新疆地区盐渍土公路路基病害及施工处理技术

2020-11-28郭兆焱

绿色科技 2020年8期

郭兆焱

(中交一公局桥隧工程有限公司，湖南长沙 410000)

1 盐渍土介绍

盐渍土是碱土、盐土、碳性土质、盐性土质的总称，具体至公路建设领域，盐渍土则指存在地表下方1.0 m深同时满足易溶盐平均含量>0.3%的各类土质，也包含任何地表高度内易溶盐含量>0.5%的土质，其分布广泛，在内陆干旱地区、部分滨海地区均有大量盐渍土。

道路建设中易受盐渍土的影响，导致道路缺乏稳定性，出现路基盐胀、溶陷、腐蚀等各类型病害。相比于其它施工环境，盐渍土道路工程更为脆弱，伴随外界自然环境的变化，盐渍土状态随之改变，具体表现为气体缝隙的扩宽或发生一系列理化现象，此过程中逐步形成新的形态，并持续损伤道路结构，导致路基变形、局部土体塌陷等[1]。研究资料以及工程实例充分证明，盐渍土的物化性质缺乏稳定性，对自然条件的感敏度较高，若自然环境发生变化，盐渍土的形态、体积较前一阶段均有较大的改变，这一持续性的变化过程严重损伤了道路路基，难以维持路基的稳定性，进一步导致道路整体结构失稳，道路性能大打折扣。

2 主要病害及其机理分析

2.1 溶陷性

盐渍土易溶盐含量较多，包含钾盐、钠盐等多种类型，干燥环境下其强度表现相对较好，但在含水量增加的情况下盐分发生大规模溶解，受土壤自重和行车荷载等多方面因素的作用，导致土体发生较明显的溶(湿)陷现象，且在氯盐盐渍土地区体现得更为明显。从氯盐性质来看，其对温湿度均具有极高的敏感度，随温度升高而出现持续性的吸水溶解，从而造成路基溶陷失稳；对于地下水含量偏高的地区，由于受到毛细水上升的影响，迫使盐分发生迁移并大量转移至路基层，导致公路路面质量下降，后续运营阶段又受行车荷载等多方面作用，道路损害愈发明显；与之不同的是，硫酸盐在温度升高时的适应能力更强，其溶解度随之减小，避免大范围发生结晶水溶解现象，溶陷概率相对较低[2]。在湿陷性问题的处理工作中，土体易溶盐含量、毛细水迁移等方面的控制均是重要突破口。

2.2 盐胀和松胀

盐胀和松胀通常是由硫酸盐渍造成的，当土壤中硫酸盐含量超过2%后膨胀量会明显增加，路基会出现肉眼可见的膨胀高度，为行车安全带来较大的隐患。但在环境恢复至干燥状态后伴有结晶水析出现象，土体体积减小并具有松胀特性[3]。新疆地区盐渍土的膨胀量实际表现主要与温度有关，夏季高温时加大盐分溶解度，盐析出的结晶较少；进入秋冬季节后温度大幅下降，盐分溶解度较前阶段明显降低，吸水结晶过程中出现明显的体积膨胀。并且，新疆位于我国西部，因其地理位置的特殊性具有昼夜温差大的特点，进入夜间时温度降低，对应的溶解度减小，产生过饱和溶液后出现了盐分析出现象，由此形成结晶，导致土壤较日间状态发生更明显的膨胀；白天温度回升溶解度随之加大，硫酸盐晶体快速溶解，使得土壤体积减小。在硫酸盐的反复结晶与溶解的过程会造成土体产生空隙结构，导致土体失稳结构被破坏。

2.3 翻浆病害

翻浆是盐渍土地区极为普遍也是危害较大的病害，除了水和粉质土质量外，含盐量和冰点也将对其造成影响，从而发生翻浆[4]。此处以氯盐渍土为例展开分析，在氯盐含量偏低的情况下土壤冰点存在下降趋势，水分聚流持续时间延长，因此增加了土壤发生冻胀的几率，当春融时温度升高翻浆病害则表现地更为严重。但是若含盐量足够大时，路基的冻胀翻浆程度则会随着土壤冰点的进一步降低而明显减弱。硫酸盐渍土的特点在于受盐分的影响导致其土壤整体的冰点下降，当然此影响程度微弱；碳酸盐渍土鲜有冰点大范围变动现象，但受其高强密水性能的影响出现路基冻胀翻浆现象。基于上述分析，针对翻浆病害的防治工作中应高度注重对含盐量和土基水分传递两方面的控制，最大限度减少氯盐含量，同时阻隔土体水分流动[5]。

2.4 盐分迁移提升

盐分迁移的出现是基于土体水分的毛细作用和盐分溶解度变化的共同结果。在白天温度偏高的环境中，毛细作用的出现导致路基工作区被迫抬升；夜间温度偏低时将出现盐分溶解度下降的情况，此时结晶析出并导致土体膨胀。在晶体体积长期反复变化的情况下土体的空隙也会逐渐变大，土体结构逐渐疏松，导致路基土的完整性被破坏。盐分大量聚集至边坡表面时，降雨环境中表层盐分因冲刷作用而发生流动，沿疏松的土体最终渗入深层路基，不利于边坡稳定性。

