新疆哈密至羅布泊沿線鹽漬土特征及其災害探析

慈 軍 ，張遠芳，劉 亮 ，那姝姝，劉 威

（新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 8 30052）

0 引言

鹽漬土是指地表下1m以內，易溶鹽含量大于0.5％的土。土中含鹽量超過這個標準時，土的物理力學性質將發生很大變化。鹽漬土地區公路病害主要有鹽脹、翻漿、溶陷和腐蝕等類型［1］。鹽漬土的三相組成與一般土不同，液相中含有鹽溶液，固相中含有結晶鹽，尤其是易溶的結晶鹽［2］，可溶鹽分在結晶時體積將產生膨脹，溶化時又將產生溶陷。由哈密通往羅布泊地區的線路，對開發沿線礦產、旅游資源、促進東西部地區優勢互補將起到積極作用，而素有“大耳朵”之稱羅布泊（圖1）卻是重鹽漬土［3］地區，土壤鹽漬化往往是一些路基失效的主要破壞方式，對公路及鐵路等工程建設的危害性很大，應對該沿線的鹽漬化問題有個明確的認識和了解。

圖1 羅布泊的衛星云圖Fig.1 The satellite cloud graph of Lop Nur

1 沿線地形地貌

哈密至羅布泊線路（圖2）北起蘭新鐵路哈密火車站，沿哈密盆地向南，以路塹通過天山支脈覺羅塔格、庫魯克塔格東部低山丘陵，進入羅布泊平原。沿線經過區域，按地貌可分為哈密盆地沖洪積平原區、覺羅塔格和庫魯克塔格山低山丘陵區、羅布泊湖積平原區。

1.1 哈密盆地沖洪積平原區

哈密盆地為我國最大的內陸盆地之一，地形為北高南低、東西傾斜，北部為天山山脈，南部為低山剝蝕丘陵，中部為南湖戈壁。線路海拔高程為510～700m，地形較平坦、開闊，地面橫坡小于5‰。由于氣候干旱，降雨量小、蒸發量大，局部地段存在鹽漬土現象（圖3）。

圖3 哈密盆地沖、洪積平原區Fig.3 The diluvial-alluvial plain of Ham i Basin

1.2 覺羅塔格、庫魯克塔格山低山丘陵區

覺羅塔格、庫魯克塔格山為天山東部支脈，地形中間高，為低山丘陵和剝蝕丘陵區，兩面低，北部與哈密盆地接壤，為南湖戈壁，南部與羅布泊凹地相接。海拔高程700～1400m，相對高差較小，一般為10～50m，山體平緩，局部呈剝蝕準平原，大部分基巖裸露，局部山間凹地、溝谷為第四系洪積圓礫土。由于氣候干旱，降雨量小，蒸發量大，地表植被稀疏，無地表水（圖4）。

圖4 庫魯克塔格山區風蝕殘丘地貌Fig.4 The erosion monadnock geomorphology of Kulukatag

1.3 羅布泊湖積平原區

羅布泊湖積平原位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州境內，塔里木盆地東部，其行政區劃屬若羌縣管轄。北部以庫魯克塔格山山前洪積扇為界，南至阿爾金山，東邊為北山，西邊為庫魯克沙漠。鹽湖南北長115km，東西寬90km，面積10350km2，是世界上最大的干鹽湖之一（圖5、6）。

2 沿線氣候條件

圖5 羅布泊湖積平原區羅北凹地Fig.5 The north hollow of the Lop Nur Lacustrine p lain

圖6 羅布泊湖積平原區東臺地Fig.6 The east platform of the Lop Nur Lacustrine plain

由于新疆地處亞歐大陸的腹地，遠離海洋，因此氣候為具有強烈的大陸性干燥氣侯，表現為干旱和荒漠化的氣候特征。哈羅線路沿線所經地區為哈密盆地和羅布泊地區，屬典型的大陸性干燥氣侯，一般夏季高溫，冬季寒冷，干旱少雨，極端高氣溫可達43.9℃ ～48℃，最低氣溫可降到 -32.0℃；最大降水量19.9mm/d，年總蒸發量很大，約4169.1～5065mm，年降水量一般在34.6～38.5mm，降水一般集中于6、7月。其中羅布泊地區尤其以氣候干熱，晝夜溫差大，蒸發量大，降雨量少而著稱。晝夜溫差最大發生在6月，晝夜溫差高達38.2℃，沿線氣象資料見表1。

