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【摘要】本文结合S314线瓜(州)敦(煌)公路、玉门市玉布路至六墩乡通乡公路、玉门市新能源基地公路等受盐渍土威胁的工程,以近年来酒泉地区公路建设中遇到的盐渍土公路为例,总结研究了盐渍土对公路路基的危害及处治方法,可为今后酒泉地区盐渍土公路建设提供参考依据。
【关键词】盐渍土;路基;常见病害;处置方法
1.引言
盐渍土是不同程度盐碱化土的总称,在公路工程中一般指地表下1.0m内土中易溶盐平均含量大于0.5%的土。盐渍土对公路的影响,主要取决于盐渍土所含易溶盐类的成分、性质和盐的总含量,盐类与水状态的关系,以及所在地区自然条件对盐渍土稳定性的影响。由于盐渍土本身与一般土不同,甚至与膨胀土、湿陷性黄土相比还要复杂。它除了具有溶陷性外,还具有盐胀性和腐蚀性。盐渍土在酒泉地区广泛分布,其不良工程特性对公路建设及养护危害严重。
2.盐渍土公路常见病害
2.1溶陷
溶陷主要是由于道路盐渍土路基或结构层在淡水作用下,盐分溶解并被水分带走,导致路基土体强度逐渐丧失。在车辆荷载或自重作用下,盐渍土路基或结构层出现沉陷、孔洞等破坏,并逐渐反映至面层。这类病害以氯盐渍土地区较为多见。
2.2翻浆
翻浆主要是由于盐渍土中所含易溶盐晶体聚冰、脱水及吸湿潮化,使得路基土体饱水及承载能力下降,在车辆荷载反复作用下形成翻浆,使道路表面泥泞、湿滑,影响车辆正常通行。翻浆是由于土质、温度和水3个自然因素和荷载的共同作用形成的,这类病害以氯盐渍土地区较为多见。盐渍土地区既具有一般公路翻浆的共性,又有自身的特点。在干燥状态时,盐类呈晶体状,地基土较高的强度,但盐类浸水易溶解,呈液态后土的强度降低,压缩性增大。含盐量愈多,土的液塑限愈低,则可在较小的含水量时达到液性状态,抗剪强度降低到近于零。
2.3盐胀
盐胀主要是由于盐渍土中的盐分因结晶膨胀而造成的路面局部不平、鼓起开裂,以及在昼夜温度变化所引起的盐胀反复作用下造成路基边坡及路肩表层的疏松、多孔,致使道路易遭风蚀,易于陷车。盐胀主要发生在硫酸盐渍土地区。路基土盐胀的形成,是土体内硫酸钠迁移聚积、结晶体胀和土体膨胀3个过程的综合结果,是由于土中液态或粉末状硫酸钠在外界条件变化时吸水结晶而产生体积膨胀所造成的,土体硫酸钠的存在及迁移聚积是造成盐胀的物质基础。
2.4腐蚀
腐蚀主要由于盐渍土中所含易溶盐与道路工程中所使用的金属材料、非金属制成品发生化学反应,致使这些材料或制成品的工程性能发生劣化,最终导致道路的破坏。这类病害在道路工程中的表现为钢筋锈蚀、混凝土或粘土制成品粉化开裂以及高等级路面结构层损坏。
3.公路盐渍土常用的处治方法
3.1设置隔离层法
在路基内设置隔离层,防止水分进入路基上部。如果只是隔断毛细水,可用粗粒渗水材料修筑,如果同时要隔断毛细水和汽态水,则可用沥青、土工布等不透水材料修筑。隔离层的埋置深度,对高等级公路要满足减少盐胀、冻胀的要求,同时考虑经济性和耐久性,一般以不小于1~1.5m为宜。隔断层是处治路基盐胀有效而简便的措施,应优先考虑采用,一般应用于中强盐渍土地段,特别是硫酸盐渍土地段,受地面水或地下水毛细水影响的路基,标高受限制的挖方路堑或被利用的原有路基含量超限路段。
如S314线瓜(州)敦(煌)公路,在盐渍土处理方面,对路基填土厚度小于80㎝的地段,采用加铺土工合成材料隔水。为防止砂砾挤破合成材料,在隔水层上、下分别铺一层10~15㎝厚的砂或粘土保护层。
3.2提高路基高度法
