高速公路盐渍土路基危害与处理方法

新疆库阿高速公路盐渍土路基危害与处理

方法

摘要: 新疆高速公路库阿段是连接南疆各主要城市的通道,此段公路盐渍土路基病害较为严重。根据新疆高速公路库阿段盐渍土路基病害的实际资料,分析了南疆地区盐渍土的工程特性;探讨了影响盐渍土路基病害产生的因素,主要是气候条件、地形地貌、地层岩性、水文地质、植被和人为因素;最后结合新疆高速公路库阿段工程实际,分析研究了具体的工程治理措施。

关键词:盐渍土;路基病害;治理措施;高速公路

1引言

新疆库车－阿克苏段高等级公路，位于新疆维吾尔自治区南疆的阿克苏地区境内。起点与已经开工的G314线库尔勒－库车段高速公路相接，终点为阿克苏市建化厂，沿线经库车、新和、温宿、阿克苏市。路线全长258.645千米。该公路自建成后,盐渍土病害的作用较为明显,严重影响了行车安全。所以查明库阿高速公路段盐渍土路基病害,研究工程治理措施,对保证公路正常运营和南疆地区经济顺利发展有着非常重要的意义。

2新疆高速公路库阿段盐渍土路基病害

新疆高速公路库阿段内盐渍土路基病害较为明显,盐渍土病害严重地段,路基下沉、道路变形,严重影响了行车安全。

2．1硫酸盐渍土的松胀和膨胀性影响路基稳定

硫酸盐的溶解度随温度而变化,温度降低时,盐溶解达到饱和状态,盐分即从溶液中结晶析出,体积增大。温度升高时结晶又溶解于溶液中,体积缩小。在含水量较小的土体中所含的固体硫酸盐在低温时吸水结晶,体积增大,温度升高时又脱水变成粉末状固体,体积缩小。从而使主体结构破坏、变松的现象,即为硫酸盐渍土的松胀性。这一现象多发生在地表土层,往往引起路肩及边坡土体变松,影响路基稳定。由于季节性的温度变化,即秋后温度降低,引起较深部分土层中硫酸盐吸水结晶,体积增大,促使土体体积增大,即为硫酸盐渍土的膨胀性。春季温度回升时硫酸盐脱水体积变小,土体体积缩小。硫酸盐渍土的膨胀影响深度及膨胀量都相当大。引起路基季节性的隆起和下沉,造成路基不稳定,增大了养护工作量。

2．2 碳酸盐对土膨胀性的影响往往造成路基塌陷

当盐渍土中含有大量的吸附性阳离子并遇水时,由于胶体颗粒和吸附性阳离子互相作用,在胶体颗粒和粘土颗粒周围形成结合水薄膜,减少了各颗粒间的粘着力,使其相互分离,引起土体膨胀。试验证明,当土中Na2 CO3含量超过0. 5%时,其膨胀量即有显著增大。由于碳酸盐的膨胀作用,在路基遇水时,往往造成边坡坍塌,路基泥泞。

2．3 盐渍度对土的塑性的影响往往造成路基失稳

同一类土当含盐量增加时其液塑限相应减小,塑性指数也有所降低,这种性质对路基的稳定性十分不利。因为遇水后,当含水量相同时,盐渍土比非盐渍土较早地达到塑限或流塑状态,即较早地达到不太稳定的状态。

3盐渍土的主要工程特性

从表1 可以看出:富集硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土的地段,路基松胀现象比较严重;而富集氯盐渍土和亚氯盐渍土的地段,溶蚀现象比较严重。这种差别是由于盐渍土的工程性质决定的。从本工程实际情况来看,盐渍土的工程特性主要表现在三方面:溶陷性,盐胀性,腐蚀性[1

2 ] 。

4影响新疆高速公路库阿段盐渍土形成的因素

4．1 地形、地质条件

新疆高速公路库阿段大都经过在天山南簏山前冲、洪积倾斜平原区和冲、洪积平原区的中上部。由北向南的地形横断面看,南疆铁路库喀段经过的地区是从山前到平原,地形由陡变缓,土层组成由粗变细,地下水埋藏由深变浅,矿化度由小变大,地表盐渍化程度由轻变重。地形、地质条件是盐渍土路基病害生成的主要因素之一。

