哈羅鐵路巖鹽路基病害分析及處理

劉衛(wèi)紅，劉賀業(yè)

(1.烏魯木齊鐵建工程咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830026;2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

巖鹽是一種特殊的巖石性材料，是含鹽量較高的沉積物經(jīng)物理化學(xué)作用形成的沉積巖，是鹽漬土的極端形式。當(dāng)土的含水量一定時，隨含鹽量的增加，鹽分的膠結(jié)能力逐漸加強，從而使黏聚力增大，鹽晶體充填于土體孔隙中，并起骨架作用，從而使內(nèi)摩擦角增大。因此含鹽量高的土體要比含鹽量低的強度高。當(dāng)強度達到巖石標準時，就稱為巖鹽。巖鹽中同樣含有氯化鹽、硫酸鹽等有機鹽分，因此巖鹽和鹽漬土有相似的工程特性。

哈羅鐵路DK298+130—DK383+934段有89 km處于羅布泊鹽湖平原區(qū)，該區(qū)段海拔650～700 m。地表無植被，呈現(xiàn)“鹽漠”景觀，自然條件惡劣。該區(qū)域的大部分巖鹽地段中硫酸鈉含量＞2%，不適于用作路基填料。由于本線巖鹽路基的長度近90 km，需要大量滲水土填料，北側(cè)庫魯塔格剝蝕低山丘陵區(qū)及線路周邊滲水土填料缺乏，遠運和采用常規(guī)方法處理巖鹽路基投資巨大，在考慮本區(qū)氣候干燥、雨水與地表水缺乏和鐵路設(shè)計標準較低等因素后，決定采用巖鹽填筑路堤，以節(jié)省工程投資。本文探討哈羅鐵路采用巖鹽作路基填料的適用性。

1 概述

羅布泊地區(qū)氣候干熱，屬典型的大陸干旱性氣候。晝夜溫差大，最大月平均日較差達38.2℃。蒸發(fā)量大，降雨量少，日最大降雨量為20.6 mm，年最大降雨量為38.5 mm，體現(xiàn)出羅布泊地區(qū)降雨比較集中的特點。

羅布泊巖鹽中含有大量的易溶鹽和難溶鹽，巖鹽分析結(jié)果見表1。地下水含有大量氯化鹽、硫酸鹽，同時富含礦物質(zhì)，水質(zhì)分析結(jié)果見表2。

表1 巖鹽分析結(jié)果

表2 地下水水質(zhì)分析結(jié)果 g/L

2 巖鹽路基的常見病害

溶蝕性:由于巖鹽中含有的鉀鹽、鈉鹽等氯化鹽都是可溶性鹽，溶解度大、溶解速度快。在干燥的情況下巖鹽的壓縮性小，當(dāng)與大氣降水和地下水接觸后，可溶性鹽溶于水后，在荷載和自重的作用下會產(chǎn)生不同程度的溶蝕[1]。

鹽脹性:鹽層中含大量芒硝，芒硝的主要成分是十水硫酸鈉(Na2SO4·10H2O)，當(dāng)溫度高于32.4℃時，十水硫酸鈉會脫水成無水硫酸鈉(Na2SO4)。當(dāng)溫度下降到32.4℃以下時，無水硫酸鈉又會結(jié)合10個水分子而成為十水硫酸鈉，此時它的體積是先前的3倍左右[2]。除溫度外，鹽類之間的相互作用也會影響硫酸鈉的溶解度。在氯化鈉飽和的條件下，十水硫酸鈉和無水硫酸鈉之間的相互轉(zhuǎn)化更為頻繁[3]。

3 哈羅鐵路巖鹽路基的病害分析

羅布泊地區(qū)的巖鹽含有氯鹽和硫酸鹽，可能發(fā)生溶蝕和鹽脹。在羅布泊地區(qū)降雨比較稀少，年最大降雨量僅為38.5 mm，大氣降水對路基的影響小。雖然部分地段的地下水位較淺，但是地下水主要為飽和鹽水，對巖鹽路基侵蝕可以忽略不計。從氣候資料可以看出，羅布泊地區(qū)的晝夜溫差極大，在每年的6月份，白天最高氣溫為42.5℃，夜間最低氣溫為4.3℃，晝夜溫差達38.2℃。當(dāng)溫度下降到32.4℃以下時，會出現(xiàn)鹽脹。綜合各種因素分析，哈羅鐵路巖鹽路基可發(fā)生的主要病害為鹽脹，但對路基的溶蝕性要保持足夠的重視。

