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        甘肅七墩至瓜州公路鹽漬土地基處理方案研究

        2020-06-19 08:42:00柴亞南
        工程技術(shù)研究 2020年10期
        關(guān)鍵詞:路床瓜州鹽漬

        柴亞南

        (中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,北京 100088)

        擬建項(xiàng)目區(qū)地處河西走廊西段,地勢(shì)由南北兩面向中間傾斜,海拔為1176~1400m,沿線戈壁、丘陵、平原錯(cuò)綜分布。該地屬典型大陸中溫帶干旱氣候,太陽輻射強(qiáng)、日照充足、晝夜溫差大,降水少、蒸發(fā)量大、空氣干燥,這種氣候特點(diǎn)嚴(yán)重影響土層的水熱變化,加劇水分蒸發(fā),可溶性鹽向表層積累,鹽漬土分布廣泛(主要分布于山前平原區(qū)、花崗巖風(fēng)化區(qū),以亞氯鹽~亞硫酸鹽弱鹽漬土為主)。鹽漬土對(duì)公路工程最直接的危害是浸水后的溶陷、含硫酸鹽地基的鹽脹和對(duì)基礎(chǔ)和圬工構(gòu)造物的腐蝕等破壞。

        文章以G312線七墩至瓜州公路工程為研究對(duì)象,路線總體走向?yàn)橛蓶|向西,路線起點(diǎn)位于玉門市與瓜州交界處的七墩鄉(xiāng),終點(diǎn)為瓜州縣G312線與G30高速公路瓜州出口平交處,順接G312線瓜州至柳園段。工程為分離式路基,一期工程利用現(xiàn)有舊路改建的半幅可維持原有標(biāo)準(zhǔn)不變,其路基寬度為12m,行車道寬2×3.75m,硬路肩寬2×1.5m,土路肩寬2×0.75m。新建一幅路基寬度為12.75m,行車道寬2×3.75m,硬路肩寬為0.75m和3.0m,土路肩寬2×0.75m。

        項(xiàng)目范圍內(nèi)出露地層主要受地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌控制,第四系地層分布廣泛,主要由沖積、洪積等形成的碎石、角礫(圓礫)、礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂、粉土、粉質(zhì)黏土等組成。局部出露元古界震旦系下統(tǒng)白湖群灰綠、青灰色石英片巖。

        1 鹽漬土調(diào)查分析

        為查清全線鹽漬土分布范圍及等級(jí),減少鹽漬土的危害,采用鉆探、挖探等綜合勘探方式對(duì)路線范圍內(nèi)地質(zhì)狀況調(diào)查,共布置了2225個(gè)探點(diǎn),并對(duì)取樣進(jìn)行離子含量、化學(xué)成分、溶陷系數(shù)和鹽脹性等試驗(yàn)分析。全線調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        圖1 鹽漬土試驗(yàn)分析結(jié)果

        通過對(duì)沿線調(diào)查成果分析可知:

        (1)以鹽漬土段落為主,其中鹽漬土段落長(zhǎng)度56.7km,約占85.56%,非鹽漬土段落長(zhǎng)度9.6km,約占14.44%。

        (2)以弱~中鹽漬土為主,主要為硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土,存在較少氯鹽漬土和堿性鹽漬土。其中,中鹽漬土長(zhǎng)度9.5km,占鹽漬土路段16.82%;弱鹽漬土長(zhǎng)度47.2km,占鹽漬土路段83.18%;堿性鹽漬土長(zhǎng)度4.2km,占鹽漬土路段7.45%。

        (3)項(xiàng)目沿線鹽漬土分布范圍廣,應(yīng)做好鹽漬土取樣分析試驗(yàn)工作,對(duì)鹽漬土特殊路基應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)分析,采取合理處理措施,減少后期破壞。

        2 鹽漬土破壞機(jī)理

        為深入了解鹽漬土破壞情況,弄清其破壞機(jī)理,對(duì)該地區(qū)已建和在建公路項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。通過調(diào)研結(jié)果可知,路基主要存在沉陷、邊坡塌方破壞,路面以車轍、裂縫、松散、沉陷、坑槽、泛油等最為典型,混凝土結(jié)構(gòu)以腐蝕破壞為主。根據(jù)采樣分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示,路基土體及混凝土結(jié)構(gòu)都有氯鹽或硫酸鹽存在,破壞越嚴(yán)重的部位,鹽的含量越高,同時(shí)鹽漬土對(duì)路基路面及構(gòu)造物的破壞程度和含水量有密切關(guān)系。由此可見,該地區(qū)鹽漬土對(duì)公路工程破壞主要是由溶陷、鹽脹和腐蝕等造成,如圖2所示。

        圖2 鹽漬土路基路面病害

        2.1 溶陷

        干燥狀態(tài)下鹽漬土具有強(qiáng)度高、壓縮性小等特性,土體經(jīng)水浸泡后,土體內(nèi)鹽溶解、流失,可造成土體內(nèi)部產(chǎn)生空洞、沉降和變形,降低地基承載力,稱為溶陷破壞??刹捎萌芟萘恐笜?biāo)分析評(píng)價(jià),高速公路和一級(jí)公路溶陷量應(yīng)<70mm,其他等級(jí)公路可參照規(guī)范要求執(zhí)行,同時(shí)路基范圍內(nèi)應(yīng)有完善的排水措施。