3 盐渍土公路路基病害的处理措施

3.1 提高路基高度法

通过提高路基高度的方式可实现对部分水分和盐分的有效阻隔，缓解盐渍对上部路床稳定性所造成的不良影响[6]。针对路堤冻害和次生盐渍化的处理，可行途径是提高路堤高度，要求其必须超出最小填土高度，且要综合地下水最高位、临界冻结深度等方面的因素选择最合适的最小填土高度控制指标。当然，提高路基高度法的适用范围较窄，仅在弱中且非硫酸盐渍土地段中较为合适。

3.2 换填法

换填法的主要应用场景为含盐量相对偏高的路基、低填浅挖地段。合理控制换填厚度是此法的关键，应以地勘资料为依据，综合填料性能而确定，至少达到1.0 m。对于换填土的选择通常以非盐渍土为宜，并具有较好的强度性能表现，例如可选择砾石土、风积砂。铲除所得的盐渍土应统一堆放至路基两侧坡脚处，再借助运输设备转移到与换填现场相距至少为30 m的区域，从而避免次生盐渍化现象。

3.3 浸水预溶法

浸水预溶法的关键要点在于：对路基预先浸水，通过持续性的渗透作用溶解易溶盐，发生渗流后进入至深度较大的土层中，伴随易溶盐的溶解将促使原土颗粒分布状态发生变化，在土体自重的综合作用下具有更良好的密实度。基于浸水预溶法的应用有助于改善路基土盐胶结构，缓解路基土含盐量过大的问题，避免大范围的盐渍土溶陷现象[7]。结束浸水作业后需晾晒处理，通过此方式调整路基含水率，在符合要求后组织后续施工。此后加强对表面高程、进水后土的性能指标等方面的检验，从多角度出发评估预溶后路基土的性能情况。浸水预溶法在厚度较大、渗透性较好的砂、砾石土、粉土和粘性盐渍土地区具有较好应用效果。

3.4 强夯法

经过浸水处理后路基土强度下降，为解决此问题需对路基土体采取加固措施。强夯法的优势在于操作便捷、成本低、适应能力强[8]，此法通常与浸水预溶法综合使用，首先经过浸水处理，再通过强夯的方式提高土体强度。强夯的作用在于：①提高路基土的干密度，减小孔隙比，以免出现溶陷沉降现象；②提高压实度；③提高路基土均匀性，避免差异沉降现象。

3.5 降低地下水位法

在提高地表排水能力的同时尽可能降低地下水水位，由此解决雨水浸泡路基的问题，并避免因地下水上升而导致次生盐渍化。此外，路基上游的取土坑面积可适当扩大，使其发挥出蒸发池的作用，提高地表水蒸发效率。路基上游可施作大排水沟，在其作用下拦截地表水。

3.6 设置隔断层法

隔断层法指的是在路基某处增设隔断层从而达到阻止毛细水上升的效果，以免水分和盐分进入路基上部[9]。隔断层的可选形式较多，应以隔断材料特性以及现场情况为准作出选择，如土工布隔断层、风积砂或河砂隔断层、砾石隔断层和沥青砂、油毛毡等隔断层。土工膜、沥青砂、油毛毡属不透水性隔断层，其作用在于隔断下层毛细水的上升，并具有阻断气态水上升的效果；砾石和风积砂属透水性隔断层，仅具备隔断毛细水上升的能力。若因现场情况特殊而无法实施提高路基高度等上述方法时，可采取渗水土填筑的方式，由此形成毛细水隔断层[10]。关于位置的选择以路堤底部较为合适，其厚度应视渗水土颗粒粒径而定。考虑到隔断层施工便捷、对路基盐胀的控制效果好等多重特点，因此可作为首选方法，其在强盐渍土地段的应用效果良好。

4 讨论与建议

根据区域内特殊的盐渍土变化，结合盐渍士的工程特性，治理办法是彻底切断盐源，也就是切断水的毛细管道和汽道，切断上下层土粒的联接。要做到这点，只有采用封闭性隔断层，其主要是隔断毛细水上升时的一种结构，是对砂砾适气性隔断层相对而言的。现新疆境内的一些高等级公路，对于盐渍士路基段采用了聚乙烯防滲土工膜作为盐渍土路基的封闭性隔断层来处理路基，实践证明，设置聚乙烯防滲土工膜隔断层处理盐渍土路基是一种经济有效的处理方法。盐渍土路基段往往缺乏砂砾、风积沙等透水材料，用聚乙烯防渗土工膜作为盐渍土路基的封闭性隔断层处理路基，较常规的砂砾(风积沙)透水层处理措施可大大节约工程建设资金。