4．2 气候条件

工程段位于欧亚大陆深处范围内，远离海洋，属暖温带干旱型气候，具有大陆性气候特点：气候干燥、降水偏少、日照气温高、年季变化大、气候变化剧烈、冬寒酷暑、昼夜温差大、蒸发量远远大于降雨量(本地区年降水量均在200mm以下,各站年平均蒸发量为189515～3185mm) 、最大风速23m/s并且多风,使土壤中盐份大量沉积和向表层积聚,形成大范围的土壤盐渍化。气候条件是盐渍土病害形成与发展的促进因素。

4．

水文地质条件也是影响土壤盐渍化的重要因素。盐分的积聚, 与地下水水位、矿化度和矿化类型有密切关系, 地下水水位越高, 蒸发越强, 土壤的积盐也越快。同时, 地下水矿化度愈高, 地下水向土壤输送的盐分越多, 土壤的积盐也越重。新疆高速公路库阿段强烈蒸发的气候条件和地下水矿化度较高的水文地质条件是本段土壤积盐严重的主要因素。

4．4 地层岩性

新疆高速公路库阿段的地层岩性多为第四系松软地层, 如砂类土和粘性土, 大颗粒碎石类土不会产生盐渍化作用。一般来说粘质土的毛细管孔隙过于细小, 毛细管水上升高度受到抑制, 砂质土的毛细管孔隙直径较大, 地下水借毛细管引力上升的速度快但高度较小, 这两种土均不易积盐。粉砂质土如粉土, 毛细管孔径适中, 地下水上升速度既快、上升高度又高, 特别易于积盐, 但当有夹粘层存在时, 情况又有所不同。

4．5 植被

在本工程施工段落中有大量盐生植物加剧了土壤的盐渍化。象新疆地区胡杨、芦苇等深根植物较多, 在它生长过程中的蒸腾作用, 消耗了大量地下水, 相应加大了地下水的矿化度, 间接加强了土的盐渍化。此外常见的盐土植物以及干旱地区的深根性植物或盐生植物, 又能从土层深处及地下水中吸收水分和盐分, 将盐分累积于植物体中, 植物死亡后, 有机残体分解, 盐分回归土壤, 逐渐积累于地表, 具有一定的积盐作用。

4．6 人为因素

盐碱地开荒种地,必须对其进行土壤的改良,而工程段很多病害区地处农田边缘,农民为改良土壤,对路基附近的农田进行大量浇灌、洗盐。地表水通过各种渠道进入到路基附近,增加了路基附近的含水量和含盐量。另外,施工后,路基两侧局部地形遭到破坏,部分涵洞高悬,排水不畅,路基两侧积水,为盐渍土病害的形成创造了条件。所以人为因素也是促使铁路路基土盐渍化程度加重的重要因素。

5 盐渍土路基病害处理措

盐渍土路基的工程治理措施有很多,有基底处理法、设置毛细水隔断层法和提高路基高度、浸水预溶法、强夯法、化学处理盐渍土法、降低税违法。

对新疆库阿高速公路段而言,根据本工程的特点, 新疆库阿高速公路段处理盐渍土路基病害采用路基基底表层处理，清除表层厚度30cm并压实，产出后的地表应做成由路中心向两侧约3%的横波，采用砾类土回填；路基填料调运非盐渍化的砾类土；完善路基、路面排水系统；路基中部路床顶设置两布一膜复合土工布做隔断层，阻断毛细水携带盐分上升；挖方路段，采用反开挖填方路基形式，对路堤采用砾料土填筑，并于上路床底铺设复合土工膜隔断层等综合处理措施。现以断面为例(图1) ,具体工程处理措施如下:

5．1 基底处理

换填法一般应用在路基含盐量超过规定的要求、路床过湿压实度达不到压实要求或路基标高受限制的低填浅挖地段采用,换填一般采用就近砂砾或风积砂,换填厚度应根据地质勘探资料以及填料的试验结果确定, 最小不应小于1. 0 m。

必须确保所换填的土质为非盐渍土且有足够的强度。一般地,换填土宜选用砾石土或风积砂。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30 m 以外,以免发生次生盐渍化。

5．2 设置毛细水隔断层。

隔断层法就是在路基某一层位设置一定厚度的隔断层,其根本目的是隔断毛细的上升,防止水分和盐分进入路基上部,从而避免路基或路面遭受破坏。

隔断层类型按采用材料有土工布(膜) 隔断层、风积砂或河砂隔断层,砾(碎) 石隔断层和沥青砂,油毛毡等隔断层。土工膜、沥青砂、油毛毡属不透水性隔断层,可隔断下层毛细水和气态水上升,砾石和风积砂属透水性隔断层,只可隔断毛细水的上升。

设置隔断层是处治路基盐胀最有效、最简便的措施,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。

5．3 提高路基高度。