交通部西部交建设科技项目

交通部西部交通建设科技项目合同号：2001 318 795 69重盐碱地区公路翻浆处治技术、材料及工艺的研究总报告简本青海省公路科研勘测设计院同济大学二00三年十二月课题名称：重盐碱地区公路翻浆处治技术、材料及工艺的研究承担单位：青海省公路科研勘测设计院参加单位：同济大学1项目研究的目的意义在我国西部地区及东部（主要是河北、山东和江苏）沿渤海、黄河一带，均存在着大量的盐渍土。

自我国西部大开发的战略实施以来，国家在西部公路建设中的投资日益加大，盐渍土地区的公路建设呈现了数量大，等级高的趋势。

由于盐渍土物理化学性质的特殊性，在这些地区修筑的道路经常发生盐胀、翻浆、淋溶、湿陷等病害（如图1-1），公路部门每年耗费大量的人力、物力进行治理。

这使得盐渍土地区的公路服务能力严重滞后于非盐渍土地区。

同时由于交通运输的不畅，严重制约了当地经济的发展。

为此，交通部与青海省交通厅决定专门立项，集中力量，对盐渍土地区公路翻浆机理及处治技术进行系统而又深入的研究。

通过本项目的研究，为盐渍土地区的公路建设提供了一系列可行 的道路修筑和翻浆处治技术等， 减少维修和养护费用， 保障公路畅通,使公路运输更好地为经济建设服务。

2研究目标和技术路线本研究是一项针对盐渍土这一特殊地质区域中公路翻浆病害的 治理研究，因此是一项实用性的技术研究，目标是解决盐渍土地区公 路翻浆这一病害。

由于盐渍土地区面积广大，大多数路段不具备取土 的条件，因此研究的前提是力争完全使用或尽可能多地使用当地高易 溶盐含量的土体修筑公路。

为了完成上述研究目标，我们进行了一系 列国内外调研工作、室内试验和理论分析，并修筑了试验路工程。

具 体内容如下：图1-1盐渍土地区公路病害（1）我国主要盐渍土地区的划分（2）公路盐渍土路基病害特征（3）盐渍土地区公路翻浆机理分析（4）翻浆机理的室内验证及处治方法的室内模拟（5）试验路段的铺筑、研究及评价（6）确定评价盐渍土工程性质的参数和技术指标（7）我国主要盐渍土地区的划分（8）公路盐渍土路基病害特征（9）盐渍土地区公路翻浆机理分析（10）翻浆机理的室内验证及处治方法的室内模拟（11）试验路段的铺筑、研究及评价（12）确定评价盐渍土工程性质的参数和技术指标为了完成上述研究任务，制定了如图2-1所示的研究路线框图:翻浆基本理论r1土是三相体—►相同点■一盐渍土是三相体*结晶体析出•怎样预估盐渍土最不利的工程状态盐渍土的翻浆机理1 1 r1H盐渍土的微 观形态分析盐渍土的抗剪 强度规律研究盐渍土的三 相组成研究盐渍土的相 平衡研究盐渍土三相组成初探 粘聚力预估公式直观的、系统的微观形态 盐渍土的公路工程分布 各相形态的变化规律盐渍土的翻浆处治图2-1技术路线框图土体翻浆翻浆定义I道路翻浆盐渍土特性 盐渍土翻浆自然条件下 基本稳定*不同点1 F 自然条件下 基本不稳定低温—析出盐水结晶溶解盐厂I问题:怎样计算盐渍土中的溶液含量相平衡理论 摩擦角预估公式 盐渍土分类的探索 盐溶液的变化规律盐渍土的翻浆处治水分排 边 隔断水 沟措施地下水春季养护土 的 处 理防止翻浆的公路养护3室内试验根据项目研究总目标，我们确定了以下主要的室内试验研究内容：（1）盐渍土翻浆机理研究①相平衡理论的试验研究②盐渍土微观形态研究③盐渍土三相组成研究（2）盐渍土抗剪强度变化规律研究（3）针对试验路工程进行的针对性常规试验研究①格茫公路现场取土的工程常规试验研究②柳格公路现场取土的工程常规试验研究（4）盐渍土的微观形态研究①化学纯盐的微观形态研究②调研取样原土的微观形态研究③探索规律用样土的微观形态研究④探索规律用人工掺配盐渍土的微观形态研究⑤化学加固土的微观形态研究4依托工程在试验路段的选取过程中，我们在柴达木盆地进行了大量的现场踏勘工作，后经详勘和室内试验分析，得知省道格茫公路K52+000〜K53+000段具备较多导致翻浆发生的潜在因素。

