新建魚卡至一里坪地方鐵路鹽漬土路基處理工程分析與研究

張佳

【摘 要】新建地方鐵路魚卡至一里坪線是一條全線鹽漬土、含鹽成分復(fù)雜的鐵路，鐵路路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是保證鐵路暢通的先決條件。分析研究鹽漬土路基的工程處理措施，對(duì)維護(hù)鐵路運(yùn)營(yíng)壽命，具有重要的科學(xué)意義和迫切的現(xiàn)實(shí)需求，同時(shí)也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

【關(guān)鍵詞】鹽漬土；工程處理

【Abstract】 The new train line from Yuka to Yiliping is constructed on the salty soil with complex salt components. The strength of railway beds and stability are prerequisites to ensure the smooth operation of railway. The analysis of engineering treatment measures of railway beds in salty soil region is critical to maintenance of railway operation life. It not only has very important scientific meaning， but also possesses very high economic value.

【Key words】 salty soil；engineering treatment measures

一、引言

新建地方鐵路魚卡至一里坪線位于新疆柴達(dá)木盆地西北部，地貌總體為開闊的平原地貌。線路東起南祁連山南緣達(dá)肯大坂山前傾斜平原頂部，與敦煌至格爾木線紅柳車站相接，沿山前傾斜平原蜿蜒而下，經(jīng)馬海盆地東側(cè)、巴侖馬海湖南東緣（南八仙）進(jìn)入雅丹地貌區(qū)和多個(gè)早期湖積盆地，終點(diǎn)位于西臺(tái)吉乃爾湖東北的一里坪。

鐵路穿越區(qū)域氣候具有少雨多風(fēng)、蒸發(fā)量大、日溫差變化大、霜凍期長(zhǎng)等特色。沿線地貌多樣、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、水質(zhì)侵蝕性較強(qiáng)，特殊巖土較多，包括軟塑狀粉質(zhì)黏土、鹽漬土、鹽巖、鹽漬巖、季節(jié)性凍土等，但主要為鹽漬土。

新建地方鐵路魚卡至一里坪線是一條全線鹽漬土、含鹽成分復(fù)雜的鐵路，鐵路路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性是保證鐵路暢通的先決條件，外運(yùn)填料運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，為節(jié)約工程投資，就近采用鹽漬土填筑路基。鹽漬土物理力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，其強(qiáng)度基本滿足工程需要，但其所含可溶鹽遇淡水溶解，溫度較低時(shí)又從鹽中析出，在淡水和溫度影響下，體積會(huì)發(fā)生較大變化，同時(shí)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，使得鹽漬土性質(zhì)變得極為復(fù)雜，因此采取適當(dāng)?shù)募庸谭雷o(hù)措施保證鹽漬土路基的安全成為了本線工程建設(shè)的主要難題。

二、鹽漬土概況

1、鹽漬土定義

鹽漬土【salty soil】是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。鹽土是指土壤中可溶性鹽含量達(dá)到對(duì)作物生長(zhǎng)有顯著危害的土類。鹽分含量指標(biāo)因不同鹽分組成而異。堿土是指土壤中含有危害植物生長(zhǎng)和改變土壤性質(zhì)的多量交換性鈉。鹽漬土主要分布在內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)，濱海地區(qū)也有分布。全世界鹽漬土面積計(jì)約897.0萬(wàn)平方公里，約占世界陸地總面積的6.5%，占干旱區(qū)總面積的39%。中國(guó)鹽漬土面積約有20多萬(wàn)平方公里，約占國(guó)土總面積的2.1%。

在中國(guó)，受季風(fēng)氣候影響，鹽漬土的鹽分狀況具有季節(jié)性變化，夏季降雨集中，土壤產(chǎn)生季節(jié)性脫鹽，而春、秋干旱季節(jié)，蒸發(fā)量大于降水量，又引起土壤積鹽。各地土壤脫鹽和積鹽的程度隨氣候干燥度的不同有很大差異。

2、鹽漬土水文地質(zhì)情況

水文地質(zhì)條件也是影響土壤鹽漬化的重要因素。地下水埋深越淺和礦化度越高，土壤積鹽越強(qiáng)。在一年中蒸發(fā)最強(qiáng)烈的季節(jié)，不致引起土壤表層積鹽的最淺地下水埋藏深度，稱為地下水臨界深度。臨界深度不是常數(shù)，一般地說(shuō)，氣候越干旱，蒸降比越大，地下水礦化度越高，臨界深度越大，此外，土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)以及人為措施對(duì)臨界深度也有影響。土壤開始發(fā)生鹽漬時(shí)地下水的含鹽量稱為臨界礦化度，其大小取決于地下水中鹽類的成分。以氯化物——硫酸鹽為主的水質(zhì)，臨界礦化度為2—3g/1；以蘇打?yàn)橹鞯乃|(zhì)，臨界礦化度為0.7—1.0g/1。

