新疆准东地区盐渍土路基处理措施分析——以五彩湾环城路工程为例

陆银山，魏晋

（中国市政工程西北设计研究院有限公司,甘肃兰州710064）

新疆准东地区盐渍土路基处理措施分析
——以五彩湾环城路工程为例

陆银山，魏晋

（中国市政工程西北设计研究院有限公司,甘肃兰州710064）

结合准东经济技术开发区五彩湾环城路盐渍土路基病害防治，对准东地区盐渍土成因及路基病害处理措施进行探讨，可为该地区道路建设路基处理提供技术参考。

新疆准东地区；盐渍土；盐渍土成因；路基病害处理措施

0 引言

准东经济技术开发区位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州境内。开发区西距乌鲁木齐市中心约200km，南与天山北麓绿洲相接，西与阜康市相接，北与阿勒泰地区富蕴县、塔城地区接壤，东与哈密巴里坤县相接。准东地区广泛存在以硫酸盐为主的盐渍土，对道路路基有非常大的危害。本文结合新疆准东经济技术开发区五彩湾环城北路、环城东路、环城南路及环城西路等工程盐渍土路基病害的防治，对准东地区盐渍土的成因及路基病害处理措施进行探讨，为准东地区盐渍土路基病害防治提供参考。

1 概述

准东经济技术开发区是国家重要的特大型煤电煤化工基地，五彩湾镇为开发区的政治、经济、文化中心。近年来，开发区经济与城市基本建设都得到了迅猛的发展，但路网结构的不完善，导致各园区交通无法通过区域内部路网完成分流，只能通过现有的Z917、吉彩路、G216完成过境、集散、服务等三维一体的主、次、支交通功能，致使上述道路交通压力过大。根据准东经济技术开发区总体规划，五彩湾环城北路、环城东路（吉彩路）、环城南路与环城西路（G216）为城市主干道（见图1），共同构成区域的30 m in交通圈，实现交通分流，极大提升片区组团间的通达性。从而推进准东经济技术开发区加速产业转型，实现产业互补，实现资源优势向经济优势转化、实现加快推进新型工业化的产业目标。

图1 地理位置示意图

环城路全长约83km，其中环城西路与环城东路为改扩建项目，将二级路扩建为一级路（城市主干道）；环城南路与环城北路为新建城市主干道，均为双向四车道。环城路的建成有效的缓解了开发区路网滞后的交通现状，有效的提升了开发区内企业的入住率。

准东地区土中含盐量较大，含盐类型以硫酸盐为主，氯盐次之。利用盐渍土填筑路基，如不满足表1的规定，需对针对盐渍土路基进行特殊路基处理，确保路基在使用年限内的水稳定性、安全性及耐久性，因此，研究盐渍土路基处理措施尤为重要且具有重要意义。

2 盐渍土成因

2.1 盐渍土一般成因

盐渍土的形成是由多种因素相互作用的结果，其产生的主要条件如下。

表1 盐渍土用作路基填料的可用性[1]

2.1.1 地形条件

地形条件是盐渍土产生的主要条件，盐渍土分布区所在地形多为低平地、内陆盆地、局部洼地以及沿海低地，这是由于盐分随地表、地下径流由高处向地处汇集，使洼地成为水盐汇集中心。

2.1.2 气候条件

盐渍土分布区的气候多为干旱或半干旱气候，降水量小，蒸发量大，年降水量不足以淋洗掉土壤表层积累的盐分。

2.1.3 水文地质条件

水文地质条件也是影响土壤盐渍化的重要因素。盐分的积聚与地下水水位、矿化度和矿化类型有密切关系，地下水位越高，蒸发越强，土壤的积盐也越快。同时，地下水矿化度愈高，地下水向土壤输送的盐分越多，土壤的积盐也越重。

