低路基土的含鹽量，可提前消除鹽漬土溶陷等病害。

浸水完成后進(jìn)行晾曬，晾曬的目的主要是調(diào)整路基土的含水率，達(dá)到滿足下一步施工條件。在現(xiàn)場(chǎng)浸水及晾曬完成后，進(jìn)行表面高程觀測(cè)、浸水后土的常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)等測(cè)試，對(duì)預(yù)溶的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，并重新評(píng)價(jià)預(yù)溶后的路基土。浸水預(yù)溶法一般適用于厚度較大，滲透性較好的砂、礫石土、粉土和粘性鹽漬土。

2.4 強(qiáng)夯法

路基土在浸水后，強(qiáng)度會(huì)大幅降低，為了提高路基土強(qiáng)度，消除或降低路基土的溶陷性，對(duì)浸水后的路基土體采用強(qiáng)夯法加固處理。該方法工藝簡(jiǎn)單、效果好、施工速度快、費(fèi)用低、適合土層范圍廣。強(qiáng)夯法一般和浸水預(yù)溶法配合使用，浸水后進(jìn)行強(qiáng)夯效果最佳。

強(qiáng)夯處理的主要目的是:(1)提高路基土的干密度，減少孔隙比，以達(dá)到消除和減少溶陷沉降量;(2)滿足規(guī)范的壓實(shí)度要求;(3)提高路基土的均勻性及整體性，消除或減少差異沉降量及剩余沉降量。

2.5 降低地下水位法

加強(qiáng)地表排水和降低地下水位，可以防止雨水浸泡路基，以減少進(jìn)入路基上部的水分和鹽分，避免地下水上升引起路基土次生鹽漬化和凍害。同時(shí)，可以結(jié)合取土，在路基上游擴(kuò)大取土坑平面面積，使之起到蒸發(fā)池的作用，蒸發(fā)路基附近的地表水。亦可在路基上游做長(zhǎng)大排水溝，以攔截地表水，降低地下水位。

2.6 設(shè)置隔斷層法

隔斷層法就是在路基某一層位設(shè)置一定厚度的隔斷層，其根本目的是隔斷毛細(xì)水的上升，防止水分和鹽分進(jìn)入路基上部，從而避免路基或路面遭受破壞。隔斷層類型按采用材料有土工布隔斷層、風(fēng)積砂或河砂隔斷層，礫石隔斷層和瀝青砂，油毛氈等隔斷層。土工膜、瀝青砂、油毛氈屬不透水性隔斷層，可隔斷下層毛細(xì)水和氣態(tài)水上升，礫石和風(fēng)積砂屬透水性隔斷層，只可隔斷毛細(xì)水的上升。

當(dāng)采用提高路基高度或降低地下水等措施有困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，用滲水土填筑路堤適當(dāng)部位，構(gòu)成毛細(xì)水隔斷層。其位置以設(shè)在路堤底部較好，其厚度視所選用的滲水土的顆粒大小而定，即相當(dāng)于毛細(xì)水在該滲水土中的上升高度加安全高度。還可設(shè)置土工布作為隔斷層以隔斷地下毛細(xì)水的侵蝕。設(shè)置隔斷層是處治路基鹽脹最有效、最簡(jiǎn)便的措施，應(yīng)優(yōu)先考慮采用。一般應(yīng)用于中強(qiáng)鹽漬土地段，特別是硫酸鹽漬土地段，受地面水或地下水毛細(xì)水影響的路基。

3 鹽漬土地區(qū)路基施工注意事項(xiàng)

(1)合理安排施工季節(jié)。在鹽漬土地區(qū)筑路，應(yīng)盡可能地考慮當(dāng)?shù)佧}漬土的水鹽狀態(tài)特點(diǎn)，力求在土的含水量接近于最近含水量的時(shí)期及不發(fā)生凍結(jié)，也不積水的枯水季節(jié)進(jìn)行施工。對(duì)于不凍結(jié)的土，可以考慮冬季施工。

