察格高速公路路基病害機(jī)理及防治研究

趙　柯，榮　露

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅　蘭州　730070)

察格高速公路路基病害機(jī)理及防治研究

趙柯，榮露

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730070)

趙柯(1990—)，碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程；

榮露(1991—)，碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程。

摘要：察爾汗鹽湖地區(qū)鹽漬土面積大，鹽漬土?xí)?duì)高速公路造成嚴(yán)重的危害。文章通過對(duì)察爾汗-格爾木高速公路鹽漬土進(jìn)行采樣試驗(yàn)分析，得出要解決鹽漬土病害應(yīng)解決毛細(xì)水?dāng)y鹽上聚的問題，并提出了防治鹽漬土路基病害的相關(guān)措施，從而達(dá)到減少路基病害，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

關(guān)鍵詞：鹽漬土；路基；病害機(jī)理；防治措施

0引言

察爾汗-格爾木高速公路(簡(jiǎn)稱察格高速)，是察爾汗鹽湖地區(qū)第一條高速公路，亦是該地區(qū)交通的重要組成部分。察格高速所處的察爾汗鹽湖區(qū)，位于青海省西部的柴達(dá)木盆地，是中國(guó)最大的鹽湖區(qū)，蘊(yùn)藏有豐富的氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂等無(wú)機(jī)鹽，為典型的內(nèi)陸封閉環(huán)境。該地區(qū)土壤中有豐富的鹽物質(zhì)在循環(huán)，其殘余積鹽和現(xiàn)代積鹽過程都十分強(qiáng)烈，并通過水分在土壤中遷移，由此導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的迅速發(fā)展[1-2]。按鹽在水中溶解度的大小，可以將其分為難溶鹽(如CaCO3)、中溶鹽(如CaSO4及Ca(HCO3)2)、易溶鹽(如NaCL、Na2SO4及MgSO4)，不同鹽性的鹽漬土對(duì)公路路基的危害也不同。察爾汗地區(qū)鹽漬土的鹽性也極其復(fù)雜，以易溶鹽為主，并摻雜少量中溶鹽、難溶鹽，成片狀或星島狀分布。本文通過對(duì)察格高速沿線鹽漬土路基病害機(jī)理進(jìn)行分析研究，提出有針對(duì)性的處理及防治措施，以此來減小鹽漬土的危害程度，確保工程質(zhì)量。

1鹽漬土對(duì)高速公路路基的危害

1.1　鹽漬土的采樣試驗(yàn)分析

察格高速現(xiàn)場(chǎng)采樣試驗(yàn)分析，測(cè)定出含鹽量情況如表1所示，可以得出此路基以易溶鹽漬土為主，中溶、難溶鹽漬土為輔(由于中溶、難溶鹽漬土相比易溶鹽漬土對(duì)路基危害程度甚小，故此處僅對(duì)易溶鹽漬土做深入測(cè)定)；在易溶鹽漬土的測(cè)定中做了CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-四個(gè)陰離子和Ca2+、Mg2+、K+、Na+四個(gè)陽(yáng)離子以及總鹽含量九項(xiàng)測(cè)定試驗(yàn)。對(duì)Ca2+>K+和Na+含量有溶液沉淀發(fā)生的，還加做了中溶鹽試驗(yàn)。同時(shí)考慮Ca2+、Na+置換，以易溶鹽漬土測(cè)定結(jié)果的陰陽(yáng)離子分析鑒定易溶鹽漬土的種類，可以看出此路基以硫酸鹽鹽漬土為主，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明察格高速公路路基鹽漬土主要為易溶硫酸鹽鹽漬土。

表1　鹽漬土按含鹽量分類表

表2　鹽漬土含化學(xué)成分分類表

注：C(CL-)是氯離子在100 g土中所含毫摩數(shù)，其他離子情況相同。

1.2　鹽漬土路基的危害分析

易溶硫酸鹽鹽漬土受溫度影響大，當(dāng)處于低溫時(shí)，空氣相對(duì)濕度增加，部分氣態(tài)水液化，鹽吸收水分子，尤其是Na2SO4吸水形成Na2SO4·10H2O分子而膨脹，造成路基路面鼓脹開裂；溫度升高時(shí)，結(jié)晶又溶解于水中，致使土體體積縮小，造成路基濕陷，致使路面脫空。易溶硫酸鹽鹽漬土體積隨溫度顯著變化的特性導(dǎo)致路基隆起及下沉，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞，路基強(qiáng)度降低，路肩及邊坡松散剝蝕，直接加劇了路基的凍脹與翻漿[3-4]。另外當(dāng)鹽類遇到水會(huì)釋放出所攜帶的酸根離子，將會(huì)對(duì)水泥、瀝青、鋼材等材料造成腐蝕。由于鹽漬土的這些特殊物理性質(zhì)(力學(xué)性質(zhì))和化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致該地區(qū)公路諸如鹽脹、翻漿、裂縫、濕陷等病害屢屢發(fā)生，這些病害嚴(yán)重影響公路交通的正常運(yùn)營(yíng)及交通安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5-7]。

