高速公路鹽漬土路基危害與處理方法

高速公路鹽漬土土土路基危危害與與處理方方法新疆高速公路庫庫庫阿段是連連接接南疆各各主要要城市的的通道道,此段公路路鹽鹽漬土路路基病病害較為為嚴(yán)重重。根據(jù)據(jù)新疆疆高速公公路庫庫阿段鹽漬漬土土路基病病害的的實(shí)際資資料,分析了南南疆疆地區(qū)鹽鹽漬土土的工程程特性性;探討了影影響響鹽漬土土路基基病害產(chǎn)產(chǎn)生的的因素,主要是氣氣候候條件、地地形形地貌、地地層層巖性、水水文文地質(zhì)、植植被被和人為為因素素;最后結(jié)合合新疆疆高速公公路庫庫阿段工程程實(shí)實(shí)際,分析研究究了了具體的的工程程治理措措施。1簡(jiǎn)介新疆庫車－阿克克克蘇段高高等級(jí)級(jí)公路，位位于于新疆維維吾爾爾自治區(qū)區(qū)南疆疆的阿克克蘇地地區(qū)境內(nèi)內(nèi)。起起點(diǎn)與已已經(jīng)開開工的G314線庫爾勒勒－－庫車段段高速速公路相相接，終終點(diǎn)為阿阿克蘇蘇市建化化廠，沿沿線經(jīng)庫庫車、新新和、溫溫宿、阿阿克蘇市市。路路線全長(zhǎng)258..6645千米。該公公路路自建成成后,,鹽漬土病病害害的作用用較為為明顯,嚴(yán)重影響響了了行車安安全。所所以查明明庫阿阿高速公公路段段鹽漬土土路基基病害,研究工程程治治理措施施,對(duì)保證公公路路正常運(yùn)運(yùn)營(yíng)和和南疆地地區(qū)經(jīng)經(jīng)濟(jì)順利利發(fā)展展有著非非常重重要的意義義。2新疆高速公路路路庫阿段鹽鹽漬漬土路基基病害害新疆高速公路庫庫庫阿段內(nèi)內(nèi)鹽漬漬土路基基病害害較為明明顯,,鹽漬土病病害害嚴(yán)重地地段,,路基下沉沉、道道路變形形,嚴(yán)重影響響了了行車安安全。2．1硫酸鹽漬漬土的的松脹和和膨脹性性影響響路基穩(wěn)穩(wěn)定硫酸鹽的溶解度度度隨溫度度而變變化,溫度降低低時(shí)時(shí),鹽溶解達(dá)達(dá)到到飽和狀狀態(tài),,鹽分即從從溶溶液中結(jié)結(jié)晶析析出,體積增大大。溫溫度升高高時(shí)結(jié)結(jié)晶又溶溶解于于溶液中中,體積縮小小。在在含水量量較小小的土體體中所所含的固固體硫硫酸鹽在在低溫溫時(shí)吸水水結(jié)晶晶,體積增大大,溫度升高高時(shí)時(shí)又脫水水變成成粉末狀狀固體體,體積縮小小。從從而使主主體結(jié)結(jié)構(gòu)破壞壞、變變松的現(xiàn)現(xiàn)象,,即為硫酸酸鹽鹽漬土的的松脹脹性。這這一現(xiàn)現(xiàn)象多發(fā)發(fā)生在在地表土土層,,往往引起起路路肩及邊邊坡土土體變松松,影響路基基穩(wěn)穩(wěn)定。由由于季季節(jié)性的的溫度度變化,即秋后溫溫度度降低,引起較深深部部分土層層中硫硫酸鹽吸吸水結(jié)結(jié)晶,體積增大大,促使土體體體體積增大大,即為硫酸酸鹽鹽漬土的的膨脹脹性。春春季溫溫度回升升時(shí)硫硫酸鹽脫脫水體體積變小小,土體體積積縮縮小。硫硫酸鹽鹽漬土的的膨脹脹影響深深度及及膨脹量量都相相當(dāng)大。引引起起路基季季節(jié)性性的隆起起和下下沉,造成路基基不不穩(wěn)定,增大了養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)工作量量。2．2碳酸鹽鹽對(duì)土土膨脹性性的影響響往往往造成路路基塌塌陷當(dāng)鹽漬土中含有有有大量的的吸附附性陽離離子并并遇水時(shí)時(shí),由于膠體體顆顆粒和吸吸附性性陽離子子互相相作用,在膠體顆顆粒粒和粘土土顆粒粒周圍形形成結(jié)結(jié)合水薄薄膜,,減少了各各顆顆粒間的的粘著著力,使其相互互分分離,引起土體體膨膨脹。試試驗(yàn)證證明,當(dāng)土中Naa22COO3含含量超過過0..5%%時(shí),其膨脹量量即即有顯著著增大大。