河西地区盐渍土路基综合处治技术体系与施工质量控制研究

后乐田，左 强，赵飞龙，蔡乾东2

（1.甘肃路桥第三公路工程有限责任公司，甘肃 兰州 730050；2.陕西东道特种路面科技有限公司，陕西 西安 712000）

0 引言

盐渍土是不同程度的盐碱化土的统称。在公路工程中，一般指地表以下1.0 m深的土层内易溶盐平均含量大于0.3%以及地表中易溶盐含量大于0.5%的土质[1]。盐渍土按含盐性质分为氯盐渍土、亚氯盐渍土、亚硫酸盐渍土、硫酸盐渍土等；按含盐量分可为弱盐渍土、中盐渍土、强盐渍土和过盐渍土等[2]。

甘肃是我国内陆性盐渍土面积较大的地区之一，盐渍土主要分布在河西地区的敦煌、玉门、酒泉、临泽、永昌、民勤等地，其类型以硫酸盐、亚硫酸盐盐渍土为主[3]。河西地区盐渍土路基主要存在盐胀、边坡溶陷、滑塌及冲蚀现象，对路基承载力及边坡稳定性带来不利影响；盐渍土中可溶盐分随水的毛细作用不断上升，逐渐向上迁移且聚集在半刚性基层底部，使原本非盐路基填料和基层逐渐出现盐渍化，盐分结晶膨胀产生盐胀，最终导致路基路面出现局部拱胀、隆起及开裂[4，5]，不同程度地影响着公路行驶安全与使用寿命。

本文依托的G312线七墩至瓜州公路工程（以下简称“七瓜项目”），路线位于河西走廊西端的瓜州境内，属于典型大陆中温带干旱气候，辖区夏季炎热、太阳辐射强、日照时间长、降水稀少、蒸发量大，昼夜温差较大（15℃～20℃）、冬季寒冷、寒暑温差及冻融循环作用明显；加之瓜州素有“世界风库”之称，年均风力3级～4级，日均风速大于3 m/s，风力强劲且风沙活动频繁；干燥、蒸发量大、大风大温差环境及强烈风化、冲洪积搬运等综合因素为该地区盐渍土的形成提供了有利的物质来源及环境条件[6]，沿线盐渍土分布极广。如何针对盐渍土路基工程特征，制定适宜的盐渍土路基处治技术方案，对防治盐渍土损坏及提升路基路面工程质量具有重要的现实意义。

1 盐渍土特征

1.1 盐渍土类型及分布

精准判断原地面及路基取土场土体含盐量及盐渍土类型，是制定盐渍土路基处治方案的前提条件。七瓜项目盐渍土路基174段共61.8 km，选取的部分代表性测点盐渍土类型及含量检测结果如表1所示。通过对沿线测点检测分析，主要为硫酸盐渍土、亚硫酸盐渍土、少量氯盐渍土及碱性盐渍土。按照盐渍土的含盐量划分，沿线以弱、中盐渍土为主，中盐渍土9.066 km，占14.67%；弱盐渍土48.512 km，占78.50%；碱性盐渍土4.222 km，占6.83%。

表1 七瓜项目代表性测点盐渍土类型及含量检测结果Tab.1 Types and content test results of saline soil at representative measuring points of Qigua project

1.2 盐渍土损坏特征

盐胀是硫酸盐、亚硫酸盐这类盐渍土的主要损坏类型[7]，七瓜项目沿线砂砾土中原状结晶盐如图1所示，辖区类似公路工程因盐胀导致的路基路面及路肩拱起、开裂损坏如图2所示。盐渍土路基中，当硫酸盐渍土土体失水或环境温度降低时，在冻融循环及蒸发作用下，土体中部分盐分不断地由融化区向冻结区迁移，由潮湿区向干燥区迁移，最后无水硫酸钠（Na₂SO₄）析出为十水硫酸钠（Na₂SO₄·10H₂O）结晶后体积膨胀达3倍以上[8]，盐胀促使路基路面出现拱起变形、开裂等损坏。当含盐量较高、环境温度上升时，硫酸盐脱水后体积变小，致使路基填料出现土体疏松，遇雨水则产生溶陷、滑塌及冲蚀损坏，容易导致路肩、路基边坡及沿线防护工程损坏，从而破坏路基承载力及边坡稳定性。

