慈 軍 ，張遠(yuǎn)芳，劉 亮 ，那姝姝，劉 威

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 8 30052）

0 引言

鹽漬土是指地表下1m以內(nèi)，易溶鹽含量大于0.5％的土。土中含鹽量超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，土的物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生很大變化。鹽漬土地區(qū)公路病害主要有鹽脹、翻漿、溶陷和腐蝕等類型［1］。鹽漬土的三相組成與一般土不同，液相中含有鹽溶液，固相中含有結(jié)晶鹽，尤其是易溶的結(jié)晶鹽［2］，可溶鹽分在結(jié)晶時(shí)體積將產(chǎn)生膨脹，溶化時(shí)又將產(chǎn)生溶陷。由哈密通往羅布泊地區(qū)的線路，對開發(fā)沿線礦產(chǎn)、旅游資源、促進(jìn)東西部地區(qū)優(yōu)勢互補(bǔ)將起到積極作用，而素有“大耳朵”之稱羅布泊（圖1）卻是重鹽漬土［3］地區(qū)，土壤鹽漬化往往是一些路基失效的主要破壞方式，對公路及鐵路等工程建設(shè)的危害性很大，應(yīng)對該沿線的鹽漬化問題有個(gè)明確的認(rèn)識(shí)和了解。

圖1 羅布泊的衛(wèi)星云圖Fig.1 The satellite cloud graph of Lop Nur

1 沿線地形地貌

哈密至羅布泊線路（圖2）北起蘭新鐵路哈密火車站，沿哈密盆地向南，以路塹通過天山支脈覺羅塔格、庫魯克塔格東部低山丘陵，進(jìn)入羅布泊平原。沿線經(jīng)過區(qū)域，按地貌可分為哈密盆地沖洪積平原區(qū)、覺羅塔格和庫魯克塔格山低山丘陵區(qū)、羅布泊湖積平原區(qū)。

1.1 哈密盆地沖洪積平原區(qū)

哈密盆地為我國最大的內(nèi)陸盆地之一，地形為北高南低、東西傾斜，北部為天山山脈，南部為低山剝蝕丘陵，中部為南湖戈壁。線路海拔高程為510～700m，地形較平坦、開闊，地面橫坡小于5‰。由于氣候干旱，降雨量小、蒸發(fā)量大，局部地段存在鹽漬土現(xiàn)象（圖3）。

圖3 哈密盆地沖、洪積平原區(qū)Fig.3 The diluvial-alluvial plain of Ham i Basin

1.2 覺羅塔格、庫魯克塔格山低山丘陵區(qū)

覺羅塔格、庫魯克塔格山為天山東部支脈，地形中間高，為低山丘陵和剝蝕丘陵區(qū)，兩面低，北部與哈密盆地接壤，為南湖戈壁，南部與羅布泊凹地相接。海拔高程700～1400m，相對高差較小，一般為10～50m，山體平緩，局部呈剝蝕準(zhǔn)平原，大部分基巖裸露，局部山間凹地、溝谷為第四系洪積圓礫土。由于氣候干旱，降雨量小，蒸發(fā)量大，地表植被稀疏，無地表水（圖4）。

圖4 庫魯克塔格山區(qū)風(fēng)蝕殘丘地貌Fig.4 The erosion monadnock geomorphology of Kulukatag

1.3 羅布泊湖積平原區(qū)

羅布泊湖積平原位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，塔里木盆地東部，其行政區(qū)劃屬若羌縣管轄。北部以庫魯克塔格山山前洪積扇為界，南至阿爾金山，東邊為北山，西邊為庫魯克沙漠。鹽湖南北長115km，東西寬90km，面積10350km2，是世界上最大的干鹽湖之一（圖5、6）。

2 沿線氣候條件

圖5 羅布泊湖積平原區(qū)羅北凹地Fig.5 The north hollow of the Lop Nur Lacustrine p lain

圖6 羅布泊湖積平原區(qū)東臺(tái)地Fig.6 The east platform of the Lop Nur Lacustrine plain

由于新疆地處亞歐大陸的腹地，遠(yuǎn)離海洋，因此氣候?yàn)榫哂袕?qiáng)烈的大陸性干燥氣侯，表現(xiàn)為干旱和荒漠化的氣候特征。哈羅線路沿線所經(jīng)地區(qū)為哈密盆地和羅布泊地區(qū)，屬典型的大陸性干燥氣侯，一般夏季高溫，冬季寒冷，干旱少雨，極端高氣溫可達(dá)43.9℃ ～48℃，最低氣溫可降到 -32.0℃；最大降水量19.9mm/d，年總蒸發(fā)量很大，約4169.1～5065mm，年降水量一般在34.6～38.5mm，降水一般集中于6、7月。其中羅布泊地區(qū)尤其以氣候干熱，晝夜溫差大，蒸發(fā)量大，降雨量少而著稱。晝夜溫差最大發(fā)生在6月，晝夜溫差高達(dá)38.2℃，沿線氣象資料見表1。