提高路基填筑高度,可以减少进入路基上部的水分和盐分,使上部路床受盐渍土影响较小,可有效防止盐胀。在排水不良或过湿的地带一般采用该方法。有些盐渍土地区地下水位较高,为了使路基不受冻害和再盐渍化的影响,应控制路堤高度至不再盐渍化的最小高度。
该方法施工简便,但只能应用于弱、中且为非硫酸盐渍土地段。施工中首先应将表层的植被、盐壳、腐殖土等清除,然后才可按规范要求分层填筑。施工中必须严格控制填料,确保填料为非盐渍土且具有较好的透水性。
例如酒泉清嘉高速公路,在地基盐渍化程度较低的一部分氯盐弱盐渍土路段,表层含盐量约为0.95g,20㎝深度含量为0.65g,50cm深度含量为0.22g。处治时采用了提高路基法,路基填土高度平均为3.1m。清表后就近取用砾石土填筑,效果明显。
3.3换填法
换填法一般应用在路基含盐量超过规定要求、路床过湿、压实度达不到要求或路基标高受限制的低填浅挖地段采用。处治时,须确保所换填的土质为非盐渍土且具有足够的强度。一般换填土宜就近选用砂砾或风积砂,换填厚度应根据地质勘探资料以及填料的试验结果确定。从路基换填及铲除的盐渍土不得堆于路基两侧坡脚,应集中拉运到距离线路不得小于30m以外,以免发生次生盐渍化。
玉门市玉布路至六墩乡通乡公路主线A:K12+800至K13+300路段为软地基盐渍土,上层是粉细砂和亚粘土且含有易溶盐,下层是亚砂土,且此段公路两侧经常积水,其筑路材料饱水性强,透水性差,呈软塑状态,承载力低。为彻底消除路基沉陷翻浆,应对此路段进行100cm砂砾换填,基本上将盐渍土挖除。路基坡脚2米外开挖1.5米梯形排碱沟,保证了路基稳定。
3.4强夯法
该方法工艺简单、效果好、施工速度快、费用低、适合土层范围广。强夯法一般和浸水预溶法配合使用,浸水后进行强夯效果最佳。强夯处理的主要目的是:(1)提高路基土的干密度,减少孔隙比,以达到消除和减少溶陷沉降量;(2)满足规范压实度的要求;(3)提高路基土的均匀性及整体性,消除或减少差异沉降量及剩余沉降量。
3.5浸水预溶法
浸水预溶法是对路基预先浸水,在渗透过程中土中易溶盐溶解,并渗流到较深的土层中,易溶盐的溶解破坏了土颗粒之间的原有结构,在土体自重应力下产生压密。浸水预溶法可使路基土盐胶结构发生改变,并在一定程度上降低路基土的含盐量,可提前消除盐渍土溶陷等病害。浸水预溶法一般适用于厚度较大,渗透性较好的砂、砾石土、粉土和粘性盐渍土。玉门市新能源基地公路在盐渍土路段,采用了浸水预溶法和强夯法相结合的处治方法,从后期验收的效果看,其处治方法有效的解决了本段公路盐渍土路基病害。
3.6降低地下水位法
加强地表排水和降低地下水位,可以防止雨水浸泡路基,以减少进入路基上部的水分和盐分,避免地下水上升引起路基土次生盐渍化和冻害。亦可在路基上游做长大排水沟,以拦截地表水,降低地下水位。地下水位需降到一定的深度才有较好效果。如果产生盐胀的水分中汽态水占有较大比重,亦不宜单纯采用此法。
3.7化学处理盐渍土法
对路基上层的硫酸盐渍土进行化学处理,使土中的易溶盐成分和性质发生变化,从而不再产生盐胀或减轻盐胀。目前所用的掺加剂,效果明显的主要有CaCl2等。
Na2SO4+CaCl2=CaSO4+2NaCl
为使化学处理的盐渍土不受下层水分和盐分的影响,路基底部应设置隔离层。
4.结语
本文结合近年来酒泉地区公路建设中遇到的盐渍土公路,S314线瓜(州)敦(煌)公路、玉门市玉布路至六墩乡通乡公路、玉门市新能源基地公路等工程,在盐渍土处理中的成功经验,总结研究了酒泉地区公路盐渍土处治的一些主要方法,以期为今后酒泉地区盐渍土公路建设及养护工作提供参考依据。
参考文献
[1]李玉军.西北地区盐渍土路基常见病害及防治[J].甘肃科技,2008(5):109-110.