由于于碳酸酸鹽的膨膨脹作作用,在路基遇遇水水時(shí),往往造成成邊邊坡坍塌塌,路基泥濘濘。2．3鹽漬度度對(duì)土土的塑性性的影響響往往往造成路路基失失穩(wěn)同一類土當(dāng)含鹽鹽鹽量增加加時(shí)其其液塑限限相應(yīng)應(yīng)減小,塑性指數(shù)數(shù)也也有所降降低,,這種性質(zhì)質(zhì)對(duì)對(duì)路基的的穩(wěn)定定性十分分不利利。因?yàn)闉橛鏊?當(dāng)含水量量相相同時(shí),鹽漬土比比非非鹽漬土土較早早地達(dá)到到塑限限或流塑塑狀態(tài)態(tài),即較早地地達(dá)達(dá)到不太太穩(wěn)定定的狀態(tài)態(tài)。3鹽漬土的主要要要工程特性性從表1可以看看看出:富集硫酸酸鹽鹽漬土和和亞硫硫酸鹽漬漬土的的地段,路基松脹脹現(xiàn)現(xiàn)象比較較嚴(yán)重重;而富集氯氯鹽鹽漬土和和亞氯氯鹽漬土土的地地段,溶蝕現(xiàn)象象比比較嚴(yán)重重。這這種差別別是由由于鹽漬漬土的的工程性性質(zhì)決決定的。從從本本工程實(shí)實(shí)際情情況來看看,鹽漬土的的工工程特性性主要要表現(xiàn)在在三方方面:溶陷性,鹽脹性,腐蝕性[112]]。4影響新疆高速速速公路庫阿阿段段鹽漬土土形成成的因素素4．1地地形形、地質(zhì)條條條件新疆高速公路庫庫庫阿段大大都經(jīng)經(jīng)過在天天山南南簏山前前沖、洪洪積傾斜斜平原原區(qū)和沖沖、洪洪積平原原區(qū)的的中上部部。由由北向南南的地地形橫斷斷面看看,南疆鐵路路庫庫喀段經(jīng)經(jīng)過的的地區(qū)是是從山山前到平平原,,地形由陡陡變變緩,土層組成成由由粗變細(xì)細(xì),地下水埋埋藏藏由深變變淺,,礦化度由由小小變大,地表鹽漬漬化化程度由由輕變變重。地地形、地地質(zhì)條件件是鹽鹽漬土路路基病病害生成成的主主要因素素之一一。4．2氣氣候候條件工程段位于歐亞亞亞大陸深深處范范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離海洋，屬屬暖暖溫帶干干旱型型氣候，具具有有大陸性性氣候候特點(diǎn)：：氣候候干燥、降降水水偏少、日日照照氣溫高高、年年季變化化大、氣氣候變化化劇烈烈、冬寒寒酷暑暑、晝夜夜溫差差大、蒸蒸發(fā)量量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大大于降降雨量(本地區(qū)年年降降水量均均在2200mmm以以下,各站年平平均均蒸發(fā)量量為118955155～31855mmm)、最最大風(fēng)速23m//s并且多風(fēng)風(fēng),使土壤中中鹽鹽份大量量沉積積和向表表層積積聚,形成大范范圍圍的土壤壤鹽漬漬化。氣氣候條條件是鹽鹽漬土土病害形形成與與發(fā)展的的促進(jìn)進(jìn)因素。沿線氣象要素表表表序號(hào)項(xiàng)目單位庫車新和溫宿阿克蘇市11月平均氣溫℃-5.1-4.4-4.7-5.42極端最高氣溫℃41.540。137.640.73極端最低氣溫℃-27.4-29.9-27.4-27.64降雨量mm64.853.849.662.05蒸發(fā)量mm1949.52788.22050.12082.06最大凍結(jié)深度cm959394917最大積雪深度cm151211148最大風(fēng)速m/s242220239主要風(fēng)向NWENENENENE4．3水水文文地質(zhì)條件件件水文地質(zhì)條件也也也是影響響土壤壤鹽漬化化的重重要因素素。鹽鹽分的積積聚,,與地下下水水水位、礦礦化化度和礦礦化類類型有密密切關(guān)關(guān)系,地下水水水水位越高高,蒸發(fā)越強(qiáng)強(qiáng),土壤的積積鹽鹽也越快快。