趙　柯，榮　露

(蘭州交通大學土木工程學院，甘肅　蘭州　730070)

察格高速公路路基病害機理及防治研究

趙柯，榮露

(蘭州交通大學土木工程學院，甘肅蘭州730070)

趙柯(1990—)，碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程；

榮露(1991—)，碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程。

摘要：察爾汗鹽湖地區(qū)鹽漬土面積大，鹽漬土會對高速公路造成嚴重的危害。文章通過對察爾汗-格爾木高速公路鹽漬土進行采樣試驗分析，得出要解決鹽漬土病害應解決毛細水攜鹽上聚的問題，并提出了防治鹽漬土路基病害的相關措施，從而達到減少路基病害，提高經(jīng)濟效益的目的。

關鍵詞：鹽漬土；路基；病害機理；防治措施

0引言

察爾汗-格爾木高速公路(簡稱察格高速)，是察爾汗鹽湖地區(qū)第一條高速公路，亦是該地區(qū)交通的重要組成部分。察格高速所處的察爾汗鹽湖區(qū)，位于青海省西部的柴達木盆地，是中國最大的鹽湖區(qū)，蘊藏有豐富的氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂等無機鹽，為典型的內(nèi)陸封閉環(huán)境。該地區(qū)土壤中有豐富的鹽物質在循環(huán)，其殘余積鹽和現(xiàn)代積鹽過程都十分強烈，并通過水分在土壤中遷移，由此導致土壤次生鹽漬化的迅速發(fā)展[1-2]。按鹽在水中溶解度的大小，可以將其分為難溶鹽(如CaCO3)、中溶鹽(如CaSO4及Ca(HCO3)2)、易溶鹽(如NaCL、Na2SO4及MgSO4)，不同鹽性的鹽漬土對公路路基的危害也不同。察爾汗地區(qū)鹽漬土的鹽性也極其復雜，以易溶鹽為主，并摻雜少量中溶鹽、難溶鹽，成片狀或星島狀分布。本文通過對察格高速沿線鹽漬土路基病害機理進行分析研究，提出有針對性的處理及防治措施，以此來減小鹽漬土的危害程度，確保工程質量。

1鹽漬土對高速公路路基的危害

1.1　鹽漬土的采樣試驗分析

察格高速現(xiàn)場采樣試驗分析，測定出含鹽量情況如表1所示，可以得出此路基以易溶鹽漬土為主，中溶、難溶鹽漬土為輔(由于中溶、難溶鹽漬土相比易溶鹽漬土對路基危害程度甚小，故此處僅對易溶鹽漬土做深入測定)；在易溶鹽漬土的測定中做了CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-四個陰離子和Ca2+、Mg2+、K+、Na+四個陽離子以及總鹽含量九項測定試驗。對Ca2+>K+和Na+含量有溶液沉淀發(fā)生的，還加做了中溶鹽試驗。同時考慮Ca2+、Na+置換，以易溶鹽漬土測定結果的陰陽離子分析鑒定易溶鹽漬土的種類，可以看出此路基以硫酸鹽鹽漬土為主，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。實驗結果表明察格高速公路路基鹽漬土主要為易溶硫酸鹽鹽漬土。

表1　鹽漬土按含鹽量分類表

表2　鹽漬土含化學成分分類表

注：C(CL-)是氯離子在100 g土中所含毫摩數(shù)，其他離子情況相同。

1.2　鹽漬土路基的危害分析

易溶硫酸鹽鹽漬土受溫度影響大，當處于低溫時，空氣相對濕度增加，部分氣態(tài)水液化，鹽吸收水分子，尤其是Na2SO4吸水形成Na2SO4·10H2O分子而膨脹，造成路基路面鼓脹開裂；溫度升高時，結晶又溶解于水中，致使土體體積縮小，造成路基濕陷，致使路面脫空。易溶硫酸鹽鹽漬土體積隨溫度顯著變化的特性導致路基隆起及下沉，從而導致路面結構破壞，路基強度降低，路肩及邊坡松散剝蝕，直接加劇了路基的凍脹與翻漿[3-4]。另外當鹽類遇到水會釋放出所攜帶的酸根離子，將會對水泥、瀝青、鋼材等材料造成腐蝕。由于鹽漬土的這些特殊物理性質(力學性質)和化學性質，導致該地區(qū)公路諸如鹽脹、翻漿、裂縫、濕陷等病害屢屢發(fā)生，這些病害嚴重影響公路交通的正常運營及交通安全，造成巨大的經(jīng)濟損失[5-7]。

2防治鹽漬土路基危害

2.1　做封閉性的隔斷層

對該地區(qū)鹽漬土路基進行處理，應該圍繞解決毛細水攜鹽遷移的問題[8-9]，此為察格高速公路路基病害根源所在。有效地控制毛細水攜鹽遷移，則可以降低路基次生鹽漬化的發(fā)生，從而使病害得到有效防治。為此，在地下水位低、土質相對干燥的路段，可以采用封閉性隔斷層，如圖1所示。

圖1　封閉性隔斷層布置圖

首先應清除地表鹽殼和不符合設計要求的地表土，根據(jù)地質勘察結果發(fā)現(xiàn)30 cm以內(nèi)含鹽量最大，故清表厚度應≥30 cm，清表后對路基進行碾壓密實，然后在路基級配填料和清除浮土碾壓完成的地面之間加鋪用聚合物膜同土工織物加熱壓合成的封閉性的二布一膜形式的復合土工膜。