表1 沿線氣象資料統計表Table 1 The table of climate from Hami to Lop Nur

3 沿線水文特征

線路通過區地表水為季節性水，區域內無大的河流。其中大南湖水庫，水量具有明顯的季節性。沿線地下水主要有第四系孔隙潛水、承壓水、基巖裂隙水。

3.1 第四系孔隙潛水

第四系孔隙潛水主要分布于哈密至大南湖鄉間農田區以及羅布泊湖區。羅布泊湖區地下潛水，水位變化較大。主要受羅布泊鉀鹽礦不斷抽取鹵水的影響及氣候的變遷，總的趨勢是水位不斷下降。

3.2 承壓水

承壓水主要分布于羅布泊，共分布有6層承壓鹵水。分別賦存于第四系上更新統中部、中上部及下部的鈣芒硝層中，且均為飽和鹵水，具有強烈的侵蝕性。

3.3 基巖裂隙水

賦存于覺羅塔格、庫魯克塔格山部分斷層構造及基巖節理、裂隙中，主要接受大氣降水的補給，由于降水量稀少，地下水相對貧乏或水量不大。

4 沿線鹽漬土特征

羅布泊因第四系以來氣候持續干旱少雨，已經成為一個干涸的湖泊，地表分布著厚厚的鹽層，含鹽量一般在65％ ～95％，形成一層堅硬的鹽殼，并且近年來持續不斷地開采地下鹵水，鹽殼不斷增厚，鹽層的強烈毛細水上升高度約0.6m。由相關資料可知［4］，CL-含量一般在2.856～4.056g/100g，SO42-含量一般在1.443～14.62g/100g，Ca2+含量一般在5.27～5.41g/100g，總含鹽量含量一般在6.688～20.66g/100g，各層含鹽量均大于5g/100g。其鹽漬土主要為強氯鹽漬土，具有強侵蝕性。

4.1 鹽脹

在羅布泊湖區，廣泛分布的鹽層中含大量芒硝，局部呈層狀分布，層厚1.0～2.0m。芒硝的主要成分是帶有十個結晶水的十水硫酸鈉（Na2SO4·10H2O），在干旱少雨季節會失去水而收縮，降雨時會吸水導致膨脹。同時羅布泊晝夜溫差極大，在每年的6月份，白天最高氣溫達42.5℃，夜間最低氣溫為4.3℃，晝夜溫差達38.2℃，在溫度急劇變化下十水硫酸鈉（Na2SO4·10H2O）會因溫度升高而失去結晶水形成小的孔隙，也會因溫度降低吸收空氣中水蒸氣而膨脹，使土粒間的孔隙增大，土粒松散，形成鹽結殼剝離的蓬松層。實驗表明當溫度在32.4℃時芒硝放出水分，成為無水芒硝，體積減小。鹽脹的反復作用，促使路基土體的結構遭到破壞，致使路面形成波浪、鼓包甚至開裂，路面的平整度嚴重下降，同時路基整體強度和穩定性也嚴重受到影響（圖7）。

圖7 羅布泊湖區鹽脹Fig.7 The salt expansion of the Lop Nur Lacustrine plain

4.2 鹽巖

鹽巖主要是由易溶于水的鉀、鈉、鈣、鎂的鹵化物和硫酸鹽所組成的化學沉積巖。哈羅沿線的鹽巖主要成份為鈣芒硝沉積物、石鹽沉積物、石膏沉積物和黏土沉積物。主要分布于羅布泊湖積平原區羅北凹地一帶。鹽巖在地下水及地表降水作用下發生溶蝕，呈現出蜂窩狀孔洞，導致土體強度逐漸喪失。對沿線公路、鐵路、建筑等工程的危害主要表現為鹽溶陷穴、鹽溶孔隙、溶陷及對混凝土和金屬材料的侵蝕性（圖8、9）。