2.1.4 地层岩性

盐渍土地段的地层岩性多为第四系松软地层，如砂类土和粘性土，大颗粒碎石类土不会产生盐渍化作用。一般来说粘质土的毛细管空隙过于细小，毛细管水上升高度收到抑制，砂质土的毛细管空隙直径较大，地下水借毛细管引力上升的速度快但高度较小，这两种土均不宜积盐。粉砂质土如粉土，毛细管空隙适中，地下水上升速度既快、上升高度又高，特别容易积盐。

2.1.5 植被

大量盐生植物加剧了土壤的盐渍化，新疆地区有较多的胡杨、梭梭、芦苇等深根植物，在生长过程中的蒸腾作用，消耗了大量的地下水，相应加大了地下水的矿化度，间接加强了土壤的盐渍化。若植物死亡后，有机残体分解，盐分回归土壤，逐渐积累与地表，具有一定的积盐作用。

2.1.6 人类活动的影响

人类的工程经济活动，如不合理的开垦土地而进行土壤洗盐、农作物大量使用化肥、污水乱排导致下游地段图层含盐量及地下水矿化度的增高，或者不合理的灌溉，引起局部地下水位上升，造成土壤表层含盐量增高。

2.2 准东地区盐渍土成因及病害

2.2.1 成因

根据盐渍土的形成原理现将准东地区盐渍土成因归结为以下几个方面：

（1）准东经济技术开发区位于准噶尔盆地东部，南北两侧高，中间低，盐分随地表、地下水汇集该区域，形成盐渍土。

（2）该区域气候属中温带大陆性干旱气候，蒸发量远大于降水量，使水分蒸发盐分聚集，形成盐渍土。

（3）准东地区蕴含丰富的煤质资源，在准东盆地形成巨大的不透水层，硫化物的挥发导致地下水矿化度较高，使土壤积盐严重。

综上因素，准东地区为矿化地下水和地表矿化径流形成的盐渍土。

2.2.2 病害

盐渍土的组成与常规土不同，由气、水盐溶液、难溶结晶盐、易溶结晶盐和土颗粒组成。在温度变化和有足够的水浸入盐渍土时，土中易溶盐结晶将会被溶解变成液体，同时气体空隙也被填充。此时，盐渍土由固、液、气的三相体转变为固、液两相体，在其转变过程中，通常伴随土的结构破坏和土体变形。相反，当环境条件发生变化时，盐渍土的两相体也会转化为三相体，此时土体也会发生体积变化。因此，盐渍土的相态变化对工程带来严重危害。准东地区通常表现为以下5种类型。

（1）溶陷：溶陷是氯化物盐渍土地区道路的主要病害之一。它是由于道路盐渍土路基或结构层在淡水作用下，盐分溶解并被水分带走，导致土体强度逐渐丧失。在荷载或自重作用下，盐渍土路基或结构层出现沉陷、孔洞等破坏，并逐渐反映至面层，有的盐渍土地区路面由于湿陷会产生溶洞，给形成带来隐患。

（2）翻浆：翻浆主要是由于盐渍土中所含易溶盐晶体聚冰、脱水及吸湿潮化，使得土基饱水及承载能力下降，在外荷载反复作用下形成翻浆，使道路路面泥泞、湿滑，影响车辆正常运营，这类病害以氯盐渍土地区较为多见；翻浆是由于土质、湿度和水三个自然因素和荷载的共同作用形成的。

（3）盐胀：盐胀是指含有硫酸盐的盐渍土，降温时硫酸盐吸水结晶、体积增大、促使土体膨胀；温度升高时，硫酸盐又脱水，体积变小，致使土体疏松。盐胀主要随温度变化而发生体积变化，引起地表松胀或公路路基路面局部不平、鼓起开裂。

（4）冻胀：冻胀是指在寒冷地区，冬季土基下部的水分向上集聚并冻结成冰，引起膨胀，造成地表或路面局部隆起的现象。

（5）腐蚀：腐蚀主要由于盐渍土中所含易溶盐与道路工程中所使用的金属材料、非金属制成品发生化学方应，致使这些材料或制成品的工程性能发生劣化，最终导致道路破坏。这类病害在道路工程中的表现为钢筋锈蚀、混凝土或黏土制品粉化开裂，高等级路面结构损坏。

