新疆地區(qū)鹽漬土公路路基病害及施工處理技術(shù)

郭兆焱

(中交一公局橋隧工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 鹽漬土介紹

鹽漬土是堿土、鹽土、碳性土質(zhì)、鹽性土質(zhì)的總稱，具體至公路建設(shè)領(lǐng)域，鹽漬土則指存在地表下方1.0 m深同時(shí)滿足易溶鹽平均含量>0.3%的各類土質(zhì)，也包含任何地表高度內(nèi)易溶鹽含量>0.5%的土質(zhì)，其分布廣泛，在內(nèi)陸干旱地區(qū)、部分濱海地區(qū)均有大量鹽漬土。

道路建設(shè)中易受鹽漬土的影響，導(dǎo)致道路缺乏穩(wěn)定性，出現(xiàn)路基鹽脹、溶陷、腐蝕等各類型病害。相比于其它施工環(huán)境，鹽漬土道路工程更為脆弱，伴隨外界自然環(huán)境的變化，鹽漬土狀態(tài)隨之改變，具體表現(xiàn)為氣體縫隙的擴(kuò)寬或發(fā)生一系列理化現(xiàn)象，此過(guò)程中逐步形成新的形態(tài)，并持續(xù)損傷道路結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路基變形、局部土體塌陷等[1]。研究資料以及工程實(shí)例充分證明，鹽漬土的物化性質(zhì)缺乏穩(wěn)定性，對(duì)自然條件的感敏度較高，若自然環(huán)境發(fā)生變化，鹽漬土的形態(tài)、體積較前一階段均有較大的改變，這一持續(xù)性的變化過(guò)程嚴(yán)重?fù)p傷了道路路基，難以維持路基的穩(wěn)定性，進(jìn)一步導(dǎo)致道路整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，道路性能大打折扣。

2 主要病害及其機(jī)理分析

2.1 溶陷性

鹽漬土易溶鹽含量較多，包含鉀鹽、鈉鹽等多種類型，干燥環(huán)境下其強(qiáng)度表現(xiàn)相對(duì)較好，但在含水量增加的情況下鹽分發(fā)生大規(guī)模溶解，受土壤自重和行車荷載等多方面因素的作用，導(dǎo)致土體發(fā)生較明顯的溶(濕)陷現(xiàn)象，且在氯鹽鹽漬土地區(qū)體現(xiàn)得更為明顯。從氯鹽性質(zhì)來(lái)看，其對(duì)溫濕度均具有極高的敏感度，隨溫度升高而出現(xiàn)持續(xù)性的吸水溶解，從而造成路基溶陷失穩(wěn)；對(duì)于地下水含量偏高的地區(qū)，由于受到毛細(xì)水上升的影響，迫使鹽分發(fā)生遷移并大量轉(zhuǎn)移至路基層，導(dǎo)致公路路面質(zhì)量下降，后續(xù)運(yùn)營(yíng)階段又受行車荷載等多方面作用，道路損害愈發(fā)明顯；與之不同的是，硫酸鹽在溫度升高時(shí)的適應(yīng)能力更強(qiáng)，其溶解度隨之減小，避免大范圍發(fā)生結(jié)晶水溶解現(xiàn)象，溶陷概率相對(duì)較低[2]。在濕陷性問(wèn)題的處理工作中，土體易溶鹽含量、毛細(xì)水遷移等方面的控制均是重要突破口。

2.2 鹽脹和松脹

鹽脹和松脹通常是由硫酸鹽漬造成的，當(dāng)土壤中硫酸鹽含量超過(guò)2%后膨脹量會(huì)明顯增加，路基會(huì)出現(xiàn)肉眼可見的膨脹高度，為行車安全帶來(lái)較大的隱患。但在環(huán)境恢復(fù)至干燥狀態(tài)后伴有結(jié)晶水析出現(xiàn)象，土體體積減小并具有松脹特性[3]。新疆地區(qū)鹽漬土的膨脹量實(shí)際表現(xiàn)主要與溫度有關(guān)，夏季高溫時(shí)加大鹽分溶解度，鹽析出的結(jié)晶較少；進(jìn)入秋冬季節(jié)后溫度大幅下降，鹽分溶解度較前階段明顯降低，吸水結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)明顯的體積膨脹。并且，新疆位于我國(guó)西部，因其地理位置的特殊性具有晝夜溫差大的特點(diǎn)，進(jìn)入夜間時(shí)溫度降低，對(duì)應(yīng)的溶解度減小，產(chǎn)生過(guò)飽和溶液后出現(xiàn)了鹽分析出現(xiàn)象，由此形成結(jié)晶，導(dǎo)致土壤較日間狀態(tài)發(fā)生更明顯的膨脹；白天溫度回升溶解度隨之加大，硫酸鹽晶體快速溶解，使得土壤體積減小。在硫酸鹽的反復(fù)結(jié)晶與溶解的過(guò)程會(huì)造成土體產(chǎn)生空隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土體失穩(wěn)結(jié)構(gòu)被破壞。