表1 沿線氣象資料統(tǒng)計(jì)表Table 1 The table of climate from Hami to Lop Nur

3 沿線水文特征

線路通過區(qū)地表水為季節(jié)性水，區(qū)域內(nèi)無大的河流。其中大南湖水庫，水量具有明顯的季節(jié)性。沿線地下水主要有第四系孔隙潛水、承壓水、基巖裂隙水。

3.1 第四系孔隙潛水

第四系孔隙潛水主要分布于哈密至大南湖鄉(xiāng)間農(nóng)田區(qū)以及羅布泊湖區(qū)。羅布泊湖區(qū)地下潛水，水位變化較大。主要受羅布泊鉀鹽礦不斷抽取鹵水的影響及氣候的變遷，總的趨勢是水位不斷下降。

3.2 承壓水

承壓水主要分布于羅布泊，共分布有6層承壓鹵水。分別賦存于第四系上更新統(tǒng)中部、中上部及下部的鈣芒硝層中，且均為飽和鹵水，具有強(qiáng)烈的侵蝕性。

3.3 基巖裂隙水

賦存于覺羅塔格、庫魯克塔格山部分?jǐn)鄬訕?gòu)造及基巖節(jié)理、裂隙中，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，由于降水量稀少，地下水相對貧乏或水量不大。

4 沿線鹽漬土特征

羅布泊因第四系以來氣候持續(xù)干旱少雨，已經(jīng)成為一個(gè)干涸的湖泊，地表分布著厚厚的鹽層，含鹽量一般在65％ ～95％，形成一層堅(jiān)硬的鹽殼，并且近年來持續(xù)不斷地開采地下鹵水，鹽殼不斷增厚，鹽層的強(qiáng)烈毛細(xì)水上升高度約0.6m。由相關(guān)資料可知［4］，CL-含量一般在2.856～4.056g/100g，SO42-含量一般在1.443～14.62g/100g，Ca2+含量一般在5.27～5.41g/100g，總含鹽量含量一般在6.688～20.66g/100g，各層含鹽量均大于5g/100g。其鹽漬土主要為強(qiáng)氯鹽漬土，具有強(qiáng)侵蝕性。

4.1 鹽脹

在羅布泊湖區(qū)，廣泛分布的鹽層中含大量芒硝，局部呈層狀分布，層厚1.0～2.0m。芒硝的主要成分是帶有十個(gè)結(jié)晶水的十水硫酸鈉（Na2SO4·10H2O），在干旱少雨季節(jié)會(huì)失去水而收縮，降雨時(shí)會(huì)吸水導(dǎo)致膨脹。同時(shí)羅布泊晝夜溫差極大，在每年的6月份，白天最高氣溫達(dá)42.5℃，夜間最低氣溫為4.3℃，晝夜溫差達(dá)38.2℃，在溫度急劇變化下十水硫酸鈉（Na2SO4·10H2O）會(huì)因溫度升高而失去結(jié)晶水形成小的孔隙，也會(huì)因溫度降低吸收空氣中水蒸氣而膨脹，使土粒間的孔隙增大，土粒松散，形成鹽結(jié)殼剝離的蓬松層。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)溫度在32.4℃時(shí)芒硝放出水分，成為無水芒硝，體積減小。鹽脹的反復(fù)作用，促使路基土體的結(jié)構(gòu)遭到破壞，致使路面形成波浪、鼓包甚至開裂，路面的平整度嚴(yán)重下降，同時(shí)路基整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性也嚴(yán)重受到影響（圖7）。

