察格高速公路路基病害机理及防治研究

赵　柯，荣　露

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃　兰州　730070)

察格高速公路路基病害机理及防治研究

赵柯，荣露

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070)

赵柯(1990—)，硕士研究生，研究方向：道路与铁道工程；

荣露(1991—)，硕士研究生，研究方向：道路与铁道工程。

摘要：察尔汗盐湖地区盐渍土面积大，盐渍土会对高速公路造成严重的危害。文章通过对察尔汗-格尔木高速公路盐渍土进行采样试验分析，得出要解决盐渍土病害应解决毛细水携盐上聚的问题，并提出了防治盐渍土路基病害的相关措施，从而达到减少路基病害，提高经济效益的目的。

关键词：盐渍土；路基；病害机理；防治措施

0引言

察尔汗-格尔木高速公路(简称察格高速)，是察尔汗盐湖地区第一条高速公路，亦是该地区交通的重要组成部分。察格高速所处的察尔汗盐湖区，位于青海省西部的柴达木盆地，是中国最大的盐湖区，蕴藏有丰富的氯化钾、氯化钠、氯化镁等无机盐，为典型的内陆封闭环境。该地区土壤中有丰富的盐物质在循环，其残余积盐和现代积盐过程都十分强烈，并通过水分在土壤中迁移，由此导致土壤次生盐渍化的迅速发展[1-2]。按盐在水中溶解度的大小，可以将其分为难溶盐(如CaCO3)、中溶盐(如CaSO4及Ca(HCO3)2)、易溶盐(如NaCL、Na2SO4及MgSO4)，不同盐性的盐渍土对公路路基的危害也不同。察尔汗地区盐渍土的盐性也极其复杂，以易溶盐为主，并掺杂少量中溶盐、难溶盐，成片状或星岛状分布。本文通过对察格高速沿线盐渍土路基病害机理进行分析研究，提出有针对性的处理及防治措施，以此来减小盐渍土的危害程度，确保工程质量。

1盐渍土对高速公路路基的危害

1.1　盐渍土的采样试验分析

察格高速现场采样试验分析，测定出含盐量情况如表1所示，可以得出此路基以易溶盐渍土为主，中溶、难溶盐渍土为辅(由于中溶、难溶盐渍土相比易溶盐渍土对路基危害程度甚小，故此处仅对易溶盐渍土做深入测定)；在易溶盐渍土的测定中做了CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-四个阴离子和Ca2+、Mg2+、K+、Na+四个阳离子以及总盐含量九项测定试验。对Ca2+>K+和Na+含量有溶液沉淀发生的，还加做了中溶盐试验。同时考虑Ca2+、Na+置换，以易溶盐渍土测定结果的阴阳离子分析鉴定易溶盐渍土的种类，可以看出此路基以硫酸盐盐渍土为主，具体数据如表1、表2所示。实验结果表明察格高速公路路基盐渍土主要为易溶硫酸盐盐渍土。

表1　盐渍土按含盐量分类表

表2　盐渍土含化学成分分类表

注：C(CL-)是氯离子在100 g土中所含毫摩数，其他离子情况相同。

1.2　盐渍土路基的危害分析

易溶硫酸盐盐渍土受温度影响大，当处于低温时，空气相对湿度增加，部分气态水液化，盐吸收水分子，尤其是Na2SO4吸水形成Na2SO4·10H2O分子而膨胀，造成路基路面鼓胀开裂；温度升高时，结晶又溶解于水中，致使土体体积缩小，造成路基湿陷，致使路面脱空。易溶硫酸盐盐渍土体积随温度显著变化的特性导致路基隆起及下沉，从而导致路面结构破坏，路基强度降低，路肩及边坡松散剥蚀，直接加剧了路基的冻胀与翻浆[3-4]。另外当盐类遇到水会释放出所携带的酸根离子，将会对水泥、沥青、钢材等材料造成腐蚀。由于盐渍土的这些特殊物理性质(力学性质)和化学性质，导致该地区公路诸如盐胀、翻浆、裂缝、湿陷等病害屡屡发生，这些病害严重影响公路交通的正常运营及交通安全，造成巨大的经济损失[5-7]。

2防治盐渍土路基危害

2.1　做封闭性的隔断层

对该地区盐渍土路基进行处理，应该围绕解决毛细水携盐迁移的问题[8-9]，此为察格高速公路路基病害根源所在。有效地控制毛细水携盐迁移，则可以降低路基次生盐渍化的发生，从而使病害得到有效防治。为此，在地下水位低、土质相对干燥的路段，可以采用封闭性隔断层，如图1所示。

图1　封闭性隔断层布置图

首先应清除地表盐壳和不符合设计要求的地表土，根据地质勘察结果发现30 cm以内含盐量最大，故清表厚度应≥30 cm，清表后对路基进行碾压密实，然后在路基级配填料和清除浮土碾压完成的地面之间加铺用聚合物膜同土工织物加热压合成的封闭性的二布一膜形式的复合土工膜。