2.3 翻漿病害

翻漿是鹽漬土地區(qū)極為普遍也是危害較大的病害，除了水和粉質(zhì)土質(zhì)量外，含鹽量和冰點(diǎn)也將對(duì)其造成影響，從而發(fā)生翻漿[4]。此處以氯鹽漬土為例展開分析，在氯鹽含量偏低的情況下土壤冰點(diǎn)存在下降趨勢(shì)，水分聚流持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，因此增加了土壤發(fā)生凍脹的幾率，當(dāng)春融時(shí)溫度升高翻漿病害則表現(xiàn)地更為嚴(yán)重。但是若含鹽量足夠大時(shí)，路基的凍脹翻漿程度則會(huì)隨著土壤冰點(diǎn)的進(jìn)一步降低而明顯減弱。硫酸鹽漬土的特點(diǎn)在于受鹽分的影響導(dǎo)致其土壤整體的冰點(diǎn)下降，當(dāng)然此影響程度微弱；碳酸鹽漬土鮮有冰點(diǎn)大范圍變動(dòng)現(xiàn)象，但受其高強(qiáng)密水性能的影響出現(xiàn)路基凍脹翻漿現(xiàn)象?；谏鲜龇治?，針對(duì)翻漿病害的防治工作中應(yīng)高度注重對(duì)含鹽量和土基水分傳遞兩方面的控制，最大限度減少氯鹽含量，同時(shí)阻隔土體水分流動(dòng)[5]。

2.4 鹽分遷移提升

鹽分遷移的出現(xiàn)是基于土體水分的毛細(xì)作用和鹽分溶解度變化的共同結(jié)果。在白天溫度偏高的環(huán)境中，毛細(xì)作用的出現(xiàn)導(dǎo)致路基工作區(qū)被迫抬升；夜間溫度偏低時(shí)將出現(xiàn)鹽分溶解度下降的情況，此時(shí)結(jié)晶析出并導(dǎo)致土體膨脹。在晶體體積長(zhǎng)期反復(fù)變化的情況下土體的空隙也會(huì)逐漸變大，土體結(jié)構(gòu)逐漸疏松，導(dǎo)致路基土的完整性被破壞。鹽分大量聚集至邊坡表面時(shí)，降雨環(huán)境中表層鹽分因沖刷作用而發(fā)生流動(dòng)，沿疏松的土體最終滲入深層路基，不利于邊坡穩(wěn)定性。

3 鹽漬土公路路基病害的處理措施

3.1 提高路基高度法

通過(guò)提高路基高度的方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)部分水分和鹽分的有效阻隔，緩解鹽漬對(duì)上部路床穩(wěn)定性所造成的不良影響[6]。針對(duì)路堤凍害和次生鹽漬化的處理，可行途徑是提高路堤高度，要求其必須超出最小填土高度，且要綜合地下水最高位、臨界凍結(jié)深度等方面的因素選擇最合適的最小填土高度控制指標(biāo)。當(dāng)然，提高路基高度法的適用范圍較窄，僅在弱中且非硫酸鹽漬土地段中較為合適。

3.2 換填法

換填法的主要應(yīng)用場(chǎng)景為含鹽量相對(duì)偏高的路基、低填淺挖地段。合理控制換填厚度是此法的關(guān)鍵，應(yīng)以地勘資料為依據(jù)，綜合填料性能而確定，至少達(dá)到1.0 m。對(duì)于換填土的選擇通常以非鹽漬土為宜，并具有較好的強(qiáng)度性能表現(xiàn)，例如可選擇礫石土、風(fēng)積砂。鏟除所得的鹽漬土應(yīng)統(tǒng)一堆放至路基兩側(cè)坡腳處，再借助運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)移到與換填現(xiàn)場(chǎng)相距至少為30 m的區(qū)域，從而避免次生鹽漬化現(xiàn)象。

