新疆鹽漬土公路路基病害及施工處理措施分析

劉務(wù)波

（中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 101300）

0 引言

在高速公路建設(shè)中，路基是非常關(guān)鍵的組成部分。為延長(zhǎng)高速公路使用壽命，必須保證路基的質(zhì)量。由于鹽漬土的存在，對(duì)路基造成很大的影響，導(dǎo)致道路質(zhì)量和使用壽命大大縮短。新疆大部分地區(qū)為鹽堿地，對(duì)道路建設(shè)的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，從而導(dǎo)致道路的耐久性下降，增加了國(guó)家財(cái)政的相關(guān)開支，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展不利。基于此，采用更為科學(xué)的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)來進(jìn)行路基施工建設(shè)顯得十分必要，施工單位有必要對(duì)其展開深入的研究。

1 鹽漬土介紹

鹽漬土包括鹽堿土與碳土等一系列土質(zhì)。在道路建設(shè)方面，鹽漬土是指位于地面下方1m 處且含鹽量超過0.3%的土質(zhì)，地表任意地方含鹽量大于0.5%的土質(zhì)也均屬于鹽漬土。該工程路線起點(diǎn)位于依吞布拉克鎮(zhèn)東3km，順接青海段終點(diǎn)（G315 線K1281處），項(xiàng)目終點(diǎn)位于若羌縣城北側(cè)與既有G218 線相接，順接若羌至民豐段高速公路項(xiàng)目。工程中存在大量的鹽漬土地帶，且有些屬于中鹽漬土和強(qiáng)鹽漬土。

在公路施工過程中，由于鹽漬土的侵蝕，會(huì)造成路面失穩(wěn)，并引發(fā)路基鹽脹、溶陷、腐蝕等各種病害。隨著外界自然條件的改變，鹽漬土的狀態(tài)也隨之發(fā)生改變，使得在鹽漬土路上修建道路較其他的施工工程更為困難。具體來說，主要是裂縫擴(kuò)展或出現(xiàn)一系列物理化學(xué)現(xiàn)象，土質(zhì)不斷產(chǎn)生新的形態(tài)，造成路面結(jié)構(gòu)改變、路基變形、局部土體坍塌等現(xiàn)象。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)踐表明，鹽漬土地的物理化學(xué)特性不穩(wěn)定，且對(duì)自然環(huán)境尤為敏感，在自然環(huán)境有所改變的條件下，鹽漬土的體積和形態(tài)會(huì)與之前的狀態(tài)存在較大差異，這種連續(xù)性變化對(duì)公路路基造成了很大的破壞，使路基的穩(wěn)定性很難保持，使公路的整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，降低了路面的綜合性能[1]。

2 病害種類及成因分析

2.1 溶陷問題

鹽漬的種類有很多，按其在水中溶解度的大小，分為易溶鹽（如氯化鈉NaCl、硫酸鈉Na2SO4、硫酸鎂MgSO4）、中溶鹽（如硫酸鈣CaSO4）、難溶鹽（如碳酸鈣CaCO3）。對(duì)公路起危害作用的主要是易溶鹽，鹽漬土按鹽漬化程度又可分為弱鹽漬土、中鹽漬土、強(qiáng)鹽漬土、過鹽漬土。其中，氯鹽漬土、硫酸鹽漬土不僅具有高含量的可溶性鹽，還可以在干燥條件下顯示出很好的強(qiáng)度。隨著水分含量的持續(xù)增長(zhǎng)，鹽組分就會(huì)大量溶解、結(jié)晶，同時(shí)由于土體自身重量和車輛荷載等因素的作用，易導(dǎo)致土體發(fā)生溶陷，由硫酸鹽構(gòu)成的土質(zhì)更易發(fā)生溶陷現(xiàn)象。

通過對(duì)硫酸鹽特性的分析可以看出，氯鹽對(duì)溫度與濕度具有較高的敏感性，并隨著氣溫的持續(xù)上升發(fā)生連續(xù)的吸水性溶解，從而導(dǎo)致路基的溶蝕性和穩(wěn)定性變差。當(dāng)某一區(qū)域的地下水濃度較高時(shí)，由于毛細(xì)水的上升，將導(dǎo)致大量的鹽向路基層遷移，從而影響道路路面的質(zhì)量。在后續(xù)運(yùn)行過程中，由于各種因素的影響，如車輛載重等，造成路面嚴(yán)重?fù)p壞。

