鹽漬土地區(qū)道路路基設(shè)計(jì)原則及處理方法

張慧娟

(大同市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西大同 037003)

0 引言

鹽是由金屬離子(包括銨離子)和酸根離子所組成的化合物。鹽漬土是不同程度鹽堿化土的總稱(chēng)，在公路工程中，系指地表下1.0 m內(nèi)易溶鹽含量平均不小于0.3的土。

本人參與項(xiàng)目友誼路位于圖木舒克市農(nóng)三師五十團(tuán)，規(guī)劃為城市次干路，規(guī)劃?rùn)M斷面為一幅路形式;中間為行車(chē)道，機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)混行，兩側(cè)為人行道。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)三師五十團(tuán)位于圖木舒克市境內(nèi)，塔里木盆地西北邊緣，東面有葉爾羌河、夏可河、西北與農(nóng)三師五十一團(tuán)相接，北面與農(nóng)三師五十三團(tuán)毗鄰，西南與農(nóng)三師五十二團(tuán)接壤，團(tuán)部駐其蓋麥旦鎮(zhèn)，距圖木舒克市20 km，五十團(tuán)位置為東經(jīng) 90°11'～ 79°36'，北緯 39°40'之間。海拔高度在1 075 m～1 090 m之間。

現(xiàn)針對(duì)本人在援疆道路設(shè)計(jì)工作中遇到的鹽漬土路基病害問(wèn)題、鹽漬土路基病害的基本特征及鹽漬土路基病害的處理方法進(jìn)行研究。

1 本項(xiàng)目所在場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況

1.1 地形地貌

五十團(tuán)的地勢(shì)西高東低，突來(lái)馬提河、葉爾羌河以及全團(tuán)灌溉渠道大部分自西向東流。

全團(tuán)地形基本平坦，南部及東北部有固定的小沙丘，北部遺留著古老的干涸河道，河道內(nèi)有很多段落生長(zhǎng)著茂密的胡楊、沙棗樹(shù)。

1.2 工程地質(zhì)

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要呈現(xiàn)緩慢的升降運(yùn)動(dòng)，山區(qū)隆起，平原相對(duì)沉降，山前地帶沉積了巨厚的冰漬物或沖擊物——卵礫石層，沿地表徑流方向，推擊玉沖積平原，顆粒由粗變細(xì)。

五十團(tuán)周?chē)鶠榛鶐r山丘，外圍的凹陷地帶，由于受葉爾羌河、喀什噶爾河沖積物影響，沉積了不同厚度的沖擊物，淤積物——粉細(xì)砂、亞砂土、亞粘土。

第①層:人工填土(Qal)，為老路基，成分主要為碎石。呈稍密狀態(tài)。層底高程為 1 087.94 m ～1 088.41 m，層厚為 0.4 m ～0.6 m。

第②層:低液限粉土(Qal)，灰黃色，含星點(diǎn)狀云母碎屑，干燥～中濕，稍密～中密狀態(tài)。天然含水量為17.7% ～28.3%，天然密度為1.64 g/cm3～1.91 g/cm3，孔隙比為0.782 ～0.993，塑性指數(shù)為6.2 ～9.8，壓縮系數(shù)為 0.23 MPa－1～0.50 MPa－1，壓縮模量為3.99 MPa～7.95 MPa，凝聚力為3.1 kPa～4.2 kPa，摩擦角為21.6°～22.5°，滲透系數(shù)為7.26 ×10－4cm/s～8.46 ×10－4cm/s，回彈模量為27.5 MPa～30.8 MPa。層底高程為 1 085.10 m ～1 087.18 m，層厚為 0.80 m ～3.00 m。

第③層:細(xì)砂(Qal):青灰色，呈松散～稍密～中密，濕～飽和狀態(tài)。主要由石英、長(zhǎng)石、云母等組成。顆粒呈棱角狀。此層未鉆穿。

1.3 水文地質(zhì)

本項(xiàng)目所在區(qū)南面的葉爾羌河與提茲那甫二河，發(fā)源于昆侖山山系自分水嶺到平原—沙漠，構(gòu)成了一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元，按區(qū)域地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律劃分為昆侖山區(qū)為補(bǔ)給區(qū)，戈壁平原沖積洪積平原為徑流區(qū)，細(xì)土平原及沙漠為排泄區(qū)。

