鹽漬土路基工程特性及施工技術(shù)分析

楊亞雄

（中交二公局第四工程有限公司 河南省洛陽市 471013）

鹽漬土路基工程特性及施工技術(shù)分析

楊亞雄

（中交二公局第四工程有限公司 河南省洛陽市 471013）

我國(guó)存在大面積的鹽漬土地區(qū)，特別是新疆地區(qū)，鹽漬土的分布范圍很廣。由于鹽漬土擁有鹽脹性、溶陷性、腐蝕性等性質(zhì)，鹽漬土的存在使得公路建設(shè)的難度增加。本文首先對(duì)新疆地區(qū)鹽漬土路面進(jìn)行了簡(jiǎn)單分類，并對(duì)于不同的鹽漬土的形成過程與對(duì)應(yīng)的特性進(jìn)行了分析，最后介紹了應(yīng)對(duì)鹽漬土路面的常見方法。

鹽漬土路；路基；工程特性；施工技術(shù)

1 引言

鹽漬土是由于在土中受到鹽堿成分的作用，使得在土壤中含有沿途和堿土和其他煙花的物質(zhì)形成的土壤的統(tǒng)稱。鹽漬土分布范圍在100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，占陸地面積的1/4，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)土壤中可溶性鹽含量在0.3%以上時(shí)，將其列為鹽漬土行列。由于鹽漬土的復(fù)雜性，公路地質(zhì)的災(zāi)害也層出不窮，鹽漬土地基上的公路經(jīng)常出現(xiàn)鹽脹、裂縫、松散等病害，再加上鹽漬土腐蝕性較強(qiáng)，耐磨性較弱，使得公路的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用相當(dāng)巨大。

新疆的鹽漬化極為嚴(yán)重，新疆鹽漬土面積超過15萬km2，占全區(qū)總面積的9.5%，由于新疆面積大，氣候易變，不同區(qū)域鹽漬土的類型也不盡相同。例如在哈密地區(qū)，由于降水量少，地質(zhì)為粗粒土，以結(jié)晶體的形式存在，常規(guī)的鹽漬土處理方式對(duì)其作用不大。下面將詳細(xì)分析新疆鹽漬土的路基特性，并基于這些分析給出施工過程中的技術(shù)性建議。

2 鹽漬土路基工程特性

鹽漬土的基本工程特性有以下三種：

（1）鹽脹性，主要是由于鹽晶體在有充足水的情況下會(huì)形成結(jié)晶水，使得體積變大，例如硫酸鈉，從無水硫酸鈉到生成帶有10個(gè)結(jié)晶水的晶體過程中，體積可增加3.14倍之多。由于鹽漬土路面上鹽的含量較多，因此路基的體積膨脹高度肉眼可以看見，對(duì)路基的破壞性強(qiáng)，嚴(yán)重影響行車安全。

（2）溶陷性，鹽漬土中含有的鹽與土壤之間形成膠體，導(dǎo)致在干燥時(shí)的強(qiáng)度高，壓縮性較小，而一旦遇水，則鹽溶于水使得路基在車輛載荷或自重下出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

（3）腐蝕性，鹽漬土對(duì)地下設(shè)施的腐蝕性較大，一般分為物理腐蝕與化學(xué)腐蝕兩種，物理腐蝕一般在濕度變化較大的情況，此時(shí)由于鹽的結(jié)晶導(dǎo)致較大的應(yīng)力，使得路面脫落現(xiàn)象。化學(xué)腐蝕是由于酸根離子和二氧化碳、水和其他堿、鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致膨脹、腐蝕的現(xiàn)象。如果硫酸鹽的含量超過1%則對(duì)混凝土路面有較強(qiáng)的腐蝕。

新疆的鹽漬土面積大，根據(jù)行程的氣候條件可以分為河流沉積類與山前沖擊類兩種。河流、湖泊在其周邊形成濕地，在氣候干旱時(shí)蒸發(fā)量較大，使得河流周圍的周圍發(fā)生鹽漬化，比如羅布泊、塔里木河等地，鹽漬化較高，鹽脹和鹽漬化的軟土較多，因此路基的工程性能較差，經(jīng)常對(duì)公路造成鹽脹、腐蝕等病害。