此外，隨著溫度的增加，硫酸鹽的適應(yīng)性越來越好，溶解度也越來越低，可以防止大多數(shù)的結(jié)晶水溶解，從而減少路面溶陷的概率。在治理濕陷性情況時(shí)，應(yīng)注意控制土壤的可溶鹽含量和毛細(xì)水的運(yùn)移[2]。

2.2 鹽脹和松脹

鹽漬土壤通常會(huì)出現(xiàn)鹽脹與松脹等病害情況。土壤中存在大量的硫酸鹽是導(dǎo)致土壤鹽脹松脹的主要因素，硫化物對(duì)土壤高度和密度的影響非常顯著，若在此類松脹土地上修建路基，會(huì)造成道路的鹽脹、松脹等問題，從而對(duì)道路的正常使用造成很大的影響。通過對(duì)鹽堿地進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在鹽堿地中當(dāng)硫酸鹽含量大于2%時(shí)會(huì)引起土壤的結(jié)構(gòu)改變，在鹽脹和松脹作用下，使土壤發(fā)生顯著的凸起，若在該類土地上建設(shè)道路，會(huì)在一定程度上提高車輛行駛的危險(xiǎn)性。新疆鹽堿地的鹽脹狀況與其所處的氣候條件密切相關(guān)，在寒冷冬季，土壤中的硫酸鹽會(huì)結(jié)晶為塊狀，土壤中的其他鹽類也會(huì)發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，從而使道路表面突起。在夏天較炎熱、雨水也比較多的時(shí)候，土壤里的鹽分則會(huì)被溶解，硫酸鹽也會(huì)迅速溶解于水中，從而導(dǎo)致土壤中鹽的顆粒減少，進(jìn)而導(dǎo)致道路的沉降。同時(shí)，新疆晝夜溫差大，這一現(xiàn)象也會(huì)頻繁出現(xiàn)。在這種條件下，地基結(jié)構(gòu)會(huì)不斷地發(fā)生變化，從而對(duì)地基的使用安全性產(chǎn)生很大的影響[3]。

2.3 翻漿問題

土壤翻漿是易發(fā)生于鹽漬土質(zhì)中的一種非常危險(xiǎn)的病害，如果土壤水分及粉質(zhì)土的品質(zhì)不能保證，鹽分、凍點(diǎn)等因素會(huì)對(duì)土壤造成很大的影響，甚至?xí)?dǎo)致土壤發(fā)生嚴(yán)重翻漿。

就新疆土壤中的氯鹽堿化土壤進(jìn)行分析，如果氯鹽濃度太低，就會(huì)使土壤結(jié)凍溫度顯著降低，從而提高土壤的水分聚集作用，提高土壤凍脹的發(fā)生概率，且該翻漿病害主要發(fā)生在春季氣溫上升、冰雪融化時(shí)。如果氯鹽濃度太高，則對(duì)土壤結(jié)凍溫度的影響不大。

硫酸鹽漬土的特征是：土壤結(jié)冰溫度不受鹽濃度的影響、極少發(fā)生大幅度的冰點(diǎn)變化，又因高強(qiáng)度、密水性等因素的作用，導(dǎo)致路基發(fā)生凍脹和翻漿。因此，在防治硫酸鹽漬土發(fā)生翻漿等情況時(shí)，應(yīng)通過控制土壤含鹽量和土壤中的水分轉(zhuǎn)移來達(dá)到控制土壤含鹽量的目的，防止土壤水分的遷移。

2.4 鹽分遷移提升

目前，鹽漬土中鹽分的遷移也是經(jīng)常出現(xiàn)的一種土壤病害，并會(huì)對(duì)路基的實(shí)際應(yīng)用安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鹽漬土中的鹽遷移現(xiàn)象與土壤中水分的毛細(xì)管活動(dòng)密切相關(guān)，當(dāng)土壤中的鹽組分被溶解后，水分在毛細(xì)管中起到了重要的作用，導(dǎo)致了可溶性鹽類的遷移，大幅度提升了鹽的遷移病害發(fā)生概率。在實(shí)踐中，由于土壤中水分的毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起土壤中的鹽組分上升至路面層，從而對(duì)道路的平整度、穩(wěn)定性和安全運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。

