黃河沖積平原鹽漬土對(duì)路基設(shè)計(jì)的影響研究

文 / 魏同軍

引言

在地下水礦化度較高、蒸發(fā)作用較強(qiáng)的情況下，容易形成鹽漬土，像內(nèi)陸洼地、河岸漫灘、三角洲洼地等，都是鹽漬土廣泛分布的地區(qū)。黃河下游沖積平原的地表鹽堿化情況較為嚴(yán)重，亞氯鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽的含量明顯偏高。在公路工程建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到各種復(fù)雜特殊地質(zhì)，鹽漬土就是其中較為常見的一種。鹽漬土存在的溶陷性、鹽脹性等特點(diǎn)，會(huì)對(duì)路基造成嚴(yán)重破壞。因此在此類地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行公路工程施工，必須要提前做好路基設(shè)計(jì)，消除鹽漬土的不良影響。結(jié)合鹽漬土的形成原因及危害方式，路基設(shè)計(jì)思路主要有兩種，一種是更換土壤，即挖出鹽漬土，重新填筑良好土壤；另一種是設(shè)置隔斷層，將鹽漬土與路基隔離開來。

一、鹽漬土的特性

（一）鹽脹性

硫酸鹽和一些較為常見的易溶鹽相比，其膨脹性最強(qiáng)，硫酸鹽的體積會(huì)在沉淀結(jié)晶時(shí)增大，脫水時(shí)減小。干旱地區(qū)晝夜溫度差異極大，硫酸鹽受到溫度變化影響，體積變化過于頻繁，導(dǎo)致土體疏松。而在冬季時(shí)，溫度大幅度的下降，會(huì)有大量結(jié)晶產(chǎn)生，土體膨脹速度極快。正常情況下，含鹽量小于2%時(shí)，膨脹不會(huì)產(chǎn)生較大危害，超出此范圍時(shí)則會(huì)快速膨脹。碳酸鹽的吸附性陽離子含量極大，和水相遇時(shí)會(huì)和膠體顆粒相互作用形成水薄膜，由此減弱土顆粒間的內(nèi)聚力，土體也會(huì)隨之膨脹。

（二）力學(xué)性質(zhì)

含水量達(dá)到一定程度時(shí)，由于土粒中存在鹽分，導(dǎo)致土粒間不斷加大距離，內(nèi)聚力也會(huì)不斷減少，隨之減弱土體強(qiáng)度。所以，潮濕狀態(tài)下，土有越大的含鹽量，強(qiáng)度則會(huì)越低。含鹽量到某個(gè)狀態(tài)之后，土中的水含量將會(huì)減少，鹽分會(huì)陸續(xù)結(jié)晶，隨之增加土的內(nèi)聚力，強(qiáng)度和不含鹽的同類土相比卻是更高的。

（三）濕陷性和水穩(wěn)性

鹽漬土在遇水時(shí)極易出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象，而易溶鹽和水接觸時(shí)還極易溶解，受到溶蝕作用后的地基極易塌陷。某些地區(qū)鹽漬土與黃土有著極為相似的結(jié)構(gòu)，都存在濕陷性。

（四）壓實(shí)性

水中有著越大的含鹽量，密度也會(huì)不斷減小，若含鹽量達(dá)到某個(gè)狀態(tài)時(shí)，將會(huì)不符合標(biāo)準(zhǔn)密度，土體也難以壓實(shí)，繼而出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

（五）有害毛細(xì)水

有害毛細(xì)水若上升，會(huì)使得地基土出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，土的強(qiáng)化若被降低，繼而會(huì)導(dǎo)致凍脹、鹽脹等病害的出現(xiàn)。土的礦物成分、粒度成分、水溶液溫度、土顆粒排列等都是影響毛細(xì)水上升的關(guān)鍵因素。

二、鹽漬土對(duì)公路路基的危害分析

（一）鹽脹危害

鹽漬土中含有大量的硫酸鹽，當(dāng)土壤溫度降低時(shí)，硫酸鹽會(huì)吸水結(jié)晶，體積增大，導(dǎo)致土體發(fā)生膨脹；當(dāng)土壤溫度升高后，硫酸鹽又會(huì)因?yàn)槊撍畬?dǎo)致體積減小。在反復(fù)脹縮之后，土體變得十分松軟。如果在鹽漬土上進(jìn)行公路建設(shè)，那么路基就會(huì)因?yàn)辂}脹危害，導(dǎo)致承載力明顯降低，出現(xiàn)路基沉降、路面開裂等問題。在我國北方地區(qū)，鹽漬土的溶脹情況比較常見，這也是造成路基沉降、翻漿等質(zhì)量病害的主要原因。