设计中为了便于进行对比分析试验，将不同的路面结构型式，边坡防护措施，隔断层处理等进行了交叉组合，1km试验段共设置了5种面层结构组合形式、3种路面防水措施、3种基层防水措施、5种土基防水措施，为防止硫酸盐边坡松胀问题，进行了两种边坡防护措施，及相应的排水防护系统。

其施工过程及竣工后的试验路如图4-1所示图4-1 格茫试验路工程5研究结论(1)盐渍土工程分布、分类分析了盐渍土各相态的变化规律，推导了各相坐标的计算公式。

提出了以相变理论为基础的盐渍土定义，同时给出了判别盐渍土与非盐渍土的诺谟图。

并绘制了青海省柴达木盆地公路沿线盐渍土分布图。

(2)盐渍土路基翻浆机理与影响因素研究通过对盐渍土中主要盐分氯化钠、硫酸钠和碳酸钠的抗剪强度变化规律、水盐迁移规律以及盐渍土含液量变化规律的研究，揭示了盐渍土中盐胀是各相态体积变化的结果，与温度、含水量、含盐量、强结合水等因素有关。

①盐渍土路基翻浆机理a、盐渍土路基较非盐渍土路基有更长的聚流时间，有更多的下层水分能够迁移上来，其冻胀将比非盐渍土路基严重得多。

b、渍土的含液量相对于非盐渍土而言往往较高，这使得其翻浆比非盐渍土路基严重得多。

c、由于盐渍土中溶液的冰点降低，土体中由溶液结成的冰晶在负温时即会溶解，从而较常规土体提前了翻浆期。

随着温度的提高，盐的溶解度提高，盐渍土发生固相向液相的转变，结晶水变成了液态水，固相盐溶解成了液相盐，这一过程造成了土体中孔隙率增大，液相增多。

从而加重翻浆的程度，并延长翻浆的时间。

d、由于盐的吸湿性，同样的地理条件下，盐渍土的含水量较非盐渍土含水量高，且不易失水，亦即，盐渍土体具有重力水较少，结合水较多，不易晒干的不利特点，故加重翻浆并延长翻浆时间。

②翻浆影响因素研究了影响道路翻浆的主要因素，分析了水、土质、盐类、含盐量、荷载等因素对翻浆的影响，并通过正交试验和均匀设计试验实践对各种易溶盐类抗剪强度进行了评价，得出其对抗剪强度的影响因素大小为：NaSQ v NaCI v N Q CO v含水量。

由于表相的翻浆，实际是土体抗剪强度下降到一定程度后在宏观路用性能上的一种反映。

因此，可推断出影响盐渍土体翻浆的因素排序同样为：N&SQ v NaCI v NaCQ v含水量。

(3)盐渍土工程性质与改善研究①基于相变的盐渍土工程性质研究盐渍土与非盐渍土的不同在于前者的三相组成会随着土体中易溶盐的溶解或析出而改变，而后者则相对稳定。

这种特性，对盐渍土的物理性质具有较大的影响，而且，在测定其各项物理指标时也必须与非盐渍土加以区别。

由于随着环境、温度与水文条件的变化，盐渍土会发生相态的变化，工程实践中如果不考虑这种相态变化，而依然采用非盐渍土物理指标的测定方法，并用以评价盐渍土的工程力学性质，则一定会得到错误的分析结果。

盐渍土特有的工程性质是盐渍土中各相态变化的结果，因此，研究盐渍土的工程性质应当从盐渍土的相变规律入手，从理论上把握盐渍土中各相含量的相变规律。

课题组以相平衡理论为核心，提出了盐渍土各相含量相变规律的计算理论与方法，分析了盐渍土中NaCI与N@SQ的相变规律，提出了含液量的概念，并总结出盐渍土的含液量变化规律：盐渍土含液量模型服从NaCI-Na z SQ-H z Q三元水盐体系的相平衡理论，它与盐渍土的各相参数密切相关，其主要影响因素有：温度、含水量、含盐量、土质。