图1 砂砾土中原状结晶盐Fig.1 Undisturbed crystalline salt in gravel soil

图2 盐胀导致路基路面及路肩拱起变形Fig.2 Salt swelling leads to arched deformation of roadbed pavement and road shoulder

河西盐渍土地区干燥少雨、蒸发量大，冬季寒冷、昼夜及寒暑温差大，路基路面结构内部温度梯度十分明显[9]，为硫酸盐渍土的盐胀提供了有利环境条件。通常，路基盐胀、路面拱胀变形容易在冬季和春融时集中爆发。此外，河西盐渍土地区中小桥涵的台背、桥台、搭板等部位，因填料出现盐胀而导致混凝土结构出现位移、错台、开裂及腐蚀等损坏也时有发生，不同程度影响到混凝土结构物的耐久性。

2 综合处治体系

2.1 技术体系

众所周知，控制填料的含盐量，避免水分入侵路基，阻断含盐水分迁移，是防治盐渍土路基盐胀损坏的主要解决途径。按照“防盐、隔盐与消胀”为一体的处治技术思路，七瓜项目提出的盐渍土路基综合处治技术体系及涉及主要技术措施如表2。

表2 七瓜项目盐渍土路基综合处治技术体系Tab.2 Comprehensive treatment technology system of saline soil subgrade in Qigua project

2.2 结构方案

七瓜项目沿线戈壁荒漠的地势相对平坦，路基类型主要以填方路基为主，以路面与路床厚度1.44 m（路面4 cm + 8 cm + 32 cm + 20 cm，路床80 cm）为控制基准线，根据盐渍土路基综合处治体系及不同路段的基底含盐量、路堤填土高度，盐渍土路基逐层填筑结构方案如图3所示。

图3 盐渍土路基填逐层填筑结构图Fig.3 Structural diagram of layer-by-layer filling of saline soil subgrade

2.3 技术特点

（1）“防盐”即减少盐含量，旨在将路基填料及施工用水中的含盐量降至最低。防盐必须从源头上加强原材料控制，严格控制含盐施工用水，路基填料采用“闷料”除盐、非盐砂砾土换填等措施。

（2）“隔盐”即隔断层，阻断水盐毛细作用及向上迁移的路径，防止路基上层或基层中非盐填料在迁移作用下产生盐渍化[10，11]。“两布一膜”，即由两层无纺布加一层薄膜组成的复合土工布[12]，根据路基填土高度及含盐量，可铺设单层或双层结构；“两布一膜”复合土工布隔断层具有良好的防渗透、防腐蚀、防裂及抗氧化等功能，不仅用于隔断毛细水上升，还要阻断地表水下渗影响[13，14]。通常，“两布一膜”隔断层至上用非盐砂砾土或允许范围内的弱盐渍土填料逐层填筑，上路床采用30 cm未筛分碎石隔断层，用于防止“两布一膜”无法抵抗盐胀破坏时，未筛分碎石铺装层中碎石颗粒之间的间隙，不仅可以阻止或减弱水盐毛细作用，而且可以消解路基盐胀应力，“两布一膜”与未筛分碎石阻断层可发挥双重隔断、消胀作用。

（3）“消胀”即消解或减弱盐渍土盐胀应力，事先预留一定的盐胀空间。对强盐渍土路段，清表后70cm后基底采用80cm片石缓冲层换填，可降低原状盐渍土向上迁移的速度及侵害强度。半刚性基层设置“消胀槽”，当盐分迁移至半刚性基层底部后，通过“消胀槽”可预先为盐胀结晶提供膨胀空间，同时防止基层温缩变形及出现应力集中现象，全面预防路面出现次生拱胀、隆起及开裂等损坏。

3 施工控制要点

3.1 反渗透脱盐净水

为避免河西盐渍土地区含盐用水对路基施工的影响，七瓜项目引进反渗透脱盐净水技术，施工现场建立了净化水生产处理车间。采用反渗透脱盐净水技术处理后的水质检测结果如图4所示，可以看出可达饮用水标准，从源头上有效解决了盐渍土地区施工及生活用水隐患，达到防盐除盐目的。