(2)施工時(shí)應(yīng)測(cè)試土壤含鹽量和含水量。如設(shè)計(jì)無(wú)特殊措施，不得使用含鹽量超過(guò)規(guī)定允許值的填料。取土坑表層含鹽量超過(guò)允許值時(shí)，應(yīng)予鏟除堆于坑的外側(cè)。填料含水量不應(yīng)大于最佳含水量1％，雨天不得取土填筑。

(3)鹽漬土地區(qū)應(yīng)分層取樣，取樣深度為地表層下0.05m、0.25m 各取一組，以下每隔 0.25m 各取一組，至1m深為止。如1m以下含鹽量仍然很大，可適當(dāng)加深。因表層鹽分在干旱季節(jié)聚積最多，故取樣也應(yīng)在干旱季節(jié)。

(4)各取土坑、場(chǎng)，應(yīng)加強(qiáng)含鹽量均勻性的測(cè)試。填筑基床表層每取500m3，基床表面以下每取土1 000m3，應(yīng)至少作一組試件，每組取3個(gè)土樣，取土不足上列數(shù)量時(shí)，亦應(yīng)作一組試件。

(5)用各類鹽漬土填筑的路堤，基床以下填土的壓實(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.9。當(dāng)填料的氯鹽含量大于5％時(shí)，填層壓實(shí)應(yīng)另按設(shè)計(jì)要求加大壓實(shí)度。

(6)鹽漬土路基施工要分段一次做成，自清除基底過(guò)鹽漬土開(kāi)始，要連續(xù)施工，一次做到設(shè)計(jì)的路基標(biāo)高。在采用毛細(xì)水隔斷層的地段，至少要一次做到隔斷層的頂部，以避免路基的再鹽漬化和形成新的鹽殼。

4 結(jié)論

路基提高高度法施工簡(jiǎn)便，當(dāng)附近滿足要求的填料較豐富時(shí)，可應(yīng)用于弱中非硫酸鹽漬土段，但有時(shí)為了滿足防止發(fā)生次生鹽漬化的最小填筑高度時(shí)，會(huì)使路基臨空面增大，造成行車安全受到影響;換填法可改善路基土的特性，但是挖(棄)方量、借方量大處理困難，處理不當(dāng)易發(fā)生次生鹽漬化，填料需嚴(yán)格控制，因多數(shù)情況下需遠(yuǎn)運(yùn)，成本較高;強(qiáng)夯法工藝簡(jiǎn)單、效果好，施工速度快，費(fèi)用低，適合土層范圍廣，易于保護(hù)環(huán)境，但強(qiáng)夯法一般配合浸水預(yù)溶法使用，在過(guò)干旱缺水地區(qū)使用有限制;隔斷層法可隔斷毛細(xì)水上升，保證路床上部的穩(wěn)定，施工中應(yīng)嚴(yán)格選用隔斷層材料，該法較經(jīng)濟(jì)，已普遍應(yīng)用。

鹽漬土的化學(xué)成分復(fù)雜，其中氯鹽具有強(qiáng)烈的吸濕性和保濕性，用氯鹽漬土填筑的路基容易吸水軟化;硫酸鹽漬土具有松脹性，每年春季容易引起路基隆起和下沉，造成翻漿冒泥;堿性鹽漬土具有膨脹性，對(duì)路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定不利。針對(duì)鹽漬土的這些特性，修筑路基時(shí)應(yīng)分別采取合理的技術(shù)措施，主要是確定路基的最小高度，嚴(yán)格控制夯實(shí)度和在路基基底或中部設(shè)置毛細(xì)水隔斷層等，以防止路基下面的鹽分向路基土體上部轉(zhuǎn)移，避免路基表層再度鹽漬化。

新疆鹽漬土分布廣泛，鹽漬土對(duì)公路路基的危害性極大，因此，有效的公路路基處治方法，應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)對(duì)路基的要求、鹽漬土地區(qū)的工程特性、鹽漬土的含鹽類別及含鹽量與對(duì)公路工程的影響程度，結(jié)合施工環(huán)境條件、施工工期及當(dāng)?shù)刂凡牧蟻?lái)源，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合確定。

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