路堤填筑試驗(yàn)的粗粒鹽漬土路基防治對策探究

李長春

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430000）

我國西北內(nèi)陸的青海、新疆及甘肅等地，氣候是非常典型的干旱、半干旱地區(qū)，鹽漬土分布廣泛。該地區(qū)建成的公路主要病害有坑槽、翻漿、鹽脹、路面起伏等，在很大程度上限制該地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及行車的舒適度。并且在鹽漬土中有可溶鹽，會和建筑材料之間發(fā)生反應(yīng)，從而改變材料性質(zhì)，腐蝕公路構(gòu)筑物，使得構(gòu)筑物的正常運(yùn)營與壽命受到很大影響。在鹽漬土地區(qū)，公路地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)就是處治鹽漬土病害，以及遴選合適、優(yōu)質(zhì)的路基填料。

1 粗粒鹽漬土賦存特征

為了了解鹽漬土地區(qū)公路病害，需要調(diào)查西北地區(qū)高速公路和國道的路基面，對路基填料進(jìn)行分段取樣，之后測試易溶鹽，以分析鹽漬土危害路段的情況。在上述工作基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)總結(jié)土體鹽分的規(guī)律，大部分鹽分和土層之間呈現(xiàn)平行條帶狀分布，其形態(tài)主要分為四種：不連續(xù)鹽分現(xiàn)象、富集鹽分塊狀結(jié)晶、毛細(xì)蒸發(fā)連片及毛細(xì)蒸發(fā)條帶分布晶簇狀鹽分。另外，因?yàn)辂}脹變形，改變了鹽分的形態(tài)，呈現(xiàn)波形分布，這種情況在地表下1～3m處比較明顯。有相關(guān)研究表明，上覆荷載有著抑制粗粒鹽漬土的作用，所以，在設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)時，要設(shè)置鹽脹抑制層。根據(jù)鹽脹層優(yōu)化設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)，能夠有效防治粗粒鹽漬土路基。

2 路用性能

粗粒土作為路基填料其適用性與含鹽量有很大關(guān)系，并且對后期維持路基穩(wěn)定有著很大的影響。

評價路基填料性能的指標(biāo)主要是回彈模量、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及CBR。在砂礫土、角礫土路用性能中含鹽量存在臨界值，這個臨界值與土中細(xì)顆粒之間成正比，此外，CBR和平均含鹽量之間服從高斯分布，如式（1）、式（2）所示。

在式（1）、式（2）中，D表示平均含鹽量。

相比砂礫土，角礫土CBR和平均含鹽量之間沒有很大的相關(guān)性，與細(xì)粒含量、土體均勻性有關(guān)。增加含鹽量會使路基回彈模量下降。另外，填筑路基時，需要在最優(yōu)含水量的情況下進(jìn)行。

土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不受側(cè)向限制時單軸強(qiáng)度破壞最大。土體是非常多見、常用的建筑材料及承載體，需要確定其承載力，所以，在工程建設(shè)中，必須考慮土體的抗壓強(qiáng)度。

3 鹽脹規(guī)律與預(yù)測模型

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在某個鹽漬土地區(qū)分別設(shè)置2.0%角礫土，含鹽1.0%；2.0%砂礫土，含鹽1.0%；不含鹽砂礫土，以探究不同路基變形規(guī)律。路基填料級配見表1。為了分析土工膜抑制路基鹽脹變形的情況，還設(shè)置了含鹽2.0%角礫+土工膜路基、含鹽2.0%砂礫+土工膜路基兩組試驗(yàn)。經(jīng)過取土、分層碾壓等流程，采取原施工方法填筑七種路基鋪設(shè)工作，采集數(shù)據(jù)可借助溫度與變形監(jiān)測設(shè)備。

表1 路基填料級配表（%）

通過地層溫度的研究表明，其與環(huán)境溫度變化比較總會出現(xiàn)一定的滯后，并且這種滯后時間會因?yàn)榈貙由疃鹊脑黾佣黾樱@種情況與降溫、升溫過程沒有關(guān)系。地層溫度年變化為周期正弦曲線，如式（3）所示。

式（3）中不同深度各參數(shù)擬合系數(shù)見表2。

表2 不同深度各參數(shù)擬合系數(shù)

4 路基加筋防治效果

可根據(jù)粗粒土鹽脹層和鹽脹變形機(jī)理優(yōu)化設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)，土工膜鋪設(shè)能夠有效限制路基變形。在清楚鹽脹層的情況下，為防止地表水和地下水滲入，需要合理設(shè)置土工膜進(jìn)行隔斷，以有效控制路基水分，使其處于一個干燥的狀態(tài)，不會發(fā)生次生鹽漬化侵襲的情況，從而有效治理路基鹽脹。

雖然路基不管設(shè)不設(shè)置土工膜都會因?yàn)闇囟茸兓l(fā)生變形，但是，設(shè)置土工膜的路基對溫度變化的敏感度變小，由此能夠得出，在溫度變化時，設(shè)置土工膜能夠減少變形。土工膜有著保溫、減水的效果，土體溫度因保溫效果變化非常小，導(dǎo)致土中很難發(fā)生硫酸鹽形成芒硝晶體的情況，從而抑制路基隆起。其減水效果能夠阻斷自由水進(jìn)入土體，當(dāng)土體中的水分減少時，硫酸鹽形成不了芒硝晶體，并且因土體缺水也會抑制凍脹發(fā)生。綜上所述，在鹽漬土路基防治過程中應(yīng)用加筋法效果比較明顯。

5 結(jié)語

本文以內(nèi)陸干旱地區(qū)鹽漬土路基成果為基礎(chǔ)，利用荷載試驗(yàn)、路基填筑試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)，研究了該地區(qū)的路基防治措施，得出如下結(jié)論：

（1）該地區(qū)是由鹽脹抑制層、水鹽運(yùn)移隔斷層及鹽分富集結(jié)晶層組成的鹽脹結(jié)構(gòu)模式。根據(jù)此點(diǎn)，設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)時，要設(shè)置鹽脹抑制層，鹽脹抑制層要有緩沖鹽脹力和足夠的附加荷載特點(diǎn)。

（2）粗粒土CBR和平均含鹽量之間服從高斯分布，對于影響鹽漬土的承載性能存在著臨界含鹽量，并且該臨界值和細(xì)顆粒之間成正比。在防治路基鹽脹的過程中，填筑的前提要保證密實(shí)度的控制及最優(yōu)含水量，而對于路基承載力的穩(wěn)定，采取防水措施非常關(guān)鍵。

（3）該地區(qū)路基地溫隨著氣溫年變化而出現(xiàn)周期正弦曲線，從地表往下溫度出現(xiàn)衰減，到臨界深度之后，溫度不再出現(xiàn)變化，其臨界深度在4～6m之間。

（4）基于路基的變化模式，提出鹽漬變形預(yù)測模型，并配合容許變形量和行業(yè)規(guī)范，以評價路基場地和路基填料。

（5）通過路基填筑試驗(yàn)看出，粗粒鹽漬土路基通過鋪設(shè)土工膜，能夠有效抑制鹽脹變形，對填料體積與軟化變形方面有很好的抑制作用。