从盐渍土的含液量变化规律总结分析了盐渍土地区公路的翻浆特点，充实了严寒地区一般聚冰层形成的翻浆理论。

指出盐渍土中未冻水含量在0C以下时与温度的绝对值成近似的负指数关系，与盐渍土盐溶液浓度成正比关系，与盐渍土总含水量成正比关系。

并以未冻水含量随含盐量变化规律为基础，研究了聚冰层形成与分布的特点，并总结了相应的防治翻浆的措施。

②盐渍土微观分析开展了易溶盐微观形态的分析与研究，对存在于我国西北地区盐渍土内主要的易溶盐进行了客观形态的探索，并根据目前重盐渍土地区道路工程界常用的盐渍土稳定处治方法，采用先进的显微摄影技术，系统拍摄了不同地区、不同盐类在土体中的微观形态及其变化。

③盐渍土工程性质改善研究研究了盐渍土的化学及物理处治方法，并得出以下结论：氯化钙与易溶硫酸盐作用生成稳定稍差的中溶性硫酸钙，实践证明也能达到清除易溶硫酸盐和治理路基膨胀效果，由于成本较低、无毒和具有较大的溶解度，因此更具有实用价值。

在盐渍土地基中注入饱和的氯化钠盐水，形成一定厚度的、渗透性能很小的饱和盐土层，使其既保持原土层较高的结构强度，又在浸水时也不会产生较大的溶陷变形，这在地下水位很低、气候干燥且盐资源极为丰富的西部地区是一种切实可行的方法。

采用帕尔玛、路特固等固化剂同样可以起到改善盐渍土工程性质的作用。

（4）盐渍土地区路面结构设计技术研究本项目针对西部盐渍土地区的特点，提出了适合西部盐渍土地区的路面结构形式：①面层：对于西北地区，出于对交通量和经济条件的考虑，面层一般采用沥青混凝土、沥青表处、沥青贯入式、沥青封层等形式。

水泥混凝土类较少使用。

在沿海盐渍土地区，一般为沥青混凝土类，厚度较常规路段大得多。

②基层：主要采用半刚性基层，一般宜采用石灰、水泥稳定碎石（或砾石）类。

也有一些经济较不发达地区在当地交通量较小的情况下，出于道路造价的考虑，采用级配碎（砾）石作为基层的，但是该形式不能有效避免病害的发生。

③防渗层、沥青封层或粘土封层：在降雨量较大的地区，土工布设置在面层和基层之间或者基层和底基层之间；而粘结层设置在面层和基层之间。

④底基层：一般宜采用颗粒类材料，如级配碎（砾）石、天然沙砾和卵石基层等，用以隔断毛细水通道。

⑤垫层：一般为天然级配砂砾或者天然砂。

⑥隔离层：隔离层一般采用颗粒类材料和土工材料。

⑦路基处理：压路机压实、石灰（水泥）稳定压实、添加化学剂处置压实等。

（5）盐渍土地区公路防水技术研究解决好水的问题是治理盐渍土病害的根本，自然土体中水分的补给主要通过地面水及地下水两个渠道。

它们会造成盐渍土体中易溶盐数量上的变化，从而影响盐渍土体的路用物理力学性质。

课题组提出治理中要将排水与隔水并举：主要是把路面汇水及流向路基的水引离路基范围，并及时排走；当地下水位较高时，在工程造价允许的情况下，要采取工程措施予以降低，并设置隔离层隔离地下水上升渠道，防止因地下水上升引起盐分和水分在路基体内聚集。

（6）盐渍土地区施工技术研究在施工中，针对该地段地下水位高等特点，采取加大边沟的方法，降低路基土体的含水量，改善路基的干湿类型及含盐量。

由于盐渍土具有较强的吸湿性，形成严重的“返潮”现象，这对路基填料的翻晒带来了极大困难，通过施工过程中的反复试验，采取了掺干土或20%勺风积砂来降低盐渍土的含水量，发现该方法是行之有效的。

在施工中采用了土工布隔断层，隔断毛细水的上升渠道，使盐分不能随毛细水向上转移，保持了路基的稳定。