西北地区盐渍土路基化学处理方法探析

马殷军

摘要：盐渍土对路基的性能有着非常不利的影响，因此路基盐渍土病害的防治一直是备受关注的问题。本文以西北地区某铁路路基中的盐渍土为背景，首先对比分析了当前工程中常用的几种盐渍土的处理方法及其优缺点，提出了用化学方法对其中的硫酸盐进行改性处理，并从理论上对其可行性进行了分析，进而计算出了配制化学试剂所需要的各物理量，并对该铁路路基中的土样的易溶盐分析结果进行了初步的理论计算。本文的研究，对于西北地区盐渍土的病害防治与控制具有一定的借鉴与指导作用。

关键词：铁路工程;盐渍土路基;化学处理

中图分类号：U215.2，U419.5                        文献标识码：A

1 前言

盐渍土是对自然环境中碱土、盐土以及诸多盐性土质和碱性土质的综合总称，在公路工程的施工过程中，一般将地表高度下1.0m深的土层内易溶盐平均含量大于0.3%的土质以及地表高度中易溶盐含量大于0.5%的土质称之为盐渍土，而在铁路工程中一般指地表下1.0m 深的土层内易溶盐平均含量大于0.5%的土。盐渍土的存在，对铁路的稳定性、耐久性有着非常不利的影响，会导致路基出现盐胀、冻胀、翻浆、溶陷以及腐蚀等多种类型的病害。

盐渍土的处理一直以来都是一个较为棘手的问题，通过降低地下水位、设置隔断层、强行夯实、浸水预溶等方法，虽然可以在一定程度上缓解盐渍土的病害，但并不能从根本上解决问题，只是暂时性的将问题“储存”在了下层的土体中。而土体的整体换填，虽然是一种

较为理想的解决方案，但是在面对长线路、大体积的盐渍土工程时候，土体换填会造成明显的施工成本提升和工期延长。因此，采用化学方法对盐渍土进行改性处理，在控制施工成本的同时，还能有效解决盐渍土病害，是一种非常有效的方法。

2 常见盐渍土处理方法

在导致盐渍土地区道路病害的众多因素中，含盐量、水和土质是主要因素，而且是可加以控制的，因此治理的关键是含盐量、水及土质，总体来说，常见的工程采用的方法有：地下水位降低法、路基高度提升法、路基土體换填法、土体浸水预溶法、路基强行夯实法、路基隔层断层法等[1-8]。

具体而言，地下水位降低法虽然效果较为明显，但是并没有从根本上解决问题，只是减缓了可能引起盐渍土发生病害的影响程度，一旦积累到一定程度，盐渍土的病害还是会继续出现。路基高度提升法虽然通过抬高路基高度降低了盐渍土在路基中的高度，但并没有彻底消除土体中的盐分，积累到一定程度之后，病害仍然会出现。路基土体换填法由于对盐渍土进行了换填，故而理论上可以彻底的消除盐渍土对路基的危害，但是考虑到施工现场的实际情况，大面积的土体换填造价太高，往往会造成施工成本的明显提升。土体浸水预溶法是与地下水位降低法和路基高度提升法类似，只是将上层土体中的盐分通过一定的处理方法“储存”到了下层土体之中，并不能从根本上解决问题，仅仅是推迟了病害的出现。路基强行夯实法是当前使用较为广泛的一种盐渍土路基病害处理方法。尽管如此，路基强夯仍然不能从根本上解决盐渍土的隐患，只是推迟了盐胀等危害的出现。随着路基中地下水及地表水的作用，通过该方法压缩到底层的盐分仍然会逐渐进入路基，经过较长时间之后，盐渍土的危害仍然会出现。路基隔层断层法阻断了下层土体中盐分的向上渗透，以及下层盐渍土病害对上层土体的影响，对于隔断层上面土体中的盐分并未进行有效的处理。

3 盐渍土化学处理

本文以西北地区某铁路路基为背景，从施工现场取部分土样，在实验室中进行了易溶盐分析，并得出了各易溶盐的具体含量。然后，依据相关规范对其进行定性判断，进而进行相应的处理。

3.1 基本思路

由上述分析可知，目前大部分盐渍土处理方法只是延缓了盐渍土病害的出现，并未从根本上解决盐渍土的危害。少部分方法虽然能够从根本上解决问题，但是由于其高昂的造价和较长的工期，应用到实际工程中均有一定的难度。因此，成本低、见效快的化学处理方法则具有较大的实用价值。