图4 反渗透脱盐净水处理前后检测结果Fig.4 Test results before and after reverse osmosis desalination water purification

3.2 两布一膜隔断层

“两布一膜”复合土工布施工时，下承层必须保持平整密实，预防路基压实出现刺破损坏。铺设时，沿路线纵向按路基横断面相应的宽度由外侧向内侧进行全断面铺设。根据路基纵坡与横坡，接缝处的搭接宽度不小于50 cm，将复合土工布低侧一幅的接头置下层，高侧一幅的接头置上层。两布一膜铺设完成后，全断面检查“两布一膜”是否存在破损现象；对于已发现的局部破损部位，立即采用复合土工布加铺并焊接处理；河西地区风力强劲、日照时间长、强紫外线强，路堤填筑前，“两布一膜”的接缝部位采用细粒式非盐填料进行覆盖保护（如图5），避免“两布一膜”长时间处于裸露暴晒状态，确保“两布一膜”紧贴下承层，保证全幅完整无损、平整平顺。

图5 接缝覆盖保护措施Fig.5 Seam coverage protection measures

3.3 路堤逐层填筑施工

（1）填筑前，先对取土场进行清表，然后在不同位置取土做易溶盐检测分析。土样检测结果满足设计要求后，根据填料天然含水量和最佳含水量，在取土场集中采用“田”字格法进行闷料处理。河西瓜州境内风力强劲、蒸发量大，闷料不仅可解决填料水分散失快的问题，而且洒水、浸泡过程可以稀释填料中部分盐分，进而起到一定的除盐作用。通常，闷料时间一般不小于24 h，闷料后填料含水量宜大于最佳含水量的1%～2%。取料时，采用全断面开挖，必须保证路堤填料规格及含水量均匀一致。

（2）“两布一膜”铺设完成后，应尽快填筑上层填料。路堤填筑严格执行“四区段、八流程”和“划格上土、挂线施工、平地机整平”的原则，施工现场如图6所示。

图6 网格填筑施工Fig.6 Grid filling construction

为防止河西风大扬尘、填料含水量损失过快，填前填料必须适量洒水湿润；运输车将填料倒至指定位置后，按“先高后低，先两边后中间”顺序单向作业，先用装载机粗平，后用平地机精平，松铺厚度不超过30 cm，两侧各加宽30 cm；摊铺按路面平行线分层控制标高、分层平行填筑，每层平整度及平纵坡必须符合设计要求。

（3）提高路堤压实质量，不仅能够防止填料中盐分迁移，而且有利于提高路基强度与稳定性。按照“先边缘后中间，先轻压后重压，先慢压后快压”原则，每次碾压的轮迹重叠宽度应不小于30 cm。羊足碾先弱振1遍，再强振3遍；单钢轮第1遍前进时静压、后退时弱振，最后强振2遍；第4遍静压收光至无轮迹。根据逐层填筑的不同碾压区，通过现场检测确定最佳碾压遍数，压实度合格后方可进行下一层施工。

（4）路堤填筑完成后，按设计要求进行刷坡与整形，清理边坡外的松散弃土，检查路基中线位置、宽度、纵横坡、边坡及标高；现场验收时，确保路堤表面平整密实、边线直顺、曲线圆滑。

3.4 未筛分碎石隔断层

（1）上路床采用未筛分碎石隔断层，碎石压碎值不大于26%，针片状含量不大于20%，塑性指数小于9。为保证未筛分碎石隔断层的均匀性，采用装载机和挖掘机对碎石进行拌和掺配，其中20～40 mm碎石23%、10～30 mm碎石29%、屑48%，按重型击实试验确定的最大干密度为2.22 g/cm3，最佳含水量为5.8%。

（2）碎石、屑进场后，洒水将其湿润，采用挖掘机及装载机按比例进行前后、左右移动翻拌两次，等距分成若干小堆和梅花形堆放，洒水闷料（洒水量一般在最佳含水量的基础上增加2%～3%）一夜后待第二天摊铺；因七瓜项目沿线风大、蒸发量大，未筛分碎石隔断层摊铺前的含水量宜控制在7.1%左右。