同同時(shí),地下水水礦礦化度愈愈高,,地下水水向向土壤輸輸送的的鹽分越越多,,土壤的的積積鹽也越越重。新新疆高速速公路路庫阿段段強(qiáng)烈烈蒸發(fā)的的氣候候條件和和地下下水礦化化度較較高的水水文地地質(zhì)條件件是本本段土壤壤積鹽鹽嚴(yán)重的的主要要因素。4．4地地層層巖性新疆高速公路庫庫庫阿段的的地層層巖性多多為第第四系松松軟地地層,如砂類類土土和粘性性土,,大顆粒粒碎碎石類土土不會(huì)會(huì)產(chǎn)生鹽鹽漬化化作用。一一般般來說粘粘質(zhì)土土的毛細(xì)細(xì)管孔孔隙過于于細(xì)小小,毛細(xì)管管水水上升高高度受受到抑制制,砂質(zhì)土的的毛毛細(xì)管孔孔隙直直徑較大大,地下水借借毛毛細(xì)管引引力上上升的速速度快快但高度度較小小,這兩種種土土均不易易積鹽鹽。粉砂砂質(zhì)土土如粉土土,毛細(xì)管孔孔徑徑適中,地下水上上升速度度既快快、上升升高度度又高,特別易于于積鹽,但當(dāng)有夾夾粘層存存在時(shí)時(shí),情況又又有有所不同同。4．5植植被被在本工程施工段段段落中有有大量量鹽生植植物加加劇了土土壤的的鹽漬化化。象象新疆地地區(qū)胡胡楊、蘆蘆葦?shù)鹊壬罡仓参镙^較多,在它生生長(zhǎng)長(zhǎng)過程中中的蒸蒸騰作用用,消耗了大大量量地下水水,相應(yīng)加大大了了地下水水的礦礦化度,間接加強(qiáng)強(qiáng)了土的的鹽漬漬化。此此外常常見的鹽鹽土植植物以及及干旱旱地區(qū)的的深根根性植物物或鹽鹽生植物物,又能從土土層層深處及及地下下水中吸吸收水水分和鹽鹽分,,將鹽分分累累積于植植物體體中,植物死死亡亡后,有機(jī)殘殘?bào)w體分解,鹽分回歸歸土壤,逐漸積累累于地表表,具有一定定的的積鹽作作用。4．6人人為為因素鹽堿地開荒種地地地,必須對(duì)其其進(jìn)進(jìn)行土壤壤的改改良,而工程段段很很多病害害區(qū)地地處農(nóng)田田邊緣緣,農(nóng)民為改改良良土壤,對(duì)路基附附近近的農(nóng)田田進(jìn)行行大量澆澆灌、洗洗鹽。地地表水水通過各各種渠渠道進(jìn)入入到路路基附近近,增加了路路基基附近的的含水水量和含含鹽量量。另外外,施工后,路基兩側(cè)側(cè)局局部地形形遭到到破壞,部分涵洞洞高高懸,排水不暢暢,路基兩側(cè)側(cè)積積水,為鹽漬土土病病害的形形成創(chuàng)創(chuàng)造了條條件。所所以人為為因素素也是促促使鐵鐵路路基基土鹽鹽漬化程程度加加重的重重要因因素。5鹽漬土路路路基病害害處理理措鹽漬土路基的工工工程治理理措施施有很多多,有基底處處理理法、設(shè)設(shè)置毛毛細(xì)水隔隔斷層層法和提提高路路基高度度、浸浸水預(yù)溶溶法、強(qiáng)強(qiáng)夯法、化化學(xué)學(xué)處理鹽鹽漬土土法、降降低稅稅違法。對(duì)新疆庫阿高速速速公路段段而言言,根據(jù)本工工程程的特點(diǎn)點(diǎn),新疆庫阿阿高高速公路路段處處理鹽漬漬土路路基病害害采用用路基基基底表表層處理理，清清除表層層厚度度30cm并壓實(shí)，產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)出后的的地表表應(yīng)做成成由路路中心向向兩側(cè)側(cè)約3%的橫波，采采采用礫類類土回回填；路路基填填料調(diào)運(yùn)運(yùn)非鹽鹽漬化的的礫類類土；完完善路路基、路路面排排水系統(tǒng)統(tǒng)；路路基中部部路床床頂設(shè)置置兩布布一膜復(fù)復(fù)合土土工布做做隔斷斷層，阻阻斷毛毛細(xì)水?dāng)y攜帶鹽鹽分上升升；挖挖方路段段，采采用反開開挖填填方路基基形式式，對(duì)路路堤采采用礫料料土填填筑，并并于上上路床底底鋪設(shè)設(shè)復(fù)合土土工膜膜隔斷層層等綜綜合處理理措施施?