3 鹽堿地路基病害防治對(duì)策

3.1 提升路基高度加土工布隔離法

在處理鹽漬土公路路基填筑病害時(shí)，通常采用提高路基高度加土工布隔離的方法作為鹽堿地主要防治措施，填土高度達(dá)到路床位置及路面位置以后，嚴(yán)禁使用任何程度的鹽漬土，且在填土路提與路床間加鋪不透水的土工布隔離，保證路基的耐久性和安全性。在鹽堿地上進(jìn)行路基建設(shè)施工時(shí)，可以抬高路基加土工布隔離來將土壤中的水分與鹽分分離開來，從而達(dá)到隔鹽作用。將鹽分與水分有效分離后，水分對(duì)鹽分的作用力減小，從而減小了鹽分對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，大大改善了地基的穩(wěn)定性。同時(shí)，在采用這種方法時(shí)必須考慮到地下水的基本狀況和當(dāng)?shù)氐慕邓畻l件，在保證了上述兩個(gè)因素都得到有效控制后，再利用該方法處理因鹽漬土引起的路基病害，并取得了良好的效果。

3.2 換填法

在解決鹽漬土病害現(xiàn)象對(duì)路基造成的不良影響時(shí)，換填法也是一種行之有效的措施。在地基施工過程中，首先進(jìn)行夯土和填土等地基的基礎(chǔ)工作，在此階段對(duì)含鹽量低或無鹽分的土壤進(jìn)行施工和換填，在一定程度上改善鹽漬土對(duì)道路路基的危害。在實(shí)施該措施時(shí)應(yīng)保證更換土的高度超過1m，并根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥篮}量的特點(diǎn)，適當(dāng)改變其高度，但不得少于1m。更換填料的原料可以不僅限于土壤這一類物質(zhì)，其他類材料如新疆常見的礫石土、風(fēng)積沙等均可以用作更換填料。

3.3 浸水預(yù)溶法

浸水預(yù)溶技術(shù)是將地基預(yù)先在水中浸泡處理。因?yàn)榭扇苄喳}類在水中溶解后會(huì)滲入深層的土壤中，造成原有土壤微粒間結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致土壤由于自身的重力作用而聚積壓實(shí)。如果鹽漬土是由礫石、砂和具有良好滲漏特性的非飽和黏土組成，則土壤結(jié)構(gòu)較為疏松，使得土體間裂縫結(jié)構(gòu)多且大，一旦當(dāng)土壤與水分接觸時(shí)，土壤中的鹽會(huì)被溶解，土壤中比孔隙小的土壤粒子會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔孟蛳聺B透，從而引起土壤的崩塌。如果鹽漬土以砂質(zhì)土為主，則在天然條件下砂的直徑可達(dá)50μm，但是大部分的砂粒都是由細(xì)小的微粒構(gòu)成，而含有鹽膠的集粒在經(jīng)過水的浸泡后會(huì)使鹽分溶解在水中，從而使集粒結(jié)構(gòu)破壞，再次分散為更小粒徑的顆粒，從而造成土壤的崩解。浸水預(yù)溶技術(shù)能顯著改變路基土鹽膠結(jié)構(gòu)，減少土壤含鹽量，從根本上防止土壤塌陷和其他病害[4]。

通過試驗(yàn)證明，采用浸漬預(yù)溶技術(shù)可以在不影響基礎(chǔ)沉降等級(jí)的情況下，減少約60%～70%的溶陷量，且經(jīng)濟(jì)投入少，處理方便。該工藝主要用于粉土、砂礫土、黏性鹽漬土等具有較大厚度和較好滲漏性能的土質(zhì)，對(duì)于具有較低滲透性的黏性土壤不適用。由于該工藝需要大量的水資源，必須在容易獲得水源的地方進(jìn)行應(yīng)用。