3.3 浸水預(yù)溶法

浸水預(yù)溶法的關(guān)鍵要點(diǎn)在于：對(duì)路基預(yù)先浸水，通過(guò)持續(xù)性的滲透作用溶解易溶鹽，發(fā)生滲流后進(jìn)入至深度較大的土層中，伴隨易溶鹽的溶解將促使原土顆粒分布狀態(tài)發(fā)生變化，在土體自重的綜合作用下具有更良好的密實(shí)度。基于浸水預(yù)溶法的應(yīng)用有助于改善路基土鹽膠結(jié)構(gòu)，緩解路基土含鹽量過(guò)大的問(wèn)題，避免大范圍的鹽漬土溶陷現(xiàn)象[7]。結(jié)束浸水作業(yè)后需晾曬處理，通過(guò)此方式調(diào)整路基含水率，在符合要求后組織后續(xù)施工。此后加強(qiáng)對(duì)表面高程、進(jìn)水后土的性能指標(biāo)等方面的檢驗(yàn)，從多角度出發(fā)評(píng)估預(yù)溶后路基土的性能情況。浸水預(yù)溶法在厚度較大、滲透性較好的砂、礫石土、粉土和粘性鹽漬土地區(qū)具有較好應(yīng)用效果。

3.4 強(qiáng)夯法

經(jīng)過(guò)浸水處理后路基土強(qiáng)度下降，為解決此問(wèn)題需對(duì)路基土體采取加固措施。強(qiáng)夯法的優(yōu)勢(shì)在于操作便捷、成本低、適應(yīng)能力強(qiáng)[8]，此法通常與浸水預(yù)溶法綜合使用，首先經(jīng)過(guò)浸水處理，再通過(guò)強(qiáng)夯的方式提高土體強(qiáng)度。強(qiáng)夯的作用在于：①提高路基土的干密度，減小孔隙比，以免出現(xiàn)溶陷沉降現(xiàn)象；②提高壓實(shí)度；③提高路基土均勻性，避免差異沉降現(xiàn)象。

3.5 降低地下水位法

在提高地表排水能力的同時(shí)盡可能降低地下水水位，由此解決雨水浸泡路基的問(wèn)題，并避免因地下水上升而導(dǎo)致次生鹽漬化。此外，路基上游的取土坑面積可適當(dāng)擴(kuò)大，使其發(fā)揮出蒸發(fā)池的作用，提高地表水蒸發(fā)效率。路基上游可施作大排水溝，在其作用下攔截地表水。

3.6 設(shè)置隔斷層法

隔斷層法指的是在路基某處增設(shè)隔斷層從而達(dá)到阻止毛細(xì)水上升的效果，以免水分和鹽分進(jìn)入路基上部[9]。隔斷層的可選形式較多，應(yīng)以隔斷材料特性以及現(xiàn)場(chǎng)情況為準(zhǔn)作出選擇，如土工布隔斷層、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，其作用在于隔斷下層毛細(xì)水的上升，并具有阻斷氣態(tài)水上升的效果；礫石和風(fēng)積砂屬透水性隔斷層，僅具備隔斷毛細(xì)水上升的能力。若因現(xiàn)場(chǎng)情況特殊而無(wú)法實(shí)施提高路基高度等上述方法時(shí)，可采取滲水土填筑的方式，由此形成毛細(xì)水隔斷層[10]。關(guān)于位置的選擇以路堤底部較為合適，其厚度應(yīng)視滲水土顆粒粒徑而定?？紤]到隔斷層施工便捷、對(duì)路基鹽脹的控制效果好等多重特點(diǎn)，因此可作為首選方法，其在強(qiáng)鹽漬土地段的應(yīng)用效果良好。

4 討論與建議

根據(jù)區(qū)域內(nèi)特殊的鹽漬土變化，結(jié)合鹽漬士的工程特性，治理辦法是徹底切斷鹽源，也就是切斷水的毛細(xì)管道和汽道，切斷上下層土粒的聯(lián)接。要做到這點(diǎn)，只有采用封閉性隔斷層，其主要是隔斷毛細(xì)水上升時(shí)的一種結(jié)構(gòu)，是對(duì)砂礫適氣性隔斷層相對(duì)而言的?，F(xiàn)新疆境內(nèi)的一些高等級(jí)公路，對(duì)于鹽漬士路基段采用了聚乙烯防滲土工膜作為鹽漬土路基的封閉性隔斷層來(lái)處理路基，實(shí)踐證明，設(shè)置聚乙烯防滲土工膜隔斷層處理鹽漬土路基是一種經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。鹽漬土路基段往往缺乏砂礫、風(fēng)積沙等透水材料，用聚乙烯防滲土工膜作為鹽漬土路基的封閉性隔斷層處理路基，較常規(guī)的砂礫(風(fēng)積沙)透水層處理措施可大大節(jié)約工程建設(shè)資金。

5 結(jié)語(yǔ)

鹽漬土作為特殊的土質(zhì)，其明顯加大了公路建設(shè)難度。工程實(shí)踐中應(yīng)采取全方位的質(zhì)量控制措施，全面分析鹽漬土的性質(zhì)從而確定合理的措施降低其影響，保證公路路基的質(zhì)量符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。