新疆準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土路基處理措施分析
——以五彩灣環(huán)城路工程為例

陸銀山，魏晉

（中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅蘭州710064）

新疆準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土路基處理措施分析
——以五彩灣環(huán)城路工程為例

陸銀山，魏晉

（中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅蘭州710064）

結(jié)合準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)五彩灣環(huán)城路鹽漬土路基病害防治，對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土成因及路基病害處理措施進(jìn)行探討，可為該地區(qū)道路建設(shè)路基處理提供技術(shù)參考。

新疆準(zhǔn)東地區(qū)；鹽漬土；鹽漬土成因；路基病害處理措施

0 引言

準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州境內(nèi)。開發(fā)區(qū)西距烏魯木齊市中心約200km，南與天山北麓綠洲相接，西與阜康市相接，北與阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣、塔城地區(qū)接壤，東與哈密巴里坤縣相接。準(zhǔn)東地區(qū)廣泛存在以硫酸鹽為主的鹽漬土，對(duì)道路路基有非常大的危害。本文結(jié)合新疆準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)五彩灣環(huán)城北路、環(huán)城東路、環(huán)城南路及環(huán)城西路等工程鹽漬土路基病害的防治，對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土的成因及路基病害處理措施進(jìn)行探討，為準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土路基病害防治提供參考。

1 概述

準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)是國家重要的特大型煤電煤化工基地，五彩灣鎮(zhèn)為開發(fā)區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。近年來，開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)與城市基本建設(shè)都得到了迅猛的發(fā)展，但路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不完善，導(dǎo)致各園區(qū)交通無法通過區(qū)域內(nèi)部路網(wǎng)完成分流，只能通過現(xiàn)有的Z917、吉彩路、G216完成過境、集散、服務(wù)等三維一體的主、次、支交通功能，致使上述道路交通壓力過大。根據(jù)準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃，五彩灣環(huán)城北路、環(huán)城東路（吉彩路）、環(huán)城南路與環(huán)城西路（G216）為城市主干道（見圖1），共同構(gòu)成區(qū)域的30 m in交通圈，實(shí)現(xiàn)交通分流，極大提升片區(qū)組團(tuán)間的通達(dá)性。從而推進(jìn)準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)勢向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)加快推進(jìn)新型工業(yè)化的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。

圖1 地理位置示意圖

環(huán)城路全長約83km，其中環(huán)城西路與環(huán)城東路為改擴(kuò)建項(xiàng)目，將二級(jí)路擴(kuò)建為一級(jí)路（城市主干道）；環(huán)城南路與環(huán)城北路為新建城市主干道，均為雙向四車道。環(huán)城路的建成有效的緩解了開發(fā)區(qū)路網(wǎng)滯后的交通現(xiàn)狀，有效的提升了開發(fā)區(qū)內(nèi)企業(yè)的入住率。

準(zhǔn)東地區(qū)土中含鹽量較大，含鹽類型以硫酸鹽為主，氯鹽次之。利用鹽漬土填筑路基，如不滿足表1的規(guī)定，需對(duì)針對(duì)鹽漬土路基進(jìn)行特殊路基處理，確保路基在使用年限內(nèi)的水穩(wěn)定性、安全性及耐久性，因此，研究鹽漬土路基處理措施尤為重要且具有重要意義。

2 鹽漬土成因

2.1 鹽漬土一般成因

鹽漬土的形成是由多種因素相互作用的結(jié)果，其產(chǎn)生的主要條件如下。

表1 鹽漬土用作路基填料的可用性[1]

2.1.1 地形條件

地形條件是鹽漬土產(chǎn)生的主要條件，鹽漬土分布區(qū)所在地形多為低平地、內(nèi)陸盆地、局部洼地以及沿海低地，這是由于鹽分隨地表、地下徑流由高處向地處匯集，使洼地成為水鹽匯集中心。

2.1.2 氣候條件

鹽漬土分布區(qū)的氣候多為干旱或半干旱氣候，降水量小，蒸發(fā)量大，年降水量不足以淋洗掉土壤表層積累的鹽分。

2.1.3 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件也是影響土壤鹽漬化的重要因素。鹽分的積聚與地下水水位、礦化度和礦化類型有密切關(guān)系，地下水位越高，蒸發(fā)越強(qiáng)，土壤的積鹽也越快。同時(shí)，地下水礦化度愈高，地下水向土壤輸送的鹽分越多，土壤的積鹽也越重。