3.4 強(qiáng)夯法

在鹽堿地地基施工過程中，強(qiáng)夯法通常也會(huì)被采用，可以有效改善路基施工的質(zhì)量。強(qiáng)夯法的基本原則是將地基上的土壤夯實(shí)，然后用夯擊的方法來壓縮土體中的孔隙，從而增加土體的密度。隨著土壤密度的增加，土壤和土壤中的鹽分也不易隨著水分的變化而變化，從而減少了土壤因鹽分溶于水而引起的變化。須注意某些地方土質(zhì)的鹽分含量很高，采用此種工藝時(shí)必須與水浸法聯(lián)合應(yīng)用，以保證在土壤含鹽量較少的條件下進(jìn)行強(qiáng)夯。路基的剖面圖見圖1。

圖1 路基剖面圖

3.5 降低地下水位法

在處理鹽漬土病害對(duì)路基造成的影響時(shí)，采取降低水位措施也可以起到一定的效果。由于土壤中含鹽量受水的影響，所以在進(jìn)行地基施工時(shí)，通過降低地基周圍的水位，可以有效地隔離土壤中的鹽分和水分，從而減少水分對(duì)鹽漬土的影響，達(dá)到對(duì)地基科學(xué)保護(hù)的目的。采用該方法可以將地基中的水分抽出，使土壤中的鹽分盡量不與水分接觸，從而不受水的影響，同時(shí)也可以作為一個(gè)蒸發(fā)池，進(jìn)一步增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

3.6 設(shè)置隔斷層法

此外，采用隔斷層技術(shù)對(duì)改善路基的使用穩(wěn)定性具有重要意義。通過建設(shè)隔離斷層可以有效防止毛細(xì)水對(duì)土體中鹽組分的影響，從而改善地基的穩(wěn)定性和安全性。在進(jìn)行隔斷層的設(shè)計(jì)和施工建設(shè)時(shí)，可以采用礫石、清砂、油氈等作為加工隔斷結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料，通過大量的試驗(yàn)和研究表明，該材料可以有效地阻止水分的揮發(fā)，從而減少揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的水汽對(duì)土壤含鹽量的影響，改善公路路基的穩(wěn)定性。

4 鹽漬土地區(qū)路基施工時(shí)的注意事項(xiàng)

第一，安排好施工時(shí)間。對(duì)于新疆鹽漬土地區(qū)公路工程施工來說，應(yīng)注意觀察季節(jié)因素，通過調(diào)查當(dāng)?shù)佧}漬土的水鹽特征，盡可能使土的含水量接近于最低含水量，保障不會(huì)發(fā)生凍結(jié)和積水，一般首選季節(jié)為冬季施工。

第二，在施工過程中需測(cè)量土壤的含水量和含鹽量。若施工部門沒有特殊的設(shè)計(jì)要求，則不允許使用含鹽量超過標(biāo)準(zhǔn)的填料。如果取土坑表層的含鹽量超過允許值時(shí)，應(yīng)將其鏟除，并置放于坑的外側(cè)。在填料含水量大于最佳含水量約1%時(shí)，應(yīng)停止取土填筑工作。

第三，新疆鹽漬土地區(qū)分層取樣時(shí)，在地表層下深度分別為0.05m、0.25m 各取一組，以此類推間隔0.25m 取一組，直至深度為1m 深處停止。若遇到1m以下含鹽量較大的地層，可適當(dāng)?shù)丶由钊由疃取Ｓ捎诒韺欲}分多集中于干旱季節(jié)，通常取樣季節(jié)為干旱季節(jié)。

第四，在鹽漬土路基施工時(shí)，應(yīng)確保一次性施工完成，從清除基底過鹽漬土開始進(jìn)行不間斷施工，一次性完成路基標(biāo)高的設(shè)計(jì)工作。針對(duì)毛細(xì)水隔斷層的地區(qū)，應(yīng)一次性做到隔斷層的頂部，預(yù)防出現(xiàn)路基的再鹽漬化和形成鹽殼。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新疆具有大量廣袤的鹽堿地，在該地區(qū)道路建設(shè)是不可或缺的。針對(duì)新疆地區(qū)鹽堿地病害給道路路基造成的不利影響，提出了六種常用的解決方法，以期對(duì)相關(guān)的建筑工人有所幫助，從而保證新疆地區(qū)的公路建設(shè)質(zhì)量。