[2]房建宏.多年冻土及盐渍土地区公路工程技术[M] .兰州:兰州大学出版社,2011.
【关键词】盐渍土;路基;常见病害;处置方法
1.引言
盐渍土是不同程度盐碱化土的总称,在公路工程中一般指地表下1.0m内土中易溶盐平均含量大于0.5%的土。盐渍土对公路的影响,主要取决于盐渍土所含易溶盐类的成分、性质和盐的总含量,盐类与水状态的关系,以及所在地区自然条件对盐渍土稳定性的影响。由于盐渍土本身与一般土不同,甚至与膨胀土、湿陷性黄土相比还要复杂。它除了具有溶陷性外,还具有盐胀性和腐蚀性。盐渍土在酒泉地区广泛分布,其不良工程特性对公路建设及养护危害严重。
2.盐渍土公路常见病害
2.1溶陷
溶陷主要是由于道路盐渍土路基或结构层在淡水作用下,盐分溶解并被水分带走,导致路基土体强度逐渐丧失。在车辆荷载或自重作用下,盐渍土路基或结构层出现沉陷、孔洞等破坏,并逐渐反映至面层。这类病害以氯盐渍土地区较为多见。
2.2翻浆
翻浆主要是由于盐渍土中所含易溶盐晶体聚冰、脱水及吸湿潮化,使得路基土体饱水及承载能力下降,在车辆荷载反复作用下形成翻浆,使道路表面泥泞、湿滑,影响车辆正常通行。翻浆是由于土质、温度和水3个自然因素和荷载的共同作用形成的,这类病害以氯盐渍土地区较为多见。盐渍土地区既具有一般公路翻浆的共性,又有自身的特点。在干燥状态时,盐类呈晶体状,地基土较高的强度,但盐类浸水易溶解,呈液态后土的强度降低,压缩性增大。含盐量愈多,土的液塑限愈低,则可在较小的含水量时达到液性状态,抗剪强度降低到近于零。
2.3盐胀
盐胀主要是由于盐渍土中的盐分因结晶膨胀而造成的路面局部不平、鼓起开裂,以及在昼夜温度变化所引起的盐胀反复作用下造成路基边坡及路肩表层的疏松、多孔,致使道路易遭风蚀,易于陷车。盐胀主要发生在硫酸盐渍土地区。路基土盐胀的形成,是土体内硫酸钠迁移聚积、结晶体胀和土体膨胀3个过程的综合结果,是由于土中液态或粉末状硫酸钠在外界条件变化时吸水结晶而产生体积膨胀所造成的,土体硫酸钠的存在及迁移聚积是造成盐胀的物质基础。
2.4腐蚀
腐蚀主要由于盐渍土中所含易溶盐与道路工程中所使用的金属材料、非金属制成品发生化学反应,致使这些材料或制成品的工程性能发生劣化,最终导致道路的破坏。这类病害在道路工程中的表现为钢筋锈蚀、混凝土或粘土制成品粉化开裂以及高等级路面结构层损坏。
3.公路盐渍土常用的处治方法
3.1设置隔离层法
在路基内设置隔离层,防止水分进入路基上部。如果只是隔断毛细水,可用粗粒渗水材料修筑,如果同时要隔断毛细水和汽态水,则可用沥青、土工布等不透水材料修筑。隔离层的埋置深度,对高等级公路要满足减少盐胀、冻胀的要求,同时考虑经济性和耐久性,一般以不小于1~1.5m为宜。隔断层是处治路基盐胀有效而简便的措施,应优先考虑采用,一般应用于中强盐渍土地段,特别是硫酸盐渍土地段,受地面水或地下水毛细水影响的路基,标高受限制的挖方路堑或被利用的原有路基含量超限路段。
如S314线瓜(州)敦(煌)公路,在盐渍土处理方面,对路基填土厚度小于80㎝的地段,采用加铺土工合成材料隔水。为防止砂砾挤破合成材料,在隔水层上、下分别铺一层10~15㎝厚的砂或粘土保护层。
3.2提高路基高度法
提高路基填筑高度,可以减少进入路基上部的水分和盐分,使上部路床受盐渍土影响较小,可有效防止盐胀。在排水不良或过湿的地带一般采用该方法。有些盐渍土地区地下水位较高,为了使路基不受冻害和再盐渍化的影响,应控制路堤高度至不再盐渍化的最小高度。