圖7 羅布泊湖區(qū)鹽脹Fig.7 The salt expansion of the Lop Nur Lacustrine plain

4.2 鹽巖

鹽巖主要是由易溶于水的鉀、鈉、鈣、鎂的鹵化物和硫酸鹽所組成的化學(xué)沉積巖。哈羅沿線的鹽巖主要成份為鈣芒硝沉積物、石鹽沉積物、石膏沉積物和黏土沉積物。主要分布于羅布泊湖積平原區(qū)羅北凹地一帶。鹽巖在地下水及地表降水作用下發(fā)生溶蝕，呈現(xiàn)出蜂窩狀孔洞，導(dǎo)致土體強(qiáng)度逐漸喪失。對沿線公路、鐵路、建筑等工程的危害主要表現(xiàn)為鹽溶陷穴、鹽溶孔隙、溶陷及對混凝土和金屬材料的侵蝕性（圖8、9）。

圖8 羅布泊湖積平原區(qū)鹽巖Fig.8 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

圖9 羅布泊湖積平原區(qū)鹽巖Fig.9 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

4.3 鹽溶及翻漿

季節(jié)性凍土區(qū)由于融化的水下滲，在解凍層和未解凍層之間形成自由水，這部分自由水不能及時(shí)排出，在車輛荷載的作用下使路面出現(xiàn)臌包、唧泥等翻漿現(xiàn)象。與季節(jié)性凍土地區(qū)的翻漿有所不同的是，沿線所經(jīng)過的鹽漬土區(qū)域，在地表水及地下水的影響下，原本在干燥狀態(tài)時(shí)具有較高強(qiáng)度的晶體鹽巖浸水后發(fā)生溶解，致使地基土的強(qiáng)度大幅下降，同時(shí)氯化鹽漬土具有明顯的保濕性，使地基土處于潮濕、飽和狀態(tài)，易產(chǎn)生“液化”現(xiàn)象［5］，在上部車輛荷載作用下易造成路面溶陷，泥漿從裂縫中冒出，致使路面出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象（圖10、11）。

圖10 建筑物周邊出現(xiàn)的鹽溶Fig.10 The salt solution which surrounding the buildings

圖11 公路路面上出現(xiàn)的鹽溶Fig.11 The salt solution which occurs on the road

4.4 腐蝕

羅布泊湖積平原區(qū)羅北附近的鹽漬土中含大量的氯離子及硫酸根離子，這些易溶鹽在潮濕的環(huán)境中以溶液的狀態(tài)通過毛細(xì)作用滲入到混凝土孔隙中，當(dāng)建筑物處于干濕交替或早晚溫差較大的環(huán)境中時(shí)，水分的蒸發(fā)使得結(jié)構(gòu)物孔隙中的鹽類發(fā)生結(jié)晶膨脹而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，致使混凝土發(fā)生疏松、開裂以致脫落，從而導(dǎo)致里面的鋼筋暴露于侵蝕環(huán)境，容易被滲入的各種易溶鹽所侵蝕，引起鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)設(shè)施的開裂和破壞（圖12）。

圖12 建筑物遭受鹽漬土腐蝕Fig.12 The building suffered from saline soil corrosion

5 結(jié)論和建議

（1）針對哈密盆地沖洪積平原區(qū)，地下水位埋深一般為1～5m，水質(zhì)局部具有弱侵蝕性。在花園鄉(xiāng)附近分布有鹽漬土，南湖戈壁地表下5～50cm存在石膏土，此段可采用耐腐土工膜形成封閉隔斷層，隔絕毛細(xì)水對路基不利影響。

（2）針對覺羅塔格、庫魯克塔格低山丘陵區(qū)，本段主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為風(fēng)沙流和風(fēng)蝕，路基應(yīng)采取防風(fēng)固沙和防風(fēng)蝕等措施。

（3）針對羅布泊湖積平原區(qū)，地下水水位變化較大，羅北洼地水位埋深一般在1～3 m，東臺(tái)地水位埋深一般8～10 m，水質(zhì)極差，具強(qiáng)侵蝕性。鹽巖及在其中形成的鹽溶陷穴、鹽溶等較發(fā)育。地基土建議進(jìn)行翻曬處理［6-7］，并碾壓夯實(shí)，必要時(shí)可考慮噴灑適量水，以消除淺層鹽溶孔隙，降低地基土的壓縮性和溶陷性。

［1］徐學(xué)祖.土體凍脹和鹽脹機(jī)理［M］.北京：科學(xué)出版社，1995：25-26.XU Xuezu.Mechanisms of frost heaving and salt expansion of soils［M］.Beijing：Science Press，1995：25-26.

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