3 盐渍土路基病害防治措施

3.1 环城路沿线盐渍土分布情况

根据环城路场地岩土层的易溶盐分析报告可知，本次勘察在探井内采用刻槽法采取扰动土试样进行易溶盐含量分析（见图2）。

图2 现场盐渍土实景

试验结果表明：

（1）在试验的样品中，易溶盐总量一般介于2 630.0～41 167m g/k g之间，相应含量为0.23%～4.08%，以易溶盐总量（S D）大于0.3%为盐渍土与非盐渍土划分界限值，盐渍土样品数的约占95%～98%。

（2）盐渍土样品的易溶盐平均总量（D T）一般为3 674～38 706 m g/k g，相应含量为0.31%～4.43%，绝大部分介于0.3%～2.0%之间，按照《公路工程地质勘察规范》（J T G C20-2011）划分，属中盐渍土，各别地段介于2.0%～4.43%，属强盐渍土。

（4）按照溶解度原则及当量原则将阴阳离子进行配合，配盐结果表明，盐渍土中含盐类型以硫酸盐为主（盐类以N a2S O4最高，M g S O4次之，C a S O4最低），氯盐次之（主要为N a C l）。

3.2 盐渍土的处理原则

从盐渍土的工程特征来看，其主要影响来自于水的作用。因此采取有效合理的防水系统，不使路基受水浸蚀，在路基中采取适当的处理措施，确保路床0～80 c m处于干燥或中湿类型的稳定状态，不受盐分、水分的影响。在选择处理措施时，应遵循以下原则：

（1）针对性：根据土基的含盐性质、盐渍化程度、当地工程地质、水文地质、地形和筑路材料等条件选择不同的处理方法。

（2）经济性：结合项目所处的地理环境选择工程效果好且费用低的处理措施。

（3）便利性：结合项目施利条件及该地区施工单位的施工水平选择施工便利且该地区常用的处理措施。

3.3 具体的处理办法

3.3.1 控制路基填高法

路基填筑高度，应结合当地气候特征、水文地质、土地盐渍化程度、地下水毛细作用深度、盐胀深度、冻胀深度以及公路等级等因素综合确定。盐渍土地区路基最小填高应符合表2的规定。

表2 盐渍土地区路基最小高度[1]

提高路基填筑高度，可以减少进入路基上部的水分和盐分，使上部路床受盐渍影响较小，有效防止盐胀，在排水不良或过湿地带，一般采用该方法，有些盐渍土地区，地下水位较高，为了使路基不受冻害和盐渍化的影响，应控制路堤高度至不在盐渍化的最小高度。环城南路第1合同段K0+000～K4+000段为潮湿路基，地下水位高，且该段落平均含盐量介于1.0%～3.0%，属中盐渍土。设计采用了提高路基法，路基填高平均约3.0 m，由于该段落地下水位高，地表存在季节性积水，采取原地面超挖60 c m后采用片石换填，回填后在其顶面设置40 c m天然砂砾反滤层，保证路基状态处于中湿以上。

该方法施工简便是盐渍土路基常用的处理措施。适用于沿线路基填料丰富的项目，但此方法工程用地面积较大。

3.3.2 设置隔断层法

隔断层法就是在路基某一层位设置一定厚度的隔断层，其根本目的是隔断水分和盐分进入路基上部，防止路基发生盐胀和翻浆等病害。隔断层按期材料的透水性能可分为透水性隔断层与不透水隔断层两大类。透水性隔断层材料有砾（碎）石、砂、风积沙等；不透水隔断层材料有复合土工膜、土工膜、沥青砂等。设置隔断层的路堤，路基最小高度可参照表2中高出地面高度取值。