2防治鹽漬土路基危害

2.1　做封閉性的隔斷層

對(duì)該地區(qū)鹽漬土路基進(jìn)行處理，應(yīng)該圍繞解決毛細(xì)水?dāng)y鹽遷移的問題[8-9]，此為察格高速公路路基病害根源所在。有效地控制毛細(xì)水?dāng)y鹽遷移，則可以降低路基次生鹽漬化的發(fā)生，從而使病害得到有效防治。為此，在地下水位低、土質(zhì)相對(duì)干燥的路段，可以采用封閉性隔斷層，如圖1所示。

圖1　封閉性隔斷層布置圖

首先應(yīng)清除地表鹽殼和不符合設(shè)計(jì)要求的地表土，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)30 cm以內(nèi)含鹽量最大，故清表厚度應(yīng)≥30 cm，清表后對(duì)路基進(jìn)行碾壓密實(shí)，然后在路基級(jí)配填料和清除浮土碾壓完成的地面之間加鋪用聚合物膜同土工織物加熱壓合成的封閉性的二布一膜形式的復(fù)合土工膜。

聚合物膜受土工織物保護(hù)起到將水分完全隔斷的作用，這樣就切斷了水分遷移的毛細(xì)管道，隔斷了上下層的聯(lián)接。此外膜上、下層的滲透水或孔隙水可以通過土工織物向路基兩側(cè)排出，這樣土工織物又可以做排水層，防止膜被水和空氣抬起而失去穩(wěn)定性，并可提高與土粒等接觸面的摩擦系數(shù)。能夠承受一定的拉力和伸長(zhǎng)變形是復(fù)合土工膜的另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，通過擴(kuò)散土體的應(yīng)力，限制土體側(cè)向位移，對(duì)路基的加固和穩(wěn)定有一定積極作用。同時(shí)下層土的鹽脹力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上層路基級(jí)配填料的壓力，盡管下層土將被鹽脹力壓縮而使膜凹凸不平，但土工織物有相當(dāng)?shù)捻g性，抗拉強(qiáng)度大，這樣就可以很好地起到隔水、隔氣、隔土粒的作用。

采取上述封閉性隔斷措施，解決了鹽分上聚和上層非鹽漬土的次生鹽漬化問題，從而保證路基的穩(wěn)定性和路面的平整性，而且施工方法簡(jiǎn)單。值得注意的是隔斷層起到排水層作用時(shí)，水分會(huì)更多地向邊坡方向遷移，這樣在隔斷層高度以下的邊坡上，鹽分表聚將更多，鹽分的侵害會(huì)導(dǎo)致路基邊坡浸蝕、滑塌、松散和沉陷?？刹捎寐坊吰路啪彽姆绞竭M(jìn)行防護(hù)，另外路堤邊坡坡面要利于土體干燥，鹽分表聚，應(yīng)保持坡面臨空透氣，同時(shí)也要對(duì)邊坡坡面應(yīng)進(jìn)行防護(hù)。坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)是帶孔的、透氣的，如框格結(jié)構(gòu)、帶孔預(yù)制塊鋪砌、卵礫石覆蓋、卵石方格護(hù)坡等。

2.2　用碎石擠密樁加固地基

地下水位高的低洼沼澤濕地路段，地基土層含有難以清除的較厚淤泥、泥炭時(shí)，可采用碎石擠密樁加固處理[10]，并結(jié)合隔斷層一起使用，如圖2所示。

碎石擠密樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁，碎石通過擠壓震動(dòng)作用，使碎石等達(dá)到密實(shí)，從而增大地基承載力。但當(dāng)原基底土層厚度1 m以內(nèi)土的天然含水率大于液限時(shí)，原基底土層液性指數(shù)過大，土體處于液態(tài)，必須對(duì)土體全部換填。

圖2　碎石擠密樁布置圖

清除軟弱土體達(dá)到地下水位線以下時(shí)，換填非鹽漬土的滲水性強(qiáng)的粗粒土，并使換填土高出地下水位30 cm以上。這樣可保證路床處于相對(duì)干燥狀態(tài)，同時(shí)可減少水分、鹽分對(duì)其的影響，提高路基穩(wěn)定性。