2.1.4 地層巖性

鹽漬土地段的地層巖性多為第四系松軟地層，如砂類土和粘性土，大顆粒碎石類土不會(huì)產(chǎn)生鹽漬化作用。一般來說粘質(zhì)土的毛細(xì)管空隙過于細(xì)小，毛細(xì)管水上升高度收到抑制，砂質(zhì)土的毛細(xì)管空隙直徑較大，地下水借毛細(xì)管引力上升的速度快但高度較小，這兩種土均不宜積鹽。粉砂質(zhì)土如粉土，毛細(xì)管空隙適中，地下水上升速度既快、上升高度又高，特別容易積鹽。

2.1.5 植被

大量鹽生植物加劇了土壤的鹽漬化，新疆地區(qū)有較多的胡楊、梭梭、蘆葦?shù)壬罡参?，在生長過程中的蒸騰作用，消耗了大量的地下水，相應(yīng)加大了地下水的礦化度，間接加強(qiáng)了土壤的鹽漬化。若植物死亡后，有機(jī)殘?bào)w分解，鹽分回歸土壤，逐漸積累與地表，具有一定的積鹽作用。

2.1.6 人類活動(dòng)的影響

人類的工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，如不合理的開墾土地而進(jìn)行土壤洗鹽、農(nóng)作物大量使用化肥、污水亂排導(dǎo)致下游地段圖層含鹽量及地下水礦化度的增高，或者不合理的灌溉，引起局部地下水位上升，造成土壤表層含鹽量增高。

2.2 準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土成因及病害

2.2.1 成因

根據(jù)鹽漬土的形成原理現(xiàn)將準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土成因歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：

（1）準(zhǔn)東經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，南北兩側(cè)高，中間低，鹽分隨地表、地下水匯集該區(qū)域，形成鹽漬土。

（2）該區(qū)域氣候?qū)僦袦貛Т箨懶愿珊禋夂?，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，使水分蒸發(fā)鹽分聚集，形成鹽漬土。

（3）準(zhǔn)東地區(qū)蘊(yùn)含豐富的煤質(zhì)資源，在準(zhǔn)東盆地形成巨大的不透水層，硫化物的揮發(fā)導(dǎo)致地下水礦化度較高，使土壤積鹽嚴(yán)重。

綜上因素，準(zhǔn)東地區(qū)為礦化地下水和地表礦化徑流形成的鹽漬土。

2.2.2 病害

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，土中易溶鹽結(jié)晶將會(huì)被溶解變成液體，同時(shí)氣體空隙也被填充。此時(shí)，鹽漬土由固、液、氣的三相體轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、液兩相體，在其轉(zhuǎn)變過程中，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)工程帶來嚴(yán)重危害。準(zhǔn)東地區(qū)通常表現(xiàn)為以下5種類型。

（1）溶陷：溶陷是氯化物鹽漬土地區(qū)道路的主要病害之一。它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)致土體強(qiáng)度逐漸喪失。在荷載或自重作用下，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，有的鹽漬土地區(qū)路面由于濕陷會(huì)產(chǎn)生溶洞，給形成帶來隱患。

（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，使得土基飽水及承載能力下降，在外荷載反復(fù)作用下形成翻漿，使道路路面泥濘、濕滑，影響車輛正常運(yùn)營，這類病害以氯鹽漬土地區(qū)較為多見；翻漿是由于土質(zhì)、濕度和水三個(gè)自然因素和荷載的共同作用形成的。

（3）鹽脹：鹽脹是指含有硫酸鹽的鹽漬土，降溫時(shí)硫酸鹽吸水結(jié)晶、體積增大、促使土體膨脹；溫度升高時(shí)，硫酸鹽又脫水，體積變小，致使土體疏松。鹽脹主要隨溫度變化而發(fā)生體積變化，引起地表松脹或公路路基路面局部不平、鼓起開裂。

（4）凍脹：凍脹是指在寒冷地區(qū)，冬季土基下部的水分向上集聚并凍結(jié)成冰，引起膨脹，造成地表或路面局部隆起的現(xiàn)象。

（5）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)方應(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、混凝土或黏土制品粉化開裂，高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)損壞。