环城北路第1合同段K1+400～K1+700段：地面下1.0m深度范围内，地基土含盐类型以氯盐、亚氯盐为主，平均含盐量大于5.0%，属强盐渍土；环城北路第2合同段K17+600～K17+700段：地面下1.0 m深度范围内，地基土含盐类型以硫酸盐、亚硫酸盐为主，平均含盐量大于2.0%，属强盐渍土；环城东路2标段K14+100～K16+000段，地面下1.0 m深度范围内，地基土含盐类型以硫酸盐、亚硫酸盐为主，平均含盐量介于0.5%～1.0%，属中盐渍土。以上段落均采取在路床底铺设两布一膜复合土工布隔断层，有效的控制了毛细水的上升，对防治盐胀起到了作用，见图3。

图3 路基处理横断面

3.3.3 换填法

换填法一般应用在路基含盐量超过规定的要求、路床过湿压实度达不到要求或路基标高受限制的低填浅挖地段采用。换填材料宜选用砾类土或砂，要保证路床土质透水性良好，盐渍化程度不应超过表1的规定。换填厚度应根据地质勘探资料确定。此法道路两侧应结合路基排水设计综合考虑。断面形式见图4。

图4 敞开式路堑横断面

环城北路第1合同段K9+500～K9+700段为挖方路段，在开挖至路槽后，路床顶为泛白盐渍土，洒水后出现拱涨现象（见图5），含盐量高，属于强盐渍土。此段工程采用了换填法，挖除路床（0～80 c m）范围内的盐渍土，换填透水性好的非盐渍砾石土，且断面形式为设置隔断层的敞开式路堑横断面形式。基本可消除盐渍土危害。

图5 路床顶盐渍土实景

该法必须确保所换填的土质为非盐渍土且满足路基填料要求，挖除的盐渍土不得堆放在路基坡脚处，应集中拉运至规定的弃土坑，以免发生次生盐渍化。

3.3.4 改善路基排水条件

盐渍土地区路基必须设置完善的纵、横向排水设施。应结合当地农田排、灌系统综合考虑，合理布设桥涵，做好边沟、排水沟、截水沟和取土坑的相互配合设计，使水流畅通，自成体系，不影响路基稳定。

4 结语

根据五彩湾环城路的现场调查显示，道路路面使用状况良好，路基未出现盐渍土病害，初步推测环城路所采取的盐渍土路基处理措施得当，效果良好。后期需要对环城南路全线，环城西路南段，环城东路南段的路基沉降、路基稳定性、地下水动态、毛细水作用高度等项目进行观测，以确定五彩湾镇南部片区地下水对盐渍土路堤的影响范围。

提高路基高度法施工简便，当附近满足要求的填料较丰富时，可应用于弱中非硫酸盐渍土段，但有时为了满足防止次生盐渍化的最小填筑高度时，会使路基临空面增大，造成行车安全受到影响；换填法可改善路基土的特性，但挖（弃）方量大，借方量大处理困难，处理不当易发生次生盐渍化，填料需严格控制，因多数情况下需远运，成本较高；设置隔断层法施工工艺简单，效果好，施工速度快，且较经济，盐渍土地区已普遍使用。

准东地区盐渍土分布广泛，根据道路等级对路基的要求，结合盐渍土地区的工程性质、盐渍土含盐类别及含盐量对路基的影响程度和本地区施工环境条件、施工工期、筑路材料来源等因素，经技术经济比较后提出最优盐渍土路基处治方案。

[1]新疆公路学会.盐渍土地区公路设计与施工指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

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[3]张洪萍,杨晓华.新疆北部地区盐渍土的腐蚀机理及防治措施[J].西部探矿工程,2010,22(11):9-12.

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U416.1

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1009-7716（2017）06-0072-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.020

2017-03-17

陆银山（1986-），男，新疆昌吉人，工程师，从事路桥设计工作。