（二）溶陷危害

鹽漬土中的硫酸鹽、氯化物等都屬于易溶于水的成分。在土壤比較干燥的情況下，以晶體形式存在，硬度較大，土壤整體強(qiáng)度較高；但是在降雨之后，這些成分遇水溶解，一方面是導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)變得松散，壓縮性增強(qiáng)；另一方面鹽分隨水流失，孔隙率上升。在這種地質(zhì)上修建公路，當(dāng)路面有車輛駛過，路基受到壓力后沉降，路面也因?yàn)槭ブ味l(fā)生斷裂的情況。

三、鹽漬土環(huán)境下的路基設(shè)計(jì)

（一）工程概況

某公路工程位于黃河下游地區(qū)，全線長度104.4km。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，該地區(qū)表面土體以粉土、黏土為主，其中有35.8km為鹽漬土路段（硫酸鹽≥0.5%、氯鹽≥1.0%）。為保障路基穩(wěn)定，需要對(duì)路基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（二）平面線形設(shè)計(jì)

結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，明確該公路沿線鹽漬土的分布范圍，以及鹽漬化程度和鹽漬土的深度。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)，對(duì)于穿過鹽漬土邊緣的，或者鹽漬土零星分布區(qū)域，優(yōu)先考慮更改線路走向，繞過鹽漬土范圍。如果線路穿過大范圍的鹽漬土分布區(qū)域，不能繞開的，則采取換填法或隔斷法進(jìn)行處理。

（三）鹽漬土路基處理

1.基底處理

在鹽漬土取樣分析的基礎(chǔ)上，可通過檢測(cè)得到路堤基底和護(hù)坡道表層土的含鹽量。如果實(shí)際含鹽量超出容許含鹽量，則需要將這部分鹽漬土挖除。在確定開挖深度后，使用挖掘機(jī)與人工配合的作業(yè)模式?？墒紫壤脵C(jī)械開挖，在即將達(dá)到設(shè)計(jì)深度后替換成人工開挖，避免出現(xiàn)超挖的情況?；滋幚頃r(shí)，注意以路基中線為基準(zhǔn)，兩側(cè)做成傾斜5%的橫向坡面，方便排水?；组_挖完畢后，利用工具完成底面、坡面的壓實(shí)、平整處理，然后選擇礫石回填，深度大約在50cm。使用小型壓路機(jī)反復(fù)碾壓3-5遍，保證回填密度。

2.路基填料

在基底填筑完成并壓實(shí)以后，選擇非鹽漬土進(jìn)行路基回填。優(yōu)先考慮素土，如果公路工程附近沒有可以選擇的素土，也可以選擇含水率、含鹽率較低的粘土。本次工程中，路基設(shè)計(jì)深度為1.8m，除了路堤回填的50cm礫石，需要回填的非鹽漬土厚度為130cm。

3.壓實(shí)度控制

對(duì)于回填的路基材料，應(yīng)將其壓實(shí)以提高路基強(qiáng)度。由于回填料的厚度較大，為保證壓實(shí)效果，本次工程中采取分層填筑、層層壓實(shí)的方式。第一層為30cm，壓實(shí)后再填筑第二層，填料厚度為50cm。重復(fù)上述步驟完成第三層的回填。三層填筑、壓實(shí)后，檢測(cè)填料實(shí)際厚度和路基設(shè)計(jì)厚度的差值，繼續(xù)平鋪填料保證壓實(shí)之后路基高度能夠達(dá)到標(biāo)高值。要注意，每完成一層壓實(shí)后，需要測(cè)量土體密實(shí)度，如果未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則需要增加1-2遍的碾壓，確保路基土的密實(shí)度達(dá)標(biāo)。