3 鹽漬土路基病害防治措施

3.1 環(huán)城路沿線鹽漬土分布情況

根據(jù)環(huán)城路場地巖土層的易溶鹽分析報(bào)告可知，本次勘察在探井內(nèi)采用刻槽法采取擾動(dòng)土試樣進(jìn)行易溶鹽含量分析（見圖2）。

圖2 現(xiàn)場鹽漬土實(shí)景

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）在試驗(yàn)的樣品中，易溶鹽總量一般介于2 630.0～41 167m g/k g之間，相應(yīng)含量為0.23%～4.08%，以易溶鹽總量（S D）大于0.3%為鹽漬土與非鹽漬土劃分界限值，鹽漬土樣品數(shù)的約占95%～98%。

（2）鹽漬土樣品的易溶鹽平均總量（D T）一般為3 674～38 706 m g/k g，相應(yīng)含量為0.31%～4.43%，絕大部分介于0.3%～2.0%之間，按照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（J T G C20-2011）劃分，屬中鹽漬土，各別地段介于2.0%～4.43%，屬強(qiáng)鹽漬土。

（4）按照溶解度原則及當(dāng)量原則將陰陽離子進(jìn)行配合，配鹽結(jié)果表明，鹽漬土中含鹽類型以硫酸鹽為主（鹽類以N a2S O4最高，M g S O4次之，C a S O4最低），氯鹽次之（主要為N a C l）。

3.2 鹽漬土的處理原則

從鹽漬土的工程特征來看，其主要影響來自于水的作用。因此采取有效合理的防水系統(tǒng)，不使路基受水浸蝕，在路基中采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，確保路床0～80 c m處于干燥或中濕類型的穩(wěn)定狀態(tài)，不受鹽分、水分的影響。在選擇處理措施時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

（1）針對(duì)性：根據(jù)土基的含鹽性質(zhì)、鹽漬化程度、當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)、水文地質(zhì)、地形和筑路材料等條件選擇不同的處理方法。

（2）經(jīng)濟(jì)性：結(jié)合項(xiàng)目所處的地理環(huán)境選擇工程效果好且費(fèi)用低的處理措施。

（3）便利性：結(jié)合項(xiàng)目施利條件及該地區(qū)施工單位的施工水平選擇施工便利且該地區(qū)常用的處理措施。

3.3 具體的處理辦法

3.3.1 控制路基填高法

路基填筑高度，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、水文地質(zhì)、土地鹽漬化程度、地下水毛細(xì)作用深度、鹽脹深度、凍脹深度以及公路等級(jí)等因素綜合確定。鹽漬土地區(qū)路基最小填高應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 鹽漬土地區(qū)路基最小高度[1]

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，在排水不良或過濕地帶，一般采用該方法，有些鹽漬土地區(qū)，地下水位較高，為了使路基不受凍害和鹽漬化的影響，應(yīng)控制路堤高度至不在鹽漬化的最小高度。環(huán)城南路第1合同段K0+000～K4+000段為潮濕路基，地下水位高，且該段落平均含鹽量介于1.0%～3.0%，屬中鹽漬土。設(shè)計(jì)采用了提高路基法，路基填高平均約3.0 m，由于該段落地下水位高，地表存在季節(jié)性積水，采取原地面超挖60 c m后采用片石換填，回填后在其頂面設(shè)置40 c m天然砂礫反濾層，保證路基狀態(tài)處于中濕以上。

該方法施工簡便是鹽漬土路基常用的處理措施。適用于沿線路基填料豐富的項(xiàng)目，但此方法工程用地面積較大。

3.3.2 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，其根本目的是隔斷水分和鹽分進(jìn)入路基上部，防止路基發(fā)生鹽脹和翻漿等病害。隔斷層按期材料的透水性能可分為透水性隔斷層與不透水隔斷層兩大類。透水性隔斷層材料有礫（碎）石、砂、風(fēng)積沙等；不透水隔斷層材料有復(fù)合土工膜、土工膜、瀝青砂等。設(shè)置隔斷層的路堤，路基最小高度可參照表2中高出地面高度取值。

