新疆東北部某鐵路沿線粗顆粒鹽漬土特征

龐學(xué)棟PANG Xue-dong

（中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京 101304）

0 引言

鹽漬土是工程中一種特殊巖土現(xiàn)象[1]，特別是在我國西北部的新疆地區(qū)[2]，由于氣候干燥、蒸發(fā)強烈，在長期過程中，地表形成了較厚的鹽漬土。新疆東北部的哈密、昌吉戈壁地區(qū)分布大量粗顆粒細圓礫土和細角礫土，加之特殊的氣候條件，形成了粗顆粒鹽漬土[3]。鹽漬土對鐵路工程建設(shè)有較多不利的影響，查明鹽漬土的特征是保證鐵路建設(shè)和運營安全的重要一環(huán)。

1 工程概況

擬建鐵路位于新疆維吾爾自治區(qū)東北部的昌吉回族自治州和哈密市境內(nèi)，東經(jīng)89°56′～94°43′，北緯41°43′～43°46′，該鐵路東端自紅淖鐵路引出，沿天山北麓向西，經(jīng)伊吾縣、巴里坤哈薩克自治縣、木壘哈薩克自治縣和奇臺縣及準(zhǔn)東經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，西端與烏將鐵路相接，總長約430 公里。

2 沿線自然特征

2.1 地貌及地層巖性

研究區(qū)地貌主要為山前傾斜沖洪積平原，山前剝蝕丘陵、盆地邊緣洪積平原、盆地邊緣剝蝕丘陵，地勢總體呈南高北低的態(tài)勢。地表多分布第四系沖洪積細圓礫土、細角礫土等，局部出露上第三系和侏羅系泥巖、砂巖和礫巖等。

2.2 氣象特征

研究區(qū)屬中溫帶干旱大陸性氣候區(qū)，其特點是氣候干燥，旱季長、雨季短，降雨量少而且集中，晝夜溫差變化較大，春、秋季多風(fēng)，夏季短促，冬季寒冷。年平均氣溫5.2℃～11.8℃；極端最高氣溫37.9℃～45.1℃，極端最低氣溫-40.4℃～-26.9℃；年平均降水量19.4～321.1mm；年平均年蒸發(fā)量974.7～3900mm。氣候干燥、蒸發(fā)強烈的氣候條件為鹽漬土的形成提供了必要條件。

2.3 地下水特征

研究區(qū)地下水主要賦存于河床、河漫灘等第四系松散沉積層中，受大氣降水、高山融雪及地表水的補給。地表局部有短時洪流，地下水位埋藏較深，隨季節(jié)變化波動較大，地下水位埋深多在0.8～25m 不等。

3 粗顆粒鹽漬土特征

選取鐵路沿線87 處地表土樣進行易溶鹽分析試驗，每處在0～1.0m 和2.0～3.0m 深度范圍內(nèi)各取一組土樣，共計174 組易溶鹽試驗分析數(shù)據(jù)。由以上174 組試驗數(shù)據(jù)分析鐵路沿線粗顆粒鹽漬土的特征。

3.1 鹽漬土粒徑特征

沿線地表多分布洪積細圓礫土和細角礫土，厚度0.5～10m 不等。多呈棕黃色、灰褐色，礫石母巖多為砂巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、玢巖等，尖棱狀，顆粒不均。其中，粒徑2～0.5mm 占比15.8%～19.6%；粒徑2～20mm 占比37.2%～52.8%；粒徑大于20mm 占比0%～18.2%，余為雜砂及粉黏粒充填，稍濕-飽和，稍密-密實。

3.2 鹽漬土類型特征

由試驗數(shù)據(jù)，沿線分布鹽漬土類型有：硫酸鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、亞氯鹽漬土和氯鹽漬土。174 組數(shù)據(jù)中，硫酸鹽漬土99 組，占比56.9%；亞硫酸鹽漬土46 組，占比26.4%；亞氯鹽漬土15 組，占比8.6%；氯鹽漬土14 組，占比8.1%。

3.3 含鹽量特征

依據(jù)試驗結(jié)果，分析鹽漬土中含鹽量、主要陽離子（Na++K+、Ca2+、Mg2+）和主要陰離子（CO2-+HCO3-、SO42-、Cl-）的含量特征。鹽漬土含鹽量在0.37%～10.73%；其中，硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土的含鹽量在0.37%～1.79%，依據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》[4]屬中鹽漬土；氯鹽漬土和亞氯鹽漬土的含鹽量在1.0%～10.73%，依據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》屬中～強鹽漬土。

土中主要陽離子（Na++K+、Ca2+、Mg2+）含量隨鹽漬土含鹽量變化規(guī)律[5]，見圖1。Na++K+離子含量占比在0.02%～3.9%，多小于1.0%，離子含量隨含鹽量增加呈線性關(guān)系增加，絕對數(shù)值變化較大。Ca2+離子含量占比在0.01%～0.29%，多小于0.2%，離子隨土中含量隨含鹽量增加的趨勢明顯，絕對數(shù)值變化不大；Mg2+含量占比在0.01%～0.10%，Mg2+離子隨土中含鹽量增加而增大的趨勢不明顯，絕對數(shù)值變化不大。