4.設(shè)置毛細(xì)水隔斷層

在路基夯實(shí)處理的基礎(chǔ)上，土壤中大部分毛細(xì)管被破壞，但是還有部分毛細(xì)管存在，為了徹底阻止毛細(xì)水升降導(dǎo)致地基土中鹽分聚積，還應(yīng)設(shè)置封閉型隔斷層，起到雙重保護(hù)效果。尤其是在一些低洼路段，設(shè)置毛細(xì)水隔斷層尤為必要。理論上來說，隔斷層應(yīng)當(dāng)位于路基深度的1/2處，但是在實(shí)際工程中可以根據(jù)地質(zhì)條件、地下水位等因素，靈活進(jìn)行調(diào)整。通常情況下位于路基深度的1/3-2/3處都能夠起到預(yù)期的隔斷效果。對(duì)于路基土體成分比較單一的地區(qū)，只選擇風(fēng)積砂或河砂隔斷層即可；對(duì)于路基土體成分較為復(fù)雜，位于低洼處的路段，則考慮使用“兩層夾一膜”的復(fù)合式隔斷層。這樣一來，對(duì)毛細(xì)水的阻斷率可以達(dá)到100%，徹底解決了含鹽地下水隨著毛細(xì)管上升，在路基土壤中富集的問題。

5.路基防護(hù)措施

在鹽漬土地質(zhì)條件下進(jìn)行公路路基施工，除了要做好路基本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工處理外，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注路基邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，公路邊坡因?yàn)橹脖幌∩?，在夏季雨水較為集中的時(shí)節(jié)，邊坡因?yàn)樵獾接晁疀_刷而出現(xiàn)水土流失的情況并不少見。隨著土壤中養(yǎng)分大量流失，形成了鹽漬土。而邊坡的鹽漬化，也會(huì)間接地影響路基土壤的化學(xué)成分，造成路基土的鹽漬化。為避免此類問題，在公路工程建設(shè)中還要做好路堤邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，降低路基邊坡的坡度，或者在邊坡表面撒播草種、栽植灌木，起到護(hù)坡、固土的作用。另外，栽種一些耐鹽堿的植物，也能逐漸改良土壤，對(duì)降低邊坡土壤的鹽漬化程度也有積極效果。工程中應(yīng)在路基邊坡處進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)：對(duì)于邊坡填土高度超過2.5m的地方，使用C30預(yù)制混凝土砌塊在邊坡上做網(wǎng)格防護(hù)；在砌塊空心處填土并撒播草種進(jìn)行綠化；對(duì)于邊坡填土高度不足2.5m的地方，于坡面換填20cm的素土，并在素土上栽種灌木。

（四）鹽漬土路基設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)

1.設(shè)計(jì)原則

在路基設(shè)計(jì)中，對(duì)于地表鹽漬土應(yīng)堅(jiān)持以改良為主、更換為輔的設(shè)計(jì)原則。鹽漬化程度較低的，可以在路基開挖之后，通過設(shè)置河砂與土工膜形成隔斷層的方式，阻斷毛細(xì)水，達(dá)到防止路基土鹽漬化程度加深的效果。同時(shí)在道路兩側(cè)的邊坡上栽種耐鹽堿的植物，可以保證路基穩(wěn)定。鹽漬化程度較重的，基于路基安全性、穩(wěn)定性考慮，要使用挖掘機(jī)將表層鹽漬土挖除，然后重新用礫石、素土等回填并壓實(shí)。同時(shí)設(shè)置隔斷層，可以有效改良路基土質(zhì)。除此之外，路基設(shè)計(jì)中還應(yīng)堅(jiān)持防治結(jié)合、預(yù)防為主的原則。做好路基排水設(shè)計(jì)，將雨水及時(shí)疏導(dǎo)、排出。

2.注意事項(xiàng)

在鹽漬土路基設(shè)計(jì)中，為保證鹽漬土的處理效果應(yīng)注意以下事項(xiàng)：第一，前期的地質(zhì)勘察能夠?yàn)槁坊O(shè)計(jì)提供必要的參考，基于勘察資料，設(shè)計(jì)人員才能掌握公路沿線鹽漬土的分布范圍、深度以及鹽漬化程度等基本信息，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性。第二，路基設(shè)計(jì)不僅要考慮路基加固效果，還要兼顧成本。

結(jié)語

我國黃河沖積平原地區(qū)因?yàn)榈乩項(xiàng)l件、氣候特點(diǎn)等原因，形成了大面積的鹽漬土。在修建公路工程時(shí)，要認(rèn)識(shí)鹽漬土對(duì)路基穩(wěn)定性的危害，進(jìn)而采取針對(duì)性的路基設(shè)計(jì)方案，以消除鹽漬土的不利影響，營造良好的路基施工條件。在開展前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，分別采取基底處理、路基填料、壓實(shí)度控制、設(shè)置毛細(xì)水隔斷層等措施，能夠達(dá)到改良土質(zhì)、加固地基的效果。