3、鹽漬土母質(zhì)

鹽漬土的成土母質(zhì)一般是近代或古代的沉積物。在不含鹽母質(zhì)上，須具備一定的氣候、地形和水文地質(zhì)條件才能發(fā)育鹽土；對(duì)于含鹽母質(zhì)（如含鹽沉積巖的風(fēng)化物和濱海地區(qū)含鹽的沉積物），鹽漬土的發(fā)育則不一定要同時(shí)具備上述三個(gè)條件。母質(zhì)或母土的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)也直接影響土壤鹽 漬化程度。粘質(zhì)土的毛管孔隙過(guò)于細(xì)小，毛管水上升高度受到抑制，砂質(zhì)土的毛管孔隙直徑較大，地下水借毛管引力上升的速度快但高度較小，這兩種質(zhì)地均不易積鹽。粉砂質(zhì)土毛管孔徑適中，地下水上升速度既快、上升高度又高，易于積鹽，但當(dāng)有夾粘層存在時(shí)，情況有所不同。好的土壤結(jié)構(gòu)（如團(tuán)粒至棱塊狀結(jié)構(gòu)）不僅有大量毛管孔隙，還有許多非毛管孔隙和大裂隙，既易滲水，又有阻礙毛管水上升的作用，土壤鹽化較輕。

4、鹽漬土成土過(guò)程

鹽漬土中的鹽分積累是地殼表層發(fā)生的地球化學(xué)過(guò)程的結(jié)果，其鹽分來(lái)源于礦物風(fēng)化、降雨、鹽巖、灌溉水、地下水以及人為活動(dòng)，鹽類成分主要有鈉、鈣、鎂的碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物。土壤鹽漬化過(guò)程可分為鹽化和堿化兩種過(guò)程。

5、鹽漬土鹽化過(guò)程

鹽化過(guò)程是指地表水、地下水以及母質(zhì)中含有的鹽分，在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，通過(guò)土體毛管水的垂直和水平移動(dòng)逐漸向地表積聚的過(guò)程。中國(guó)鹽漬土的積鹽過(guò)程可細(xì)分為：

1）地下水影響下的鹽分積累作用；

2）海水浸漬影響下的鹽分積累作用；

3）地下水和地表水漬澇共同影響下的鹽分積累作用；

4）含鹽地表徑流影響下的鹽分積累作用（洪積積鹽）；

5）殘余積鹽作用；

6）堿化-鹽化作用。

6、鹽漬土堿化過(guò)程

堿化過(guò)程是指交換性鈉不斷進(jìn)入土壤吸收性復(fù)合體的過(guò)程，又稱為鈉質(zhì)化過(guò)程。堿土的形成必須具備兩個(gè)條件：一是有顯著數(shù)量的鈉離子進(jìn)入土壤膠體；二是土壤膠體上交換性鈉的水解。陽(yáng)離子交換作用在堿化過(guò)程中起重要作用，特別是Na—Ca離子交換是堿化過(guò)程的核心。堿化過(guò)程通常通過(guò)蘇打（Na2CO3）積鹽、積鹽與脫鹽頻繁交替以及鹽土脫鹽等途徑進(jìn)行。

三、鹽漬土研究現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)鹽漬土研究工作最早開展于農(nóng)業(yè)土壤學(xué)和建筑行業(yè)。