聚合物膜受土工织物保护起到将水分完全隔断的作用，这样就切断了水分迁移的毛细管道，隔断了上下层的联接。此外膜上、下层的渗透水或孔隙水可以通过土工织物向路基两侧排出，这样土工织物又可以做排水层，防止膜被水和空气抬起而失去稳定性，并可提高与土粒等接触面的摩擦系数。能够承受一定的拉力和伸长变形是复合土工膜的另一个突出的优点，通过扩散土体的应力，限制土体侧向位移，对路基的加固和稳定有一定积极作用。同时下层土的盐胀力远远小于上层路基级配填料的压力，尽管下层土将被盐胀力压缩而使膜凹凸不平，但土工织物有相当的韧性，抗拉强度大，这样就可以很好地起到隔水、隔气、隔土粒的作用。

采取上述封闭性隔断措施，解决了盐分上聚和上层非盐渍土的次生盐渍化问题，从而保证路基的稳定性和路面的平整性，而且施工方法简单。值得注意的是隔断层起到排水层作用时，水分会更多地向边坡方向迁移，这样在隔断层高度以下的边坡上，盐分表聚将更多，盐分的侵害会导致路基边坡浸蚀、滑塌、松散和沉陷。可采用路基边坡放缓的方式进行防护，另外路堤边坡坡面要利于土体干燥，盐分表聚，应保持坡面临空透气，同时也要对边坡坡面应进行防护。坡面防护结构应是带孔的、透气的，如框格结构、带孔预制块铺砌、卵砾石覆盖、卵石方格护坡等。

2.2　用碎石挤密桩加固地基

地下水位高的低洼沼泽湿地路段，地基土层含有难以清除的较厚淤泥、泥炭时，可采用碎石挤密桩加固处理[10]，并结合隔断层一起使用，如图2所示。

碎石挤密桩是以碎石(卵石)为主要材料制成的复合地基加固桩，碎石通过挤压震动作用，使碎石等达到密实，从而增大地基承载力。但当原基底土层厚度1 m以内土的天然含水率大于液限时，原基底土层液性指数过大，土体处于液态，必须对土体全部换填。

图2　碎石挤密桩布置图

清除软弱土体达到地下水位线以下时，换填非盐渍土的渗水性强的粗粒土，并使换填土高出地下水位30 cm以上。这样可保证路床处于相对干燥状态，同时可减少水分、盐分对其的影响，提高路基稳定性。

2.3　路基的植物防护

盐渍化土壤对于栽培植物相当不利，当植物细胞的内外液体有浓度差时，植物细胞就会吸水或失水。细胞外部溶液的浓度大于细胞内细胞液的浓度时失水，细胞外部溶液的浓度小于细胞内细胞液的浓度时吸水。

盐渍土由于土壤盐分含量较高，使土壤溶液浓度增加，土壤溶液的浓度较高时，植物细胞就会失水，由此导致植物根系不能吸水而影响植物的生长。即使是能生存下来，也由于土壤板结作用影响氧气进入根部，植物不能有效地进行呼吸作用，从而变得稀疏、枯萎。但是，许多盐生植物却可适应盐渍土环境。盐生植物吸收地下水分，使土壤容重明显下降，有机碳、氮、磷及钾含量增加，在改良盐渍土的过程中扮演重要角色，是路基被盐渍土侵害的防护墙。

察格高速所经过的盐渍土地区布满了罗布麻、骆驼刺、黑果枸杞等植物生长。因此，在公路建设及后期养护中，加大种植此类盐生植物的投入，在公路两侧的绿化带种植此类盐生植物，不但有利于路基稳定，而且有利于生态环境。

3结语

(1)察格高速盐渍土类型主要为硫酸盐盐渍土。

(2)了解察格高速盐渍土对路基、路面的破坏机理，得出解决盐渍土路基病害应该围绕解决毛细水携盐上聚的问题。

(3)对盐渍土路基采取增加封闭性的隔断层、碎石挤密桩、盐生植物防护等措施，减少了盐渍土对公路造成的严重危害，提高了经济效益。

(4)在易溶硫酸盐盐渍土路基的治理方面积累了宝贵经验，可为类似工程提供借鉴。

参考文献

[1]房建宏.盐渍土地区公路工程地质勘查[J].青海交通科技，2004(2)：41，48.

[2]陈永利.新疆地区盐渍土的形成机理危害性及防治措施[J].黑龙江科技信息，2008(9)：21，117.

[3]高江平，杨荣尚.含氯化钠硫酸盐渍土在单向降温时水分和盐分迁移规律的研究[J].西安公路交通大学学报，1997，17(3)：22-26.

[4]高江平，李芳.含氯化钠硫酸盐渍土盐胀过程分析[J].西安公路交通大学学报，1997，17(4)：19-24.

[5]王延伟，徐慧芬，文进，等.新疆地区盐渍土的盐胀特性研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2006，30(3)：531-534.

[6]杨光临.南疆铁路库喀段盐渍土病害形成机制研究[J].中国西部科技，2009(23)：1-2，16.

[7]崔艳颖.盐渍土对公路建设的危害与防治研究[J].黑龙江科技信息，2015(9)：158.

[8]康世飞，付其林，姚儒君.硫酸盐盐渍土中毛细水上升规律的初探[J].山西交通科技，2007(4)：10-11，50.

[9]邵磊.察尔汗盐湖地区路基水盐迁移规律与隔断层设置技术研究[D].西安：长安大学，2012.

[10]成佳丽.盐渍土地区路基地基处理措施研究[D].西安：长安大学，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

文章编号：1673-4874(2015)12-0035-03

中图分类号：U412.36+6

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.12.008

作者简介

收稿日期：2015-11-22