4 哈羅鐵路巖鹽路基的設(shè)計思路及路基施工

4.1 設(shè)計思路

依據(jù)哈羅鐵路病害的發(fā)生機理，設(shè)計哈羅鐵路巖鹽路基的結(jié)構(gòu)。路基基床表層0.6 m采用A、B組普通土填料填筑，路基基床表層與底層之間鋪設(shè)復(fù)合土工膜隔斷層，復(fù)合土工膜上、下各設(shè)置0.10 m厚的中粗砂保護層，其下利用當(dāng)?shù)貛r鹽填筑。路基兩側(cè)加寬50 cm。0.6 m的A、B組填料可作為首道隔水層，減小大氣降水對路基本體產(chǎn)生的影響，防止鹽溶病害的發(fā)生，并且A、B組填料可以起到保溫層的作用，增大路基本體的上覆荷載，抑制巖鹽路基鹽脹的發(fā)生。在已有的0.6 m厚A、B組填料的基礎(chǔ)上再增加土工膜隔斷層可增強隔水性。同時，在巖鹽和普通土之間設(shè)置隔層，可消減巖鹽中的鹽分遷移到A、B組填料，產(chǎn)生次生病害。加寬巖鹽路基，以減小大氣降水對路基本體的影響。

4.2 路基施工

建立路基試驗段。路基本體和路基基床底層采用巖鹽作為路基填料，路基表層采用A、B組填料。路基表層和路基底層之間鋪設(shè)復(fù)合土工膜隔斷層，復(fù)合土工膜沿線路橫向鋪設(shè)、縱向搭接。橫向鋪設(shè)時由路基中線沿路拱向兩側(cè)平鋪，其搭接寬度不應(yīng)小于0.3 m，并在復(fù)合土工膜上、下各設(shè)置0.10 m厚的中粗砂保護層。復(fù)合土工膜采用質(zhì)量750 g/m3，滲透系數(shù)≤10－11cm/s，斷裂強度 ＞18 kN/m，頂破強度 ＞3.6 kN，撕破強力 ＞0.48 kN，厚度 ＞0.30 mm，耐腐蝕、抗凍及抗高溫性能較好的材料[4-5]。

5 路基變形觀測

在試驗段A、B組填料填筑完成后，在路基表面選擇6個斷面，在每個斷面左右兩側(cè)埋設(shè)沉降板。在2011年11月到2012年12月對路基進行了變形觀測。結(jié)果見表3。

表3 各測點變形量

從表3中可以看出，在填筑A、B組填料后，路基的變形以沉降為主，變形基本在4 mm之內(nèi)，該巖鹽路基可抑制鹽脹病害的發(fā)生。

6 結(jié)論

1)巖鹽路基的主要病害為溶蝕和鹽脹。根據(jù)羅布泊地區(qū)巖鹽成分和氣候特點，羅布泊巖鹽的主要病害是鹽脹。

2)依據(jù)哈羅鐵路巖鹽路基病害的發(fā)生機理，設(shè)計了哈羅鐵路路基的結(jié)構(gòu)。路基本體和路基基床底層采用巖鹽作為路基填料，路基表層采用A、B組填料，路基表層和路基底層之間鋪設(shè)復(fù)合土工膜隔斷層。

3)在現(xiàn)場建立路基試驗段，埋設(shè)沉降板對路基表層的變形進行觀測。從觀測結(jié)果看，路基的變形量較小，基本上在4 mm之內(nèi)，表明所采用的路基結(jié)構(gòu)形式滿足規(guī)范要求，切實可行。

[1]肖軍華，劉建坤，侯永峰，等，巖鹽用作路基填料的力學(xué)性質(zhì)試驗[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2007，15(1):119-123.

[2]費雪良，李斌.硫酸鹽漬土壓實特性及鹽脹機理研究[J].中國公路學(xué)報，1995，8(1):44-49.

[3]鄧友生，周成林.硫酸鈉溶液的鹽脹與凍脹[J].冰川凍土，2009，31(5):920-924.

[4]鐵道部第一勘察設(shè)計院.TB 10038—2001 鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社，2002.

[5]鐵道部第一勘察設(shè)計院.TB 10001—2005 鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.