沙漠公路盐渍土工程特性研究与路基处理方法

沙漠公路盐渍土工程特性研究与路基处理方法

王乐 张飞

中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃 兰州 730000

摘要：以乌兰布和沙漠公路建设项目为依托，在分析了盐渍土工程特性的基础上，通过控制变量法研究含水率、含盐量、温度及荷载对盐渍土盐胀性和溶陷性的影响情况。试验结果表明：盐渍土盐胀量随着盐渍土含水率、含盐量的增大逐渐增大，随着温度的降低，盐渍土盐胀量也逐渐增大，但当含盐量和含水率达到一定程度后，盐胀量则不会随着温度下降而继续增大，存在一定的阈值；在进行溶陷性试验时，在一定的含盐量条件下，盐渍土随着含水率、荷载的增大溶陷量也逐渐增大，当含水率、含盐量增大到一定值时，浸水继续加荷，但溶陷量变化不明显。结合盐渍土工程特性并提出了盐渍土路基处理方法。研究结果可为乌兰布和沙漠地区盐渍土公路路基处理提供参考和借鉴。

关键词：盐渍土；盐胀性；溶陷性；路基处理

1 盐渍土的工程特性

盐渍土是指不同程度盐碱化土的总称，在公路工程中，盐渍土系指地表下1.0m内易溶盐含量平均大于0.3%的土。

1.1 盐胀性

盐胀性应以地表以下1.0m范围土体的盐胀率为评价指标。当盐胀率的检测时间周期不足时，评价指标可采用硫酸钠含量。各级公路路基盐胀率及硫酸钠含量应符合表1.3.1的规定。

表3 盐渍土地基容许盐胀率

注：盐胀率η(%)可按《盐渍土地区公路设计与施工指南》附录B试验方法求得。

1.2 溶陷性

地下水位埋深小于3.0m或存在经常性地表水浸湿的盐渍土路段，应按式（1.3.2）计算溶陷量，进行地基溶陷性评价。各级公路地基溶陷量应符合表1.3.2的规定。

ΔS= δ_ih_i （1.3.2）

式中：ΔS—地基溶陷量（mm）;

δ_i—地基中第i层土的溶陷系数（%）;

h_i—地基中第i层土厚度（mm）;

n—溶陷影响深度的计算土层数。

表4 盐渍土地基溶陷性指标

注：溶陷系数δ(%)可按《盐渍土地区公路设计与施工指南》附录C试验方法求得。

1.3 腐蚀性

腐蚀性是指盐渍土当中含有大量的易溶盐与道路工程建设当中所使用的筑路材料，非金属制品等发生化学反 应，对道路结构产生不同程度的腐蚀，影响到整体结构的稳定性和强度，最终对道路产生破坏。一般在道路工程项目当中，较为常见的是钢筋锈蚀，混凝土粉化开裂等问题，这些问题的产生严重的影响着道路整体的强度，缩短了道路的使用寿命，影响了道路通行的安全。

2 盐渍土工程特性的研究

以乌兰布和沙漠公路建设项目为依托，取工程所在地有代表性的盐渍土，通过控制变量法研究含盐量、含水率及温度对盐渍土盐胀性的影响情况；含盐量、含水率及荷载对盐渍土溶陷性的影响情况。

2.1 工程概况

本公路位于乌兰布和沙漠东缘，属典型大陆性气候区，具有干旱、高温、多风、少雨的气候特点，沙漠区年均降雨量不足100mm，年均蒸发量3005mm，蒸发量远远大于降雨量，在奈伦湖周边地下水水位较高地段，地下水中的易溶盐在毛细水上升作用下，携带一定量的易溶盐成分到达地表，水蒸发后，盐分残留在地表的土壤中，长期作用形成了盐渍土。本公路盐渍土地段主要为粉细砂，既有道路表层分布薄层粉土、粉质黏土。现场调查发现该段地下水位为0.0～1.5m之间，表层分布盐霜，盐渍化现象明显。经现场取土在室内进行易溶盐分析试验，并进行盐渍土分析计算，其地基土中0.0～1.0m范围内平均含盐量为0.30～1.60%，大于0.3%，属于盐渍土，其盐渍土按盐化学成分分类属氯盐渍土及硫酸盐盐渍土，按含盐量分类属中等盐渍土。该盐渍土对工程的影响主要表现为对路基土的盐胀，以及路基溶陷等病害。