（3）第二天摊铺施工时（如图9），先用装载机料斗齿将料堆大致耙平，再采用推土机从边部向中间粗平，经14T压路机静压一遍后，最后用平地机精平。平地机必须调整好刀片的横向坡度和切入深度，先大面积推平，再循序渐进地刮平至松铺厚度，最后修整路拱和横披，摊铺后尽量消除粗细碎石离析现象。

（4）全幅碾压时，现场配备14T以上振动压路机1台，18T以上振动压路机（如图7）不少于2台；平地机整平成型后，先采用14T以上压路机初压，当含水量略大于最佳含水量时，再采用18T以上压路机碾压。直线路段碾压时，由两侧路肩向中心作业，超高路段由内侧向外侧作业，压轮横向重叠1/2～1/3，一般弱振2遍、强振碾压4遍～5遍后，压实度可达96%～97%，现场不得漏压，直至压实度满足要求。

图7 未筛分碎石碾压Fig.7 Non-screening macadam rolling

3.5 消胀槽及台背处理

针对中～强盐渍土路段，距桥头处100 m、盐渍土路基400 m处，需设置一道宽2 m、贯通底基层的消胀槽。消胀槽尽量设置在曲线变坡点处，开挖后采用ATB-25改性沥青稳定碎石分层填充压实，两侧缝壁采用热熔灌封胶进行防水黏结处理。消胀槽采用改性沥青ATB-25回填，可发挥该结构具备的良好的骨架稳定、抗变形及抗裂作用特性，有效解决路基盐胀拱起及半刚性基层温缩开裂问题[15]。消胀槽施工，一般在下面层施工前完成，衔接部位不得出现沉降或跳车现象。

为全面预防盐渍土路段桥涵台背填料出现盐胀，混凝土构造物出现腐蚀及跳车现象，盐渍土路段的构造物全部采用抗硫混凝土，混凝土基础及构造物表面均涂刷防腐层，台背两侧过渡段采用抗硫水泥稳定碎石（水泥剂量3.5%）逐层回填，并铺设土工格栅进行加筋补强处理，有效防止台背沉降及盐胀。

3.6 防排水及边坡防护

七瓜项目沿线盐渍土地区虽然降雨稀少，但“盐随水动”和“盐随水来、盐随水去”的水盐迁移规律不变，盐渍土路基防排水及防护工程不可忽视。当路基经过山前洪积扇或戈壁滩时，根据地形在路基迎水侧设置拦水砂坝，路基两侧均设置排水沟；填方路段路表及路肩排水采用散排，挖方路段两侧设置排水沟。为增强填方盐渍土路基边坡稳定性及抗冲蚀性，当边坡高度H＜3.0 m时，采用1：3缓边坡与夯拍碎石防护；边坡高度H≥3.0 m时，采用C25混凝土预制拱形骨架，拱圈内夯拍10 cm碎砾石防护。

4 结语

（1）七瓜项目沿线主要为硫酸盐渍土、亚硫酸盐渍土、少量氯盐渍土及碱性盐渍土，以弱、中盐渍土为主；沿线干燥少雨、蒸发量大，冬季寒冷、昼夜及寒暑温差大等气候特征，为硫酸盐渍土的盐胀提供了有利环境条件；因此，盐胀是导致河西地区路基路面出现局部拱胀、隆起及开裂等损坏的主要诱因，也是河西地区盐渍土路基病害防治重点，其次是预防路基边坡溶陷、冲蚀及混凝土构造物抗腐蚀问题。

（2）按照“防盐、隔盐与消胀”为一体的综合处治思路，依托七瓜项目首次大面积采用反渗透脱盐净水技术、闷料及非盐砂砾土填料、“两布一膜”与未筛分碎石阻断层、消胀槽、桥涵台背回填、防排水及边坡防护等处治技术措施，建立了河西地区盐渍土路基综合处治技术体系。

（3）提出了盐渍土路基综合处治技术体系不同技术措施作用机理、技术特点与施工质量控制要点，对提升河西地区盐渍土路基工程质量、预防路基路面早期损坏等具有积极的行业示范效益与推广价值。