前蘇聯(lián)從二十世紀(jì)四十年起就開始對(duì)鹽漬土進(jìn)行研究，B.A.考夫達(dá)首先對(duì)鹽漬土的成因及分布規(guī)律進(jìn)行了研究，并發(fā)表了很有價(jià)值的論文。隨著鹽漬土地區(qū)的開發(fā)與建設(shè)，許多專家學(xué)者，如B.B.巴甘諾夫、H.A.崔托維奇、B.Ⅱ.別特魯辛等對(duì)鹽漬土的基本物理和力學(xué)性質(zhì)，以及鹽漬土作為建筑地基的工程特性，都有較系統(tǒng)的闡述，并提出了有關(guān)的設(shè)計(jì)和施工措施。此外，加拿大的J.F.尼克松研究過(guò)細(xì)粒土處于低溫凍結(jié)狀態(tài)下材料的緩慢變形規(guī)律；Greer和AliaA分別對(duì)土壤中的鹽分運(yùn)移規(guī)律和膠結(jié)砂土的特性進(jìn)行研究；H.D勃萊賽與O.J斯切勒對(duì)在空隙中鹽分不同的濃度、不同的含水率等不同條件下硫酸鹽漬土的膨脹性做過(guò)研究。V卡爾波夫以及D.賽果和T.舒茨等人對(duì)天然鹽漬土在凍結(jié)狀態(tài)下材料強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性方面的變化規(guī)律做過(guò)較多的研究。

國(guó)內(nèi)對(duì)鹽漬土最早進(jìn)行研究的是農(nóng)業(yè)部門，主要研究目的是進(jìn)行鹽漬土的性質(zhì)改良，使其更好地為農(nóng)業(yè)服務(wù)。土壤學(xué)著名奠基人熊毅早在1935年就對(duì)鹽漬土進(jìn)行了開拓性的研究。在國(guó)內(nèi)首次對(duì)鹽漬土進(jìn)行了命名和分類，并在1956年撰寫了《中國(guó)鹽漬土分區(qū)》一文。

隨著20世紀(jì)五、六十年代西部地區(qū)鐵路工程大規(guī)模建設(shè)，鐵道建設(shè)相關(guān)部門開展大量的鹽漬土調(diào)查和研究工作。50年代初，盧肇鈞等人針對(duì)鹽漬土地區(qū)鐵路路基因膨脹出現(xiàn)變形問(wèn)題，開展了鹽漬土鹽脹特性實(shí)驗(yàn)研究，并提出了鐵路路基鹽脹病害治理的基本原則與措施，研究成果對(duì)我國(guó)鹽漬土路基病害的治理具有開創(chuàng)性意義。盧肇鈞在《蘭新線張掖地區(qū)鹽漬土路基的初步研究報(bào)告》（1954）和《鹽漬土工程性質(zhì)的研究》（1955）中，最早闡明了硫酸鹽類鹽漬土的松脹特性及其對(duì)路基穩(wěn)定性的影響。同一時(shí)期的研究成果還有中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司陳鴻壽、李奇、張承緒的《西北鐵路鹽漬土路基修筑的調(diào)查報(bào)告》（1963）。1980年中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司編寫的《鹽漬土地區(qū)鐵路工程》，是一本全面指導(dǎo)鹽漬土地區(qū)鐵路設(shè)計(jì)和施工的專著。繼此之后，工業(yè)與民用建筑部門在這方面也做了大量工作。徐攸在、周亮臣先后分別出版了《鹽漬土地基》專著，針對(duì)鹽漬土地區(qū)的工程勘察、鹽漬土地基處理、鹽漬土施工維護(hù)等方面做了較全面的專題論述，進(jìn)一步保證了建設(shè)工程的安全、經(jīng)濟(jì)和合理。

四、鹽漬土路基處理工程

我國(guó)鐵路建設(shè)中對(duì)于鹽漬土的處理經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，處理措施也在不斷地完善。鹽漬土路基主要病害有溶蝕、鹽脹、凍脹、翻漿和腐蝕等。溶蝕，主要發(fā)生在最易溶解的氯鹽漬土。受水侵鹽分溶解，形成雨洞、洞穴等路基病害。鹽脹，冬季導(dǎo)致路基面膨脹、變形、軌面抬高，氣溫升高路基下沉。凍脹，與氯鹽含量有關(guān)。硫酸鹽漬土對(duì)凍脹具有和氯鹽漬土類似作用，吸濕不如氯鹽漬土，因此影響不如氯鹽漬土顯著。碳酸鹽透水性差，凍脹現(xiàn)象較氯鹽漬土輕。翻漿，氯鹽漬土不僅聚冰多，而且液、塑限低，蒸發(fā)緩慢，可能引起嚴(yán)重的翻漿現(xiàn)象。硫酸鹽漬土和氯鹽漬土類似，只是不如氯鹽漬土嚴(yán)重。但在春融時(shí)，結(jié)晶硫酸鈉脫水可產(chǎn)生較嚴(yán)重的翻漿現(xiàn)象。碳酸鹽漬土遇水崩解速度甚快，強(qiáng)度顯著降低，常有翻漿現(xiàn)象發(fā)生。腐蝕性。鹽漬土分布地區(qū)，一般水質(zhì)礦化度較高，氣候干燥，年溫差，日溫差大，冰凍時(shí)間長(zhǎng)，因此其對(duì)建筑材料具有強(qiáng)烈的腐蝕性。