此類地區(qū)的路基，在土中的含鹽量少時(shí)，土粒與鹽溶液之間作用，離子交換導(dǎo)致土粒的擴(kuò)散層后，使得土顆粒變大，達(dá)到飽和狀態(tài)后結(jié)晶。土粒的結(jié)晶會(huì)使得土顆粒排列發(fā)生變化，使得顆粒的粘結(jié)力也發(fā)生一定的改變。由于在這個(gè)過程中有固體溶解為液體和液體析出為固體的過程，會(huì)出現(xiàn)相變，伴隨著這些相變的不斷出現(xiàn)，土壤的性質(zhì)也在發(fā)生改變。通過上面的一系列微觀變化，在宏觀上出現(xiàn)鹽脹和沉陷，導(dǎo)致路基的軟化、膨脹，使得出現(xiàn)翻漿等病害。從上面的分析中發(fā)現(xiàn)，這種特性與水位的高低和溫度的大小有密切的關(guān)系。

表1 鹽漬土區(qū)域路基的最小高度表

另一類鹽漬土是由于天山等山脈前的平原地帶。這些平原地帶附近的鹽漬土由巖石中沉積的礦物質(zhì)組成，鹽漬土的面積較大，鹽分的主要存在方式是晶體形式，沒有聚集性，鹽分自上而下沉積，與上面河流形成的鹽漬土的沉積完全不同。例如吐托鄯盆地的山前沖擊平原，鹽漬土的范圍很廣，鹽漬化的程度較高，以中強(qiáng)鹽漬土為主，鹽的成分為硫酸鹽和亞硫酸鹽，此區(qū)域的鹽漬土的自身特性有以下兩個(gè)方面：①在沉積方式上，此區(qū)域的鹽澤土主要是由于洪水夾帶地表上的礦物質(zhì)所形成，這個(gè)過程大致在數(shù)個(gè)小時(shí)到一兩天之間。在沉積之后，隨著水分的蒸發(fā)，鹽分在土壤顆粒的縫隙中迅速結(jié)晶，而后經(jīng)歷一段時(shí)間，再經(jīng)過一次洪水的沖擊。所以此區(qū)域的鹽漬土在地表上沉積，水平方向、豎直方向上沒有規(guī)律性。②從表面聚集性上，此區(qū)域的鹽漬土沒有聚集性，主要是因?yàn)榻涤炅窟^少，沒有鹽漬土能移動(dòng)的條件。

對(duì)于這類工程，經(jīng)常采用隔斷等措施可以進(jìn)行處理，不過由于土質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有大顆粒間的接觸，也有土壤中的土體顆粒與鹽晶體之間的骨架結(jié)構(gòu)，這種骨架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度交高。對(duì)水的敏感性則主要由占主體的結(jié)構(gòu)所決定。這些微觀反應(yīng)下，主要宏觀表現(xiàn)為某些路面由于鹽晶體參與到了路基的骨架，從而出現(xiàn)溶陷，而有些大顆粒接觸為主體的路基則不會(huì)出現(xiàn)溶陷。同樣，是否出現(xiàn)鹽脹也取決于路基的具體鹽漬類型。

可見，研究鹽漬土路基的基本特性，需要研究鹽漬土形成的微觀結(jié)構(gòu)、氣候、地表水量等特性，在遇到鹽漬土路基時(shí)，必須針對(duì)不同的環(huán)境給出正確的鹽漬土類型，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

在勘察時(shí)，需要收集施工區(qū)域的地質(zhì)材料，確定鹽漬土分布的大致范圍，在設(shè)計(jì)線路時(shí)，首先要盡量繞避高鹽漬土區(qū)域，當(dāng)無法繞避或繞避的工程量過大時(shí)，才在鹽漬土區(qū)域上鋪設(shè)公路。在鋪設(shè)公路時(shí)，需要結(jié)合鹽的特性、地表水、地下水等基本情況進(jìn)行分析，研究可能產(chǎn)生的病害，并根據(jù)具體分析結(jié)果對(duì)鹽漬土地基路面施工。

3 鹽漬土路基施工技術(shù)

鹽漬土路基的處理需要根據(jù)含鹽量、地質(zhì)、水文、地形等條件，因地制宜地利用設(shè)置隔斷層、提升高度、降低水位、除去鹽分、加強(qiáng)路面等措施，以達(dá)到路床0～80cm均處在干燥或在潮濕狀態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定，而不受水分、鹽分的影響。下面詳細(xì)介紹這些方案：