        2.2 鹽脹

        鹽脹破壞主要表現(xiàn)形式為結(jié)晶破壞。河西走廊地區(qū)晝夜溫差大、季節(jié)性溫度差異明顯,土空隙中的鹽分(尤其是硫酸鹽)在一定溫度條件下可相互切換為結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài),其體積相差3倍以上,這種鹽脹作用可造成路基邊坡破壞、路面變形。依據(jù)規(guī)范要求可采用鹽脹率指標(biāo)分析評(píng)價(jià)高速公路和一級(jí)公路,當(dāng)路基填土高度≤2m時(shí),鹽脹率≤1%;當(dāng)路基填土高度>2m時(shí),鹽脹率≤2%。其他等級(jí)公路可參照規(guī)范執(zhí)行。

        2.3 腐蝕

        鹽漬土中含有較多的易溶鹽,可與混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)、氯離子侵蝕等腐蝕破壞,降低混凝土強(qiáng)度,導(dǎo)致混凝土開裂和結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí),氯離子可滲入混凝土鋼筋表面,破壞鋼筋鈍化膜,加速電化學(xué)腐蝕過程。

        3 鹽漬土地基處置方案

        結(jié)合路線范圍內(nèi)地質(zhì)勘查資料,該項(xiàng)目以弱~中鹽漬土為主,同時(shí)結(jié)合溶陷量與鹽脹率試驗(yàn)資料,針對(duì)該地區(qū)鹽漬土地區(qū)提出了以下處置方案。

        (1)針對(duì)該項(xiàng)目地區(qū)鹽漬土分布范圍廣、等級(jí)較大的特點(diǎn),加強(qiáng)鹽漬土清表厚度:非鹽漬土段落清除表土30cm,弱鹽漬土段落清除表土50cm,中鹽漬土段落清除表土60cm,強(qiáng)鹽漬土段落清除表土70cm,填筑非-弱鹽漬土至路床底部設(shè)計(jì)標(biāo)高。

        (2)根據(jù)鹽漬土程度及填挖高度制定如下方案:①挖方或填土高度H≤路面結(jié)構(gòu)厚度+80cm路床厚度,基底為弱、中、強(qiáng)鹽漬土路段,上路床30cm的填料采用未篩分碎石,下路床50cm的填料采用非鹽漬砂礫土,路床底部鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層。②填土高度H>路面結(jié)構(gòu)厚度+80cm路床厚度,基底為弱鹽漬土或非鹽漬土,路基填料為弱鹽漬土的路段,上路床30cm的填料采用未篩分碎石,下路床50cm的填料采用非鹽漬砂礫土,路床底部鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層。③填土高度H>路面結(jié)構(gòu)厚度+80cm路床厚度,基底為中鹽漬土的路段,上路床30cm的填料采用未篩分碎石,下路床50cm的填料采用非鹽漬砂礫土,路床底部鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層。此外,在清表回填后在地面線以上30cm鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層,兩層復(fù)合土工膜之間距離d≥0.5m。④填土高度H>路面結(jié)構(gòu)厚度+80cm路床厚度,基底為強(qiáng)鹽漬土的路段,上路床30cm的填料采用未篩分碎石,下路床50cm的填料采用非鹽漬砂礫土,路床底部鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層。此外,在清表回填后鋪設(shè)80cm片石緩沖層以抵消鹽漬土的鹽脹力,并在緩沖層之上鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜隔斷層,兩層復(fù)合土工膜之間距離d≥0.5m。

        (3)鑒于該項(xiàng)目鹽漬土腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果,水泥統(tǒng)一采用中~強(qiáng)抗硫酸鹽水泥,鋼筋保護(hù)層厚度必須達(dá)到規(guī)范指標(biāo)要求。

        (4)鑒于該項(xiàng)目鹽漬土分布范圍廣、溫差大、路基填高低及風(fēng)沙大實(shí)際情況,為預(yù)防鹽脹及半剛性基層溫縮引起路面拱起、開裂,對(duì)于中~強(qiáng)鹽漬土路段,設(shè)置了路面消脹槽,釋放應(yīng)力,以預(yù)防路面拱脹。

        4 結(jié)語

        通過對(duì)項(xiàng)目沿線鹽漬土取樣結(jié)果可知,該地區(qū)鹽漬土分布以弱~中鹽漬土為主,在調(diào)查分析了鹽漬土破壞機(jī)理原則下,提出了針對(duì)性的措施:

        (1)鹽漬土地區(qū)公路在建設(shè)過程應(yīng)考慮完善的排水及防腐措施,盡量減少鹽漬土溶陷、鹽脹及腐蝕破壞產(chǎn)生的外部條件。

        (2)依據(jù)不同路基填土高度和鹽漬土等級(jí),提出了4條可行的處置方案,可消除鹽漬土對(duì)路基的危害。

        (3)同時(shí)針對(duì)該地區(qū)氣候特征,對(duì)于中~強(qiáng)鹽漬土路段,設(shè)置路面消脹槽,預(yù)防鹽脹及半剛性基層溫縮引起路面拱起、開裂。

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