该方法施工简便,但只能应用于弱、中且为非硫酸盐渍土地段。施工中首先应将表层的植被、盐壳、腐殖土等清除,然后才可按规范要求分层填筑。施工中必须严格控制填料,确保填料为非盐渍土且具有较好的透水性。
例如酒泉清嘉高速公路,在地基盐渍化程度较低的一部分氯盐弱盐渍土路段,表层含盐量约为0.95g,20㎝深度含量为0.65g,50cm深度含量为0.22g。处治时采用了提高路基法,路基填土高度平均为3.1m。清表后就近取用砾石土填筑,效果明显。
3.3换填法
换填法一般应用在路基含盐量超过规定要求、路床过湿、压实度达不到要求或路基标高受限制的低填浅挖地段采用。处治时,须确保所换填的土质为非盐渍土且具有足够的强度。一般换填土宜就近选用砂砾或风积砂,换填厚度应根据地质勘探资料以及填料的试验结果确定。从路基换填及铲除的盐渍土不得堆于路基两侧坡脚,应集中拉运到距离线路不得小于30m以外,以免发生次生盐渍化。
玉门市玉布路至六墩乡通乡公路主线A:K12+800至K13+300路段为软地基盐渍土,上层是粉细砂和亚粘土且含有易溶盐,下层是亚砂土,且此段公路两侧经常积水,其筑路材料饱水性强,透水性差,呈软塑状态,承载力低。为彻底消除路基沉陷翻浆,应对此路段进行100cm砂砾换填,基本上将盐渍土挖除。路基坡脚2米外开挖1.5米梯形排碱沟,保证了路基稳定。
3.4强夯法
该方法工艺简单、效果好、施工速度快、费用低、适合土层范围广。强夯法一般和浸水预溶法配合使用,浸水后进行强夯效果最佳。强夯处理的主要目的是:(1)提高路基土的干密度,减少孔隙比,以达到消除和减少溶陷沉降量;(2)满足规范压实度的要求;(3)提高路基土的均匀性及整体性,消除或减少差异沉降量及剩余沉降量。
3.5浸水预溶法
浸水预溶法是对路基预先浸水,在渗透过程中土中易溶盐溶解,并渗流到较深的土层中,易溶盐的溶解破坏了土颗粒之间的原有结构,在土体自重应力下产生压密。浸水预溶法可使路基土盐胶结构发生改变,并在一定程度上降低路基土的含盐量,可提前消除盐渍土溶陷等病害。浸水预溶法一般适用于厚度较大,渗透性较好的砂、砾石土、粉土和粘性盐渍土。玉门市新能源基地公路在盐渍土路段,采用了浸水预溶法和强夯法相结合的处治方法,从后期验收的效果看,其处治方法有效的解决了本段公路盐渍土路基病害。
3.6降低地下水位法
加强地表排水和降低地下水位,可以防止雨水浸泡路基,以减少进入路基上部的水分和盐分,避免地下水上升引起路基土次生盐渍化和冻害。亦可在路基上游做长大排水沟,以拦截地表水,降低地下水位。地下水位需降到一定的深度才有较好效果。如果产生盐胀的水分中汽态水占有较大比重,亦不宜单纯采用此法。
3.7化学处理盐渍土法
对路基上层的硫酸盐渍土进行化学处理,使土中的易溶盐成分和性质发生变化,从而不再产生盐胀或减轻盐胀。目前所用的掺加剂,效果明显的主要有CaCl2等。
Na2SO4+CaCl2=CaSO4+2NaCl
为使化学处理的盐渍土不受下层水分和盐分的影响,路基底部应设置隔离层。
4.结语
本文结合近年来酒泉地区公路建设中遇到的盐渍土公路,S314线瓜(州)敦(煌)公路、玉门市玉布路至六墩乡通乡公路、玉门市新能源基地公路等工程,在盐渍土处理中的成功经验,总结研究了酒泉地区公路盐渍土处治的一些主要方法,以期为今后酒泉地区盐渍土公路建设及养护工作提供参考依据。
参考文献
[1]李玉军.西北地区盐渍土路基常见病害及防治[J].甘肃科技,2008(5):109-110.
[2]房建宏.多年冻土及盐渍土地区公路工程技术[M] .兰州:兰州大学出版社,2011.