新建地方鐵路魚卡至一里坪線，在分析研究沿線鹽漬土的分布特征，工程性質(zhì)、病害形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，既要保證鹽漬土路基穩(wěn)定，又要節(jié)約工程投資。選擇鹽漬土作填料后，需要確定合理的處理措施、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、施工方案、施工工藝等一系列工程處理措施體系。

（1）鹽漬土鹽溶特性及力學(xué)特性

鹽漬土中的易溶鹽遇到低礦化度水后發(fā)生鹽溶，致使鹽漬土路基產(chǎn)生病害，路基土體的力學(xué)指標(biāo)下降，影響路基邊坡穩(wěn)定。本線做了諸多試驗(yàn)，掌握鹽溶影響范圍及力學(xué)特性變化規(guī)律，為鹽漬土地基處理工程奠定了基礎(chǔ)。

（2）鹽漬土路基填筑

鹽漬土路基試驗(yàn)段進(jìn)行填筑實(shí)驗(yàn)，確定合理的松鋪厚度、控制含水量及填筑工藝，對(duì)每層的壓實(shí)效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究各項(xiàng)參數(shù)，盡力滿足基床底層及路基本體的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，保證路基穩(wěn)定。

（3）鹽漬土路基防水措施

針對(duì)鹽漬土毛細(xì)水特點(diǎn)，研究基床表層與底層的隔斷層的效果，確定合理的隔斷層厚度，防止鹽漬土發(fā)生鹽脹、凍脹等病害。

（4）鹽漬土路基土工合成材料的耐久性

根據(jù)鹽漬土的腐蝕特點(diǎn)，考慮工程環(huán)境對(duì)路基材料的耐腐蝕性性要求，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的路基材料。

下面就新建地方鐵路魚卡至一里坪線鹽漬土路段路基處理的方法介紹如下：

路堤高度大于最小填土高度（h>3.5m）地段，鏟除地表含鹽土層、鹽皮或鹽霜，碾壓回填普通土。

路堤高度小于最小填土高度（h≤3.5m）地段，鏟除地表含鹽土層、鹽皮或鹽霜，路堤底部采取隔斷毛細(xì)水的措施，毛細(xì)水隔斷層厚度為0.5m（0.2m碎石土或卵石土+（0.1m厚中粗砂夾一層復(fù)合土工膜）+0.2m碎石土或卵石土）。

路塹地段基床表層采用0.45m厚A、B組填料填筑，其下設(shè)置0.15m厚滲水土+一層復(fù)合土工膜+0.1m厚中粗砂隔斷層，當(dāng)基底為土質(zhì)時(shí)，采用沖擊碾壓進(jìn)行處理。

路堤地段基床底層就近采用鹽漬土填筑或路基本體填料含鹽量超限時(shí)，采取工程措施處理：路堤每側(cè)需加寬0.4m厚再采用拱型骨架內(nèi)鋪設(shè)六角空心磚（空心部位填塞粗礫土）防護(hù)作為包邊措施，基床底層頂面和基床底層底面或低矮路堤基底均設(shè)置隔斷層（0.1m厚中粗砂夾一層復(fù)合土工膜）進(jìn)行封閉處理。

路堤坡腳外兩側(cè)一般加設(shè)寬2.0m，高1.0m的護(hù)道；當(dāng)路堤外為迎水坡側(cè)且有明顯地表水（如漫流區(qū)等）時(shí)，路堤坡腳外設(shè)置排水溝。

五、結(jié)論

綜上所述，為了保證鹽漬土環(huán)境鐵路路基使用壽命，防止或減少鹽漬土路基病害的發(fā)生，必須對(duì)鹽漬土的工程性質(zhì)深入研究，了解掌握，進(jìn)一步分析研究鹽漬土路基的填筑技術(shù)和各種鹽漬土病害的工程處理措施，加強(qiáng)防排水措施力度，使鹽漬土路基工程處理技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的臺(tái)階，具有重要的科學(xué)意義和迫切的現(xiàn)實(shí)需求，同時(shí)也具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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