（1）設(shè)置隔斷層。指在路基內(nèi)利用隔斷層隔斷，以防止水分、鹽分進(jìn)入到路基的上部。隔斷層主要包括土工布、薄膜隔斷和風(fēng)積沙、河沙隔斷兩種。對(duì)于中強(qiáng)鹽漬土區(qū)域，修建高級(jí)路面以上的公路時(shí)，可采用土工布、薄膜隔斷，以隔絕下層的水分、鹽分與上層公路之間的聯(lián)系。當(dāng)鹽含量小于0.3%時(shí)，可以試用風(fēng)積沙隔斷或河沙作為隔斷層，填充厚度由具體的地理環(huán)境和公路的等級(jí)具體確定，一般二級(jí)以上的公路大于50cm。當(dāng)鹽漬土的地下水位較高時(shí)，可以采用20～30cm的碎石作為隔斷層。

（2）提高路基高度。提高路基高度可以減少路基上的水分、鹽分。如果提高的高度不高，則效果并不理想。因此，提高路基高度與排水設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。表1給出了鹽漬土區(qū)域路基的最小高度標(biāo)準(zhǔn)。若凍深大于1m，則對(duì)于粉質(zhì)的亞粘土硫酸鹽土質(zhì)，路面地基需要高出地下水6～7m才能夠有效地防止鹽脹。

（3）降低地下水位，與提高路基高度相類似，將地下水位降低到表1中所要求的范圍，只有降低的深度較大時(shí)，才會(huì)有本質(zhì)上的改變。如果氣態(tài)水分在鹽脹水分中所含的比重很大，則不適合采用這種方法。

（4）去除鹽分。去除鹽分是指將鹽漬土中的能導(dǎo)致鹽脹的硫酸鹽去除掉或者用其他鹽分代替的方法。主要有換填法和化學(xué)處理兩種方法。換填法可用在埋深比較淺，含鹽量很高的強(qiáng)鹽漬土路段。換填的材料可以是土灰和其他非鹽漬土，此法可有效消除鹽漬土路基導(dǎo)致的病害。對(duì)路面進(jìn)行換填時(shí)，最重要的是對(duì)于深度和寬度的把握。深度的總體要求是換土層的深度要超過可溶性或鹽脹性鹽漬土的厚度，使得溶陷或鹽脹索引器的結(jié)構(gòu)變形在許用范圍內(nèi)。換土寬度則需要保證下臥層頂面的壓力小于此土層浸水之后的承載能力，同時(shí)也要保證周圍的鹽漬土發(fā)生沉陷時(shí)，換土部分的土體的穩(wěn)定性不會(huì)有太多影響。化學(xué)方法則主要用在鹽漬土層過厚而不適宜用換填法的情況。由于含有可溶性硫酸根離子的鹽漬土容易發(fā)生鹽脹，因此將可溶性硫酸根離子轉(zhuǎn)換為沉淀即可有效防治鹽脹問題。主要化學(xué)試劑由氯化鈣和氯化鋇，與硫酸根離子反應(yīng)均出現(xiàn)不溶性鹽。為使化學(xué)成分不受不被下層的水和鹽成分所影響，在路面的底部應(yīng)當(dāng)設(shè)置隔斷層。

（5）加強(qiáng)路面。此方法針對(duì)輕度鹽脹老公路的養(yǎng)護(hù)?？梢栽诶瞎返幕A(chǔ)上鋪上砂礫墊層或者鋪設(shè)半剛性的基層，使得路基的鹽脹幅度減少。

4 結(jié)論

本文通過分析鹽漬土的分類和不同類型鹽漬土的形成原因，新疆的鹽漬土類型以及這些鹽漬土所能帶來的病害。分析發(fā)現(xiàn)不同的成因?qū)е蔓}漬土的土壤性質(zhì)相距甚遠(yuǎn)，在處理鹽漬土路面問題時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況進(jìn)行分析。最后探討了鹽漬土路基施工的具體技術(shù)，主要包括設(shè)置斷層、路基高度的提升、地下水位的降低、鹽分的祛除以及路面的加強(qiáng)等技術(shù)。

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