图1 公路沿线照片

2.2 盐胀性研究

2.2.1 试件制作

在现有的试验方法、设备及原材料条件下进行盐渍土的室内盐胀性试验，原料采用工程所在地有代表性的盐渍土，按常规试验方法确定其含水率，总盐含量。通过加入易溶无机盐无水硫酸钠与水来制作试验试件，试件尺寸为φ10cm×10cm,制作好的试件在20℃环境下养护24h。

2.2.2 试验步骤

按照现行土工试验标准测定其盐胀量，要求确保每个试件初始参量保持一致。试件置于低温控制箱内，并在每个试件上装置千分表记录盐胀量。启动低温箱，从+15℃～-15℃每降温5℃恒温40min,读取该温度区的膨胀量并记录。

2.2.3 试验数据分析

通过表5试验工况进行试验，每个含盐量对应 3%、5%、7%、9%与原土五个含水率，并设置15℃、10℃、5℃、0℃、-5℃、-10℃、-15℃七组不同温度进行试验。即一个含盐量与含水率工况下设置七组温度变化的小试验。同时各组试验在进行过程中分别设置两组平行试验，并在试验完成后取其平均值为试验结果。各组盐胀试验结果如图2～图4所示。

表5 盐渍土盐胀性试验工况

图2 2%含盐量盐渍土盐胀趋势图

图3 4%含盐量盐渍土盐胀趋势图

图4 6%含盐量盐渍土盐胀趋势图

由上图可知，当温度15℃时有的土况会出现土体缩小的情况，这是由于室温较低，当温度升高时，可溶性盐与水的结晶状态被破坏，导致土壤体积减小。并且在一定的条件下，盐胀量随着含水率的增加、含盐量的增加、温度的降低而增大。但是，随着含水率、含盐量的增大，温度的降低，盐胀量的增值存在阈值。

2.3 溶陷性研究

2.3.1 试验步骤

运用单线法在固结仪上测定溶陷量。首先从工程现场取回代表性的土，过筛，烘干；再进行配土，用电子秤称取所需量的土壤，加入适量的无水硫酸钠混合搅拌均匀。制备含盐率2%、4%、6%配合比的盐渍土试样，测定混合料的各种含盐率下相对应的含水率。

准备：将试样装置到固结仪上，预加1.0kpa荷载使试样与仪器各部紧密接触，百分表调至零，去掉预压荷载。

加荷：0～200kpa每50kpa为一级荷载，逐级加载，每级荷载预压时隔20min读取百分表读数，至该级荷载每小时变形量不大于0.01mm为止。

浸水加荷：当200kpa荷载级变形稳定后加淡水使试样浸水，读取浸水后试样变形量至稳定为止。继续逐级加载（每级荷载100kpa）,读取各级变形量至稳定为止。

2.3.2 试验数据分析

表6 盐渍土溶陷性试验工况

图5 2%含盐量盐渍土溶陷量趋势图

图6 4%含盐量盐渍土溶陷量趋势图

图7 6%含盐量盐渍土溶陷量趋势图

分析上图实验数据可得出：在一定的含盐量条件下，溶陷量随着含水率、荷载的增大而增大，而含盐量对其的影响在实验中表现的并不显著。另外在浸水加荷之前，溶陷量随着含水率、荷载的增大随之增大的较显著，浸水加荷之后，溶陷量随着含水率、荷载的增大随之增大的较为平缓。在200kpa荷载级变形稳定浸水加荷时，溶陷量有一个显著的增大，后续随着含盐量的增大，溶陷量的变化量较小。

3 盐渍土路基病害处理方法

盐渍土路基的盐胀、溶陷性、翻浆、腐蚀性等病害，通常会导致公路路基出现不均匀沉降，路面裂缝等现象，一定程度上降低了公路的使用寿命，严重影响了公路的交通安全，因此，为保证盐渍土路基的强度和稳定性，研究盐渍土路基的工程处理方法尤为重要。

表7 盐渍土路基处理方法

4 结语

以乌兰布和沙漠公路盐渍土路基为研究对象，在分析盐渍土路基工程特性的基础上，开展了盐渍土在不同含水率、含盐量、温度、荷载条件下盐胀性、溶陷性的研究试验，并提出了盐渍土路基处理方法。

（1）盐胀量在一定条件下随着含水率、含盐量的增加而增大，随着温度的降低而增大，但是当含盐量、含水率增大到一定值时，温度继续降低，盐胀量则会出现阈值。

（2）溶陷量在一定条件下随着含水率、外荷载的增大而增大，当浸水加荷时，溶陷量突增，后续随着含盐量、含水率的继续增大，浸水加荷，溶陷量变化较小。

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