聚合物膜受土工織物保護起到將水分完全隔斷的作用，這樣就切斷了水分遷移的毛細管道，隔斷了上下層的聯(lián)接。此外膜上、下層的滲透水或孔隙水可以通過土工織物向路基兩側排出，這樣土工織物又可以做排水層，防止膜被水和空氣抬起而失去穩(wěn)定性，并可提高與土粒等接觸面的摩擦系數(shù)。能夠承受一定的拉力和伸長變形是復合土工膜的另一個突出的優(yōu)點，通過擴散土體的應力，限制土體側向位移，對路基的加固和穩(wěn)定有一定積極作用。同時下層土的鹽脹力遠遠小于上層路基級配填料的壓力，盡管下層土將被鹽脹力壓縮而使膜凹凸不平，但土工織物有相當?shù)捻g性，抗拉強度大，這樣就可以很好地起到隔水、隔氣、隔土粒的作用。

采取上述封閉性隔斷措施，解決了鹽分上聚和上層非鹽漬土的次生鹽漬化問題，從而保證路基的穩(wěn)定性和路面的平整性，而且施工方法簡單。值得注意的是隔斷層起到排水層作用時，水分會更多地向邊坡方向遷移，這樣在隔斷層高度以下的邊坡上，鹽分表聚將更多，鹽分的侵害會導致路基邊坡浸蝕、滑塌、松散和沉陷?？刹捎寐坊吰路啪彽姆绞竭M行防護，另外路堤邊坡坡面要利于土體干燥，鹽分表聚，應保持坡面臨空透氣，同時也要對邊坡坡面應進行防護。坡面防護結構應是帶孔的、透氣的，如框格結構、帶孔預制塊鋪砌、卵礫石覆蓋、卵石方格護坡等。

2.2　用碎石擠密樁加固地基

地下水位高的低洼沼澤濕地路段，地基土層含有難以清除的較厚淤泥、泥炭時，可采用碎石擠密樁加固處理[10]，并結合隔斷層一起使用，如圖2所示。

碎石擠密樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復合地基加固樁，碎石通過擠壓震動作用，使碎石等達到密實，從而增大地基承載力。但當原基底土層厚度1 m以內(nèi)土的天然含水率大于液限時，原基底土層液性指數(shù)過大，土體處于液態(tài)，必須對土體全部換填。

圖2　碎石擠密樁布置圖

清除軟弱土體達到地下水位線以下時，換填非鹽漬土的滲水性強的粗粒土，并使換填土高出地下水位30 cm以上。這樣可保證路床處于相對干燥狀態(tài)，同時可減少水分、鹽分對其的影響，提高路基穩(wěn)定性。

2.3　路基的植物防護

鹽漬化土壤對于栽培植物相當不利，當植物細胞的內(nèi)外液體有濃度差時，植物細胞就會吸水或失水。細胞外部溶液的濃度大于細胞內(nèi)細胞液的濃度時失水，細胞外部溶液的濃度小于細胞內(nèi)細胞液的濃度時吸水。

鹽漬土由于土壤鹽分含量較高，使土壤溶液濃度增加，土壤溶液的濃度較高時，植物細胞就會失水，由此導致植物根系不能吸水而影響植物的生長。即使是能生存下來，也由于土壤板結作用影響氧氣進入根部，植物不能有效地進行呼吸作用，從而變得稀疏、枯萎。但是，許多鹽生植物卻可適應鹽漬土環(huán)境。鹽生植物吸收地下水分，使土壤容重明顯下降，有機碳、氮、磷及鉀含量增加，在改良鹽漬土的過程中扮演重要角色，是路基被鹽漬土侵害的防護墻。

察格高速所經(jīng)過的鹽漬土地區(qū)布滿了羅布麻、駱駝刺、黑果枸杞等植物生長。因此，在公路建設及后期養(yǎng)護中，加大種植此類鹽生植物的投入，在公路兩側的綠化帶種植此類鹽生植物，不但有利于路基穩(wěn)定，而且有利于生態(tài)環(huán)境。

3結語

(1)察格高速鹽漬土類型主要為硫酸鹽鹽漬土。

(2)了解察格高速鹽漬土對路基、路面的破壞機理，得出解決鹽漬土路基病害應該圍繞解決毛細水攜鹽上聚的問題。

(3)對鹽漬土路基采取增加封閉性的隔斷層、碎石擠密樁、鹽生植物防護等措施，減少了鹽漬土對公路造成的嚴重危害，提高了經(jīng)濟效益。

(4)在易溶硫酸鹽鹽漬土路基的治理方面積累了寶貴經(jīng)驗，可為類似工程提供借鑒。

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Research on Roadbed Disease Mechanism and Control of Chage Expressway

ZHAO Ke，RONG Lu

(School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou，Gansu，730070)

Abstract：Qarhan Salt Lake region has large saline soil area，and the saline soil will cause serious harm to the expressway.Through sampling test analysis on Qarhan-Golmud Expressway saline soil，this article obtained that the salt-carrying cohesion problem by capillary water should be resolved in order to solve the saline soil diseases，and proposed the related measures to control the saline soil roadbed diseases，thereby achieving the goals to reduce the roadbed diseases and improve economic efficiency.

Keywords：Saline soil；Roadbed；Disease mechanism；Prevention measures

文章編號：1673-4874(2015)12-0035-03

中圖分類號：U412.36+6

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.12.008

作者簡介

收稿日期：2015-11-22