圖1 土中代表性陽離子含量特征圖

土中主要陰離子（CO2-+HCO3-、SO42-、Cl-）含量隨鹽漬土的含鹽量變化規(guī)律[6]，見圖2。CO2-+HCO3-離子含量占比在0.05%～0.09%，離子隨土中含鹽量增加而增大的趨勢不明顯，絕對數(shù)值變化不大；SO42-含量占比在0.16%～1.12%，多小于0.8%，隨土中含鹽量增加的趨勢明顯，絕對數(shù)值變化不大；Cl-離子含量占比在0.02%～5.33%，多小于2%，離子含量隨含鹽量增加呈近線性關(guān)系增加，絕對數(shù)值變化較大。

圖2 土中代表性陰離子含量特征圖

3.4 侵蝕性特征

依據(jù)試驗結(jié)果，分析土層中不同深度、不同位置代表性陽離子（Mg2+）和代表性陰離子（SO42-、Cl-）的侵蝕性特征。

沿線土樣中Mg2+離子含量在57.36～1012.46mg/kg，對于地表不同深度的土樣：整體來看，地表0～1.0m 深度Mg2+離子含量要大于地表2.0～3.0m 深度Mg2+離子含量；對于沿線不同位置處土樣，Mg2+離子含量差別較大。依據(jù)Mg2+離子含量，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》[7]為弱腐蝕性。

沿線土樣中Cl-離子含量在240～15000mg/kg，見圖3，對于地表不同深度的土樣，DK315 前整體上地表0～1.0m深度Cl-離子含量與地表2.0～3.0m 深度Cl-離子含量基本一致，變化較??；DK315 后不同深度處Cl-離子含量差別較大，一般為地表0.5～1.0m 深度含量大于地表2.0～3.0m 深度。對于沿線不同位置，DK315 前段Cl-離子含量多小于750mg/kg，為微腐蝕性，少量小于7500mg/kg，為弱腐蝕性；DK315 后Cl-離子含量多大于750mg/kg，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》為弱腐蝕性，部分大于7500mg/kg，為中腐蝕性。

圖3 土中氯離子空間分布特征圖

沿線土樣中SO42-離子含量在1583.13～11214.72mg/kg，見圖4，對于地表不同深度的土樣，整體上地表0.5～1.0m 深度SO42-離子含量與地表2.0～3.0m 深度SO42-離子含量變化較大。對于沿線不同位置，SO42-離子含量多在750～9000mg/kg，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》為弱～中腐蝕性，個別地段大于9000mg/kg，為中腐蝕性。

圖4 土中硫酸根離子空間分布特征圖

4 鹽漬土防治對策

擬建鐵路沿線工點多為路基工程和橋梁涵洞工程，沿線鹽漬土含鹽量特征整體變化較大，不同段落應(yīng)依據(jù)工點處環(huán)境土的侵蝕、工程特點選用不同的防治對策。對于路基工程：①當(dāng)路基填方高度滿足不發(fā)生次生鹽漬化的高度要求時，建議鏟除基底超限土層換填路基相鄰部位填料；②當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，填方高度不能滿足不發(fā)生次生鹽漬化的高度要求時，建議在路基底部采取鋪設(shè)土工膜等隔斷毛細水的措施；③當(dāng)水位較低時換填滿足路基結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位要求的填料。對于橋涵工程：①涵洞基礎(chǔ)墊層及出入口翼墻基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號均應(yīng)按侵蝕環(huán)境作用等級提高混凝土型號（同涵身）；②涵洞基底設(shè)30cm 細粒石30 號瀝青混凝土隔離層，表面噴聚氨酯防腐涂料；③橋梁基礎(chǔ)應(yīng)按侵蝕級別選用混凝土強度等級，并采取有效的隔離措施。

5 結(jié)語

研究區(qū)由于特殊的氣候、水文和巖土條件，地表形成較多粗顆粒鹽漬土。本文通過沿線87 處地表土樣進行易溶鹽分析試驗，每處在0～1.0m 和2.0～3.0m深度范圍內(nèi)各取一組土樣，共計174 組易溶鹽試驗分析數(shù)據(jù)，分析沿線粗顆粒鹽漬土的特征，鐵路沿線粗顆粒鹽漬土特征如下：

①沿線地表多分布洪積細圓礫土和細角礫土。其中，粒徑2～0.5mm 占比15.8%～19.6%；粒徑2～20mm 占比37.2%～52.8%；粒徑大于20mm 占比0%～18.2%。沿線鹽漬土多屬粗顆粒鹽漬土。

②沿線分布鹽漬土有硫酸鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、亞氯鹽漬土和氯鹽漬土，主要為硫酸鹽漬土。

③沿線硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土屬中鹽漬土；氯鹽漬土和亞氯鹽漬土屬中～強鹽漬土。Na++K+離子和Cl-離子含量隨含鹽量增加呈近線性關(guān)系增加；Ca2+和SO42-離子隨土中含量隨含鹽量增加的趨勢明顯；Mg2+和CO2-+HCO3-離子隨土中含鹽量增加而增大的趨勢不明顯，絕對數(shù)值變化不大。

④沿線代表性陽離子（Mg2+）和代表性陰離子（SO42-、Cl-）對建筑結(jié)構(gòu)多具有弱-中等強度的侵蝕性。