，F(xiàn)以以斷面面為例(圖1),,具體體工程處處理措措施如下:5．1基基底底處理換填法一般應(yīng)用用用在路基基含鹽鹽量超過過規(guī)定定的要求求、路路床過濕濕壓實(shí)實(shí)度達(dá)不不到壓壓實(shí)要求求或路路基標(biāo)高高受限限制的低低填淺淺挖地段段采用用,換填一般般采采用就近近砂礫礫或風(fēng)積積砂,,換填厚度度應(yīng)應(yīng)根據(jù)地地質(zhì)勘勘探資料料以及及填料的的試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果確確定,,最小不不應(yīng)應(yīng)小于1..0mm。必須確保所換填填填的土質(zhì)質(zhì)為非非鹽漬土土且有有足夠的的強(qiáng)度度。一般般地,換填土宜宜選選用礫石石土或或風(fēng)積砂砂。從從路基換換填及及鏟除的的鹽漬漬土不得得堆于于路基兩兩側(cè)坡坡腳,應(yīng)集中拉拉運(yùn)運(yùn)到距離離線路路不得小小于30mm以外,以免發(fā)生生次次生鹽漬漬化。5．2設(shè)置毛細(xì)細(xì)水隔隔斷層。隔斷層法就是在在在路基某某一層層位設(shè)置置一定定厚度的的隔斷斷層,其根本目目的的是隔斷斷毛細(xì)細(xì)的上升升,防止水分分和和鹽分進(jìn)進(jìn)入路路基上部部,從而避免免路路基或路路面遭遭受破壞壞。隔斷層類型按采采采用材料料有土土工布(膜)隔斷層層、風(fēng)風(fēng)積砂或或河砂砂隔斷層層,礫(碎)石隔斷斷層層和瀝青青砂,,油毛氈等等隔隔斷層。土土工工膜、瀝瀝青砂砂、油毛毛氈屬屬不透水水性隔隔斷層,可隔斷下下層層毛細(xì)水水和氣氣態(tài)水上上升,,礫石和風(fēng)風(fēng)積積砂屬透透水性性隔斷層層,只可隔斷斷毛毛細(xì)水的的上升升。設(shè)置隔斷層是處處處治路基基鹽脹脹最有效效、最最簡(jiǎn)便的的措施施,應(yīng)優(yōu)先考考慮慮采用。一一般般應(yīng)用于于中強(qiáng)強(qiáng)鹽漬土土地段段,特別是硫硫酸酸鹽漬土土地段段,受地面水水或或地下水水毛細(xì)細(xì)水影響響的基基,標(biāo)高受限限制制的挖方方路塹塹或被利利用的的原有路路基含含量超限限路段段。5．3提高高路路基高度。提高路基填筑高高高度,可以減少少進(jìn)進(jìn)入路基基上部部的水分分和鹽鹽分,使上部路路床床受鹽漬漬影響響較小,有效防止止鹽鹽脹。在在排水水不良或或過濕濕的地帶,一般采用用該該方法。有有些些鹽漬土土地區(qū)區(qū)地下水水位較較高,為了使路路基基不受凍凍害和和再鹽漬漬化的的影響,應(yīng)控制路路堤堤高度至至不再再鹽漬化化的最最小高度度。該方法施工簡(jiǎn)便便便是最常常用的的措施。提提高高法只能能應(yīng)用用于弱中中且為為非硫酸酸鹽漬漬土地段段。施施工中首首先應(yīng)應(yīng)將表層層的植植被、鹽鹽殼、腐腐殖土等等清除除,然后才可可按按規(guī)范要要求分分層填筑筑。施施工中必必須嚴(yán)嚴(yán)格控制制填料料,確保填料料為為非鹽漬漬土且且具有較較好的的透水性性。5．4浸水預(yù)溶溶法浸水預(yù)溶法即對(duì)對(duì)對(duì)路基預(yù)預(yù)先浸浸水,在滲透過過程程中土中中易溶溶鹽溶解,并滲流到到較較深的土土層中中,易溶鹽的的溶溶解破壞壞了土土顆粒之之間的的原有結(jié)結(jié)構(gòu),在土自重重應(yīng)應(yīng)力下產(chǎn)產(chǎn)生壓壓密。浸浸水預(yù)預(yù)溶可使使路基基土鹽膠膠結(jié)構(gòu)構(gòu)改變,并在一定定程程度上降降低路路基土含含鹽量量,可提前消消除除鹽漬土土溶陷陷等病害害。浸水完成后即進(jìn)進(jìn)進(jìn)入晾曬曬期,晾曬的目目的的主要是是調(diào)整整路基土土含水水率,達(dá)到滿足足下下一步施施工條條件。