2.3　路基的植物防護(hù)

鹽漬化土壤對(duì)于栽培植物相當(dāng)不利，當(dāng)植物細(xì)胞的內(nèi)外液體有濃度差時(shí)，植物細(xì)胞就會(huì)吸水或失水。細(xì)胞外部溶液的濃度大于細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞液的濃度時(shí)失水，細(xì)胞外部溶液的濃度小于細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞液的濃度時(shí)吸水。

鹽漬土由于土壤鹽分含量較高，使土壤溶液濃度增加，土壤溶液的濃度較高時(shí)，植物細(xì)胞就會(huì)失水，由此導(dǎo)致植物根系不能吸水而影響植物的生長(zhǎng)。即使是能生存下來，也由于土壤板結(jié)作用影響氧氣進(jìn)入根部，植物不能有效地進(jìn)行呼吸作用，從而變得稀疏、枯萎。但是，許多鹽生植物卻可適應(yīng)鹽漬土環(huán)境。鹽生植物吸收地下水分，使土壤容重明顯下降，有機(jī)碳、氮、磷及鉀含量增加，在改良鹽漬土的過程中扮演重要角色，是路基被鹽漬土侵害的防護(hù)墻。

察格高速所經(jīng)過的鹽漬土地區(qū)布滿了羅布麻、駱駝刺、黑果枸杞等植物生長(zhǎng)。因此，在公路建設(shè)及后期養(yǎng)護(hù)中，加大種植此類鹽生植物的投入，在公路兩側(cè)的綠化帶種植此類鹽生植物，不但有利于路基穩(wěn)定，而且有利于生態(tài)環(huán)境。

3結(jié)語(yǔ)

(1)察格高速鹽漬土類型主要為硫酸鹽鹽漬土。

(2)了解察格高速鹽漬土對(duì)路基、路面的破壞機(jī)理，得出解決鹽漬土路基病害應(yīng)該圍繞解決毛細(xì)水?dāng)y鹽上聚的問題。

(3)對(duì)鹽漬土路基采取增加封閉性的隔斷層、碎石擠密樁、鹽生植物防護(hù)等措施，減少了鹽漬土對(duì)公路造成的嚴(yán)重危害，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

(4)在易溶硫酸鹽鹽漬土路基的治理方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]房建宏.鹽漬土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘查[J].青海交通科技，2004(2)：41，48.

[2]陳永利.新疆地區(qū)鹽漬土的形成機(jī)理危害性及防治措施[J].黑龍江科技信息，2008(9)：21，117.

[3]高江平，楊榮尚.含氯化鈉硫酸鹽漬土在單向降溫時(shí)水分和鹽分遷移規(guī)律的研究[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17(3)：22-26.

[4]高江平，李芳.含氯化鈉硫酸鹽漬土鹽脹過程分析[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17(4)：19-24.

[5]王延偉，徐慧芬，文進(jìn)，等.新疆地區(qū)鹽漬土的鹽脹特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)，2006，30(3)：531-534.

[6]楊光臨.南疆鐵路庫(kù)喀段鹽漬土病害形成機(jī)制研究[J].中國(guó)西部科技，2009(23)：1-2，16.

[7]崔艷穎.鹽漬土對(duì)公路建設(shè)的危害與防治研究[J].黑龍江科技信息，2015(9)：158.

[8]康世飛，付其林，姚儒君.硫酸鹽鹽漬土中毛細(xì)水上升規(guī)律的初探[J].山西交通科技，2007(4)：10-11，50.

[9]邵磊.察爾汗鹽湖地區(qū)路基水鹽遷移規(guī)律與隔斷層設(shè)置技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[10]成佳麗.鹽漬土地區(qū)路基地基處理措施研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

Research on Roadbed Disease Mechanism and Control of Chage Expressway

ZHAO Ke，RONG Lu

(School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou，Gansu，730070)

Abstract：Qarhan Salt Lake region has large saline soil area，and the saline soil will cause serious harm to the expressway.Through sampling test analysis on Qarhan-Golmud Expressway saline soil，this article obtained that the salt-carrying cohesion problem by capillary water should be resolved in order to solve the saline soil diseases，and proposed the related measures to control the saline soil roadbed diseases，thereby achieving the goals to reduce the roadbed diseases and improve economic efficiency.

Keywords：Saline soil；Roadbed；Disease mechanism；Prevention measures

文章編號(hào)：1673-4874(2015)12-0035-03

中圖分類號(hào)：U412.36+6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.12.008

作者簡(jiǎn)介

收稿日期：2015-11-22