圖8 羅布泊湖積平原區鹽巖Fig.8 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

圖9 羅布泊湖積平原區鹽巖Fig.9 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

4.3 鹽溶及翻漿

季節性凍土區由于融化的水下滲，在解凍層和未解凍層之間形成自由水，這部分自由水不能及時排出，在車輛荷載的作用下使路面出現臌包、唧泥等翻漿現象。與季節性凍土地區的翻漿有所不同的是，沿線所經過的鹽漬土區域，在地表水及地下水的影響下，原本在干燥狀態時具有較高強度的晶體鹽巖浸水后發生溶解，致使地基土的強度大幅下降，同時氯化鹽漬土具有明顯的保濕性，使地基土處于潮濕、飽和狀態，易產生“液化”現象［5］，在上部車輛荷載作用下易造成路面溶陷，泥漿從裂縫中冒出，致使路面出現翻漿現象（圖10、11）。

圖10 建筑物周邊出現的鹽溶Fig.10 The salt solution which surrounding the buildings

圖11 公路路面上出現的鹽溶Fig.11 The salt solution which occurs on the road

4.4 腐蝕

羅布泊湖積平原區羅北附近的鹽漬土中含大量的氯離子及硫酸根離子，這些易溶鹽在潮濕的環境中以溶液的狀態通過毛細作用滲入到混凝土孔隙中，當建筑物處于干濕交替或早晚溫差較大的環境中時，水分的蒸發使得結構物孔隙中的鹽類發生結晶膨脹而產生很大的拉應力，致使混凝土發生疏松、開裂以致脫落，從而導致里面的鋼筋暴露于侵蝕環境，容易被滲入的各種易溶鹽所侵蝕，引起鋼筋混凝土等結構設施的開裂和破壞（圖12）。

圖12 建筑物遭受鹽漬土腐蝕Fig.12 The building suffered from saline soil corrosion

5 結論和建議

（1）針對哈密盆地沖洪積平原區，地下水位埋深一般為1～5m，水質局部具有弱侵蝕性。在花園鄉附近分布有鹽漬土，南湖戈壁地表下5～50cm存在石膏土，此段可采用耐腐土工膜形成封閉隔斷層，隔絕毛細水對路基不利影響。

（2）針對覺羅塔格、庫魯克塔格低山丘陵區，本段主要不良地質現象為風沙流和風蝕，路基應采取防風固沙和防風蝕等措施。

（3）針對羅布泊湖積平原區，地下水水位變化較大，羅北洼地水位埋深一般在1～3 m，東臺地水位埋深一般8～10 m，水質極差，具強侵蝕性。鹽巖及在其中形成的鹽溶陷穴、鹽溶等較發育。地基土建議進行翻曬處理［6-7］，并碾壓夯實，必要時可考慮噴灑適量水，以消除淺層鹽溶孔隙，降低地基土的壓縮性和溶陷性。

［1］徐學祖.土體凍脹和鹽脹機理［M］.北京：科學出版社，1995：25-26.XU Xuezu.Mechanisms of frost heaving and salt expansion of soils［M］.Beijing：Science Press，1995：25-26.

［2］王小生，章洪慶，薛明，等.鹽漬土地區道路病害與防治［J］.同濟大學學報，2003，31（10）：1178-1182.WANG Xiaosheng，ZHANG Hongqing，XUE Ming，et al.Road disease and treatment in saline soil area ［J］.Journal of Tongji University，2003，31（10）：1178-1182.

［3］新疆交通科研所.重鹽土地區公路鹽脹病害防治［R］.1990，5：8-10.The Traffic Research Institute of Xinjiang.Saline soil salt expansion disease prevention and treatment of highway［R］.1990，5：8-10.

［4］新疆羅布泊鉀肥基地年產120萬噸鉀肥項目采輸鹵工程初步設計［R］.2006.Xinjiang Lop Nor potash fertilizer production base with an annual output of 1200000 tons of potash fertilizer project preliminary design of brine extraction and transportation engineering［R］.2006.

［5］包衛星.喀什地區鹽漬土工程性質試驗研究［D］.西安：長安大學，2005.BAO Weixing.Kashi saline soil research on engineering properties［D］.Xi'an：Chang'an University，2005.

［6］羅偉甫.鹽漬土地區公路工程［M］.北京：人民交通出版社，1980：146-152.LUO Weipu.Saline soil area of highway engineering［M］.Beijing：China Communications Press，1980：146-152.

［7］徐攸在.鹽漬土地基［M］.北京：中國建筑上業出版社，1993：33-38.XU Youzai.Saline soil foundation［M］Beijing：China Architecture and Building Press，1993：33-38.