環(huán)城北路第1合同段K1+400～K1+700段：地面下1.0m深度范圍內(nèi)，地基土含鹽類型以氯鹽、亞氯鹽為主，平均含鹽量大于5.0%，屬強(qiáng)鹽漬土；環(huán)城北路第2合同段K17+600～K17+700段：地面下1.0 m深度范圍內(nèi)，地基土含鹽類型以硫酸鹽、亞硫酸鹽為主，平均含鹽量大于2.0%，屬強(qiáng)鹽漬土；環(huán)城東路2標(biāo)段K14+100～K16+000段，地面下1.0 m深度范圍內(nèi)，地基土含鹽類型以硫酸鹽、亞硫酸鹽為主，平均含鹽量介于0.5%～1.0%，屬中鹽漬土。以上段落均采取在路床底鋪設(shè)兩布一膜復(fù)合土工布隔斷層，有效的控制了毛細(xì)水的上升，對(duì)防治鹽脹起到了作用，見圖3。

圖3 路基處理橫斷面

3.3.3 換填法

換填法一般應(yīng)用在路基含鹽量超過規(guī)定的要求、路床過濕壓實(shí)度達(dá)不到要求或路基標(biāo)高受限制的低填淺挖地段采用。換填材料宜選用礫類土或砂，要保證路床土質(zhì)透水性良好，鹽漬化程度不應(yīng)超過表1的規(guī)定。換填厚度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探資料確定。此法道路兩側(cè)應(yīng)結(jié)合路基排水設(shè)計(jì)綜合考慮。斷面形式見圖4。

圖4 敞開式路塹橫斷面

環(huán)城北路第1合同段K9+500～K9+700段為挖方路段，在開挖至路槽后，路床頂為泛白鹽漬土，灑水后出現(xiàn)拱漲現(xiàn)象（見圖5），含鹽量高，屬于強(qiáng)鹽漬土。此段工程采用了換填法，挖除路床（0～80 c m）范圍內(nèi)的鹽漬土，換填透水性好的非鹽漬礫石土，且斷面形式為設(shè)置隔斷層的敞開式路塹橫斷面形式?；究上}漬土危害。

圖5 路床頂鹽漬土實(shí)景

該法必須確保所換填的土質(zhì)為非鹽漬土且滿足路基填料要求，挖除的鹽漬土不得堆放在路基坡腳處，應(yīng)集中拉運(yùn)至規(guī)定的棄土坑，以免發(fā)生次生鹽漬化。

3.3.4 改善路基排水條件

鹽漬土地區(qū)路基必須設(shè)置完善的縱、橫向排水設(shè)施。應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)田排、灌系統(tǒng)綜合考慮，合理布設(shè)橋涵，做好邊溝、排水溝、截水溝和取土坑的相互配合設(shè)計(jì)，使水流暢通，自成體系，不影響路基穩(wěn)定。

4 結(jié)語

根據(jù)五彩灣環(huán)城路的現(xiàn)場調(diào)查顯示，道路路面使用狀況良好，路基未出現(xiàn)鹽漬土病害，初步推測環(huán)城路所采取的鹽漬土路基處理措施得當(dāng)，效果良好。后期需要對(duì)環(huán)城南路全線，環(huán)城西路南段，環(huán)城東路南段的路基沉降、路基穩(wěn)定性、地下水動(dòng)態(tài)、毛細(xì)水作用高度等項(xiàng)目進(jìn)行觀測，以確定五彩灣鎮(zhèn)南部片區(qū)地下水對(duì)鹽漬土路堤的影響范圍。

提高路基高度法施工簡便，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，但挖（棄）方量大，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；設(shè)置隔斷層法施工工藝簡單，效果好，施工速度快，且較經(jīng)濟(jì)，鹽漬土地區(qū)已普遍使用。

準(zhǔn)東地區(qū)鹽漬土分布廣泛，根據(jù)道路等級(jí)對(duì)路基的要求，結(jié)合鹽漬土地區(qū)的工程性質(zhì)、鹽漬土含鹽類別及含鹽量對(duì)路基的影響程度和本地區(qū)施工環(huán)境條件、施工工期、筑路材料來源等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后提出最優(yōu)鹽漬土路基處治方案。

[1]新疆公路學(xué)會(huì).鹽漬土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]XJTJ 01-2001,新疆鹽漬土地區(qū)公路路基路面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

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U416.1

B

1009-7716（2017）06-0072-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.020

2017-03-17

陸銀山（1986-），男，新疆昌吉人，工程師，從事路橋設(shè)計(jì)工作。