氯盐渍土中的氯盐具有强烈的吸湿性和保湿性，故而用氯盐渍土填筑的路基，易吸水软化，降低路基土体强度。且当土体中Cl-和ClO2-的含量过高时，土体极易出现较为严重的溶蚀现象。而当土体中有较高浓度的硫酸钠，尤其用硫酸盐含量超过2%的盐渍土填筑路基时，路基土体中的硫酸盐则会由于温度的变化而发生体积变化。经过体积变化的反复作用，路基土体结构便会遭到破坏，产生松胀，强度降低，影响路基稳定。究其原因，主要是当温度达到32.4℃及以上时，土体中的硫酸钠开始脱水，体积缩小;而当温度低于32.4℃时，硫酸钠便吸水结晶，体积开始增大，在这种温差的反复作用下，盐渍土路基便会出现明显的变形，严重时会影响路基的正常使用。因此，对盐渍土用化学方法进行改性处理，将其中易引起路基变形的硫酸钠以沉淀的形式进行改性处理，便显得极为重要。

考虑到氯盐渍土的吸湿性，对其进行防水和排水处理即可达到盐渍土治理的目的。因此，本文的研究重点是对氯盐渍土中的硫酸盐进行改性处理，基本思路便是将不稳定的硫酸盐转化为稳定的硫酸盐，进而消除其对路基土体的影响。所谓不稳定的硫酸盐，即包括Na2SO4等化合物在内的土体中的硫酸盐分子，其极易与水分子结合，形成含有结晶水的硫酸盐分子，从而使得其体积发生了较大的膨胀，而将这些易溶于水、易与水结合的硫酸盐转化为难溶于水或微溶于水的CaSO4等化合物的过程，即为将不稳定的硫酸盐转化为稳定硫酸盐的过程。具体做法便是通过对土体中易溶盐检测结果的分析计算，有针对性地配制相应浓度的氯化钙溶液，使其与土体中的硫酸盐发生化学反应，并最终将其转化为稳定的硫酸盐，即微溶于水的硫酸钙沉淀。

3.2 盐渍土类型判定

2c（SO_4^（2-） ））比值，即氯离子浓度与2倍硫酸根离子浓度的比值来判定盐渍土类型，其中离子浓度单位为mmol/0.1kg，根据本次土样检测结果，将其中单位转化为规范要求单位之后，计算过程如下：

根据《盐渍土地区建筑技术规范》（GBT50942-2014）中3.0.4条的规定，当盐渍土层的平均含盐量≥1.0%且<5.0%时，为中盐渍土，本次测定的盐渍土土样中含盐量为1.31%，故而本次所检测的盐渍土样属于中盐渍土。

3.3 用CaCl2溶液处理时溶液的配制

通过上述理论分析与计算过程可知，本次所取的盐渍土土样属于中盐氯盐渍土，且其中含有较高浓度的硫酸盐，故而采用氯化钙溶液对其进行化学改性处理，并对其所需的溶液进行了定量计算。

3.3.1  溶质质量计算

以下以氯盐渍土中的Na2SO4处理时CaCl2溶液的配制为例，来说明溶质与溶剂质量的计算方法。根据化学中计算理论可知：

SO_4^（2-）+〖Ca〗^（2+）=CaSO_4↓

在该离子反应中，SO42-与Ca2+的消耗量是1：1，即每消耗1mol的SO42-就需要1mol的Ca2+来平衡，也就是该反应中两种离子消耗的物质的量是相等的。

而本次土样检测中，每千克土样中SO42-物质的量为4.49mmol，即需要同等物质的量的Ca2+来与之反应。处理该土样时，优先选用CaCl2溶液。显然，本反应中CaCl2溶液中的溶质CaCl2的物质的量应该与Ca2+保持一致。根据物质的量计算公式：

3.3.2  溶剂质量计算

研究结果表明，当CaCl2溶液的浓度为2%时，其对于不同浓度、不同压实度Na2SO4盐渍土的盐胀抑制效果最为明显，也是其临界值;因此，需配制浓度为2%的CaCl2溶液。溶液配制时溶剂的用量计算过程如下：

综上，用2%的CaCl2溶液处理本次检测的盐渍土中的硫酸根离子时，每千克的土样需要的溶液质量为25.896g，其中溶质CaCl2需要0.498g，溶剂水需要25.398g。

4 结论

采用CaCl2溶液对氯盐渍土中的硫酸盐进行化学处理，并采用防水和排水的方式降低氯盐对路基的影响，可以有效地解决盐渍土的病害。但在实际工程中进行应用时，还须根据路基土中盐含量的不同确定不同的溶液量，以保证该化学方法能达到最佳的盐渍土处理效果。

参考文献：

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