在在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)浸水及及晾曬曬完成后,進(jìn)行表面面高高程觀測(cè)測(cè)、浸浸水后土土的常常規(guī)物理理力學(xué)學(xué)指標(biāo)試試驗(yàn)等等測(cè)試,對(duì)預(yù)溶的的效效果進(jìn)行行檢驗(yàn)驗(yàn),并重新評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)預(yù)溶后后的場(chǎng)場(chǎng)地土。浸水預(yù)溶法一般般般適用于于厚度度較大,滲透性較較好好的砂、礫礫石石土、粉粉土和和粘性鹽鹽漬土土。5．5強(qiáng)夯法路基土在浸水后后后,強(qiáng)度會(huì)大大幅幅降低,為了提高高路路基土強(qiáng)強(qiáng)度,消除或降降低低路基土土的溶溶陷性,對(duì)浸水后后的的路基土土體采采用強(qiáng)夯夯法加加固處理理。該該方法工工藝簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、效效果好好、施工工速度度快、費(fèi)費(fèi)用低低、適合合土層層范圍廣廣。強(qiáng)強(qiáng)夯處理理的主主要目的的是:①提高路基基土土的干密密度,減少孔隙隙比,以達(dá)到消消除除和減少少溶陷陷沉降量;②滿足規(guī)范范的的壓實(shí)度度要求求;③提高路基基土土的均勻勻性及及整體性,消除或減減少少差異沉沉降量量及剩余余沉降降量。新疆國道31444線庫車至至阿阿克蘇段段公路路改建工工程,路基由鹽鹽漬漬化的粉粉土、低低液限粘粘性土土堆筑形形成,經(jīng)強(qiáng)夯法法處處理后,極大地改改善善了原路路基土土的強(qiáng)度度與均均勻性,滿足新建建公公路要求求。強(qiáng)夯法一般和浸浸浸水預(yù)溶溶法配配合使用,浸水后強(qiáng)強(qiáng)夯夯效果最最佳。5．6化化學(xué)學(xué)處理鹽漬漬漬土法對(duì)路基上層的硫硫硫酸鹽漬漬土進(jìn)進(jìn)行化學(xué)學(xué)處理理,使土中的的易易溶鹽成成分和和性質(zhì)發(fā)發(fā)生變變化,從而不再再產(chǎn)產(chǎn)生鹽脹脹或減減輕鹽脹脹。在在硫酸鹽鹽漬土土中摻入入氯鹽鹽可以減減少鹽鹽脹,因?yàn)榱蛩崴徕c鈉在氯鹽鹽溶液液中其溶溶解度度隨氯鹽鹽濃度度增加而而減小小。當(dāng)土土中C(CCll-)/CC(SO2--4)的比值增增大大到6,抑制鹽脹脹的的效果最最為顯顯著。這這種方方法對(duì)治治理硫硫酸鹽漬漬土路路基的病病害很很有效,經(jīng)濟(jì)效益益最最為顯著,目前所用用的的摻加劑,效果明顯顯的的有CaCll22、BaCll22等,其反應(yīng)式式為為Na2SSOO4+CaCCl22=2NNaCll++CaaSOO4↓Na2SSOO4+BaCCl22=2NNaCll++BaaSOO4↓反應(yīng)生成的硫酸酸酸鈣僅微微溶于于水,性質(zhì)穩(wěn)定定。另另外,氯化鈣無無毒,極易溶于于水,而且易于于配配制溶液,滲透性好,易于灌注,由氯化鈣鈣溶溶液帶入入的附附加水也也少。為為使化學(xué)學(xué)處理理的鹽漬漬土不不受下層層水分分和鹽分分的影影響,路基底部部應(yīng)應(yīng)設(shè)置隔隔離層層。5．7降降低低水位法降低地下水位以以以減少進(jìn)進(jìn)入路路基上部部的水水分和鹽鹽分,,其效果與與提提高路基基類似似,需要把地地下下水位降降低到到一定深深度才才有較好好的效效果。同同樣,,如果產(chǎn)生生鹽鹽脹的水水分中中氣態(tài)水水占有有較大比比例,,則不宜單單純純采用降降低地地下水位位的方方法。5．8其其他他方法路基灑水采用鹵鹵鹵水,可增加路路基基強(qiáng)度。砂砂礫礫培筑路路肩,,可減少路路肩肩培土的的鹽脹脹。鹽漬漬土層層