本項(xiàng)目所在區(qū)位于葉爾羌河中下游沖積平原，地形相對(duì)高差較小，地下水賦存于沿線地貌第四系松散沉積物中，含水介質(zhì)多為第四系沖積而成的細(xì)砂，地下水類(lèi)型為潛水。主要為葉爾羌河河水及周?chē)r(nóng)田灌溉入滲補(bǔ)給，其次為大氣降水補(bǔ)給，地下水徑流慢，流向自西南向東北。

地下水排泄途徑主要有兩種:1)潛水的蒸發(fā)和植物的垂直蒸騰消耗;2)低洼處的滲出排泄和人工抽水排泄。

各路段地下水類(lèi)型均為潛水，埋深在自然地面以下分別為:友誼路為 3.30 m ～3.90 m，地下水位高程為1 084.64 m ～1 085.18 m;年度內(nèi)水位變化幅度約為1.00 m。地下水主要由葉爾羌河河水及周?chē)鄥^(qū)農(nóng)田灌溉和渠系入滲補(bǔ)給。葉爾羌河為最主要的地表徑流水，來(lái)源于雪山融水，汛期季節(jié)水量大，地下水位高。其次地表水為永安壩水庫(kù)水域和因地勢(shì)較低出露的地下水。永安壩水庫(kù)蓄水時(shí)間主要集中在每年9月份～次年的2月份，此期間地下水位較高，灌溉期后水位降低;出露的地下水亦隨汛期和灌溉期起伏。本次勘察期間所測(cè)定地下水位均為汛前地下水位(屬低水位期)。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，道路沿線地下水pH值為7.6～8.0，對(duì)混凝土無(wú)分解類(lèi)腐蝕性;礦化度為2 590 mg/L～4 060 mg/L;Mg2+含量663 mg/L～1 053 mg/L，對(duì)混凝土具有結(jié)晶類(lèi)中等腐蝕性;Cl－含量為882 mg/L～1 428 mg/L，SO2－4含量為110 mg/L～165 mg/L，對(duì)混凝土無(wú)結(jié)晶分解復(fù)合類(lèi)腐蝕性。綜合評(píng)定地下水對(duì)混凝土具中等腐蝕性。

本區(qū)最大凍土深度為0.70 m。土基凍脹分類(lèi)均為非凍脹土。

1.4 氣候

全團(tuán)屬溫帶大陸性氣候，氣候干旱，光照充足，降水少，晝夜溫差大。

1)氣溫:五十團(tuán)熱量條件較好，全年平均氣溫10.9℃ ～12.5℃。多年累計(jì)平均氣溫11.7℃，最冷月元月，月平均氣溫為－7℃，全年極端最高氣溫41℃(出現(xiàn)在1977年)，極端最低氣溫值－24.2℃(出現(xiàn)在1967年)。氣溫年溫差為33.9℃，日溫差平均為12.3℃。

2)日照:五十團(tuán)光照資源豐富，年平均日照總時(shí)數(shù)為3 116.4 h，日照四季的分布規(guī)律是2月～4月平均為201.8 h;5月～7月平均為296.9 h;8月～10月平均為276.3 h;11月～來(lái)年元月，月平均為 263.8 h。

3)霜期:五十團(tuán)無(wú)霜期較長(zhǎng)，一般年份在225～240之間，初霜期一般在10月中旬，終霜期一般在次年3月上旬。無(wú)霜期年際變化較大，個(gè)別年份初霜期提到10月10日前，終霜期卻推遲到3月25日左右，對(duì)小麥等旱期農(nóng)作物的出苗和生長(zhǎng)有一定影響。

4)降水與蒸發(fā):五十團(tuán)降雨量稀少。1986年以后，由于灌溉面積擴(kuò)大，生態(tài)植被保護(hù)力度加強(qiáng)，年平均降水量124 mm左右，1972年為46.9 mm。降水形式多為雨、雪和冰雹。蒸發(fā)量強(qiáng)，最高日蒸發(fā)量為17 mm以上(7月，8月)。年蒸發(fā)量為1 716 mm ～2 455.7 mm。

5)積溫:全年平均積溫4 370.1℃，日平均氣溫高于20℃的時(shí)間為105 d，活動(dòng)積溫2 500℃ ～3 000℃。

1.5 不良土質(zhì)

根據(jù)實(shí)際調(diào)查和土質(zhì)分析，擬建路段存在鹽漬巖土。鹽漬巖土具有弱鹽脹性和融陷性。本場(chǎng)地環(huán)境類(lèi)型按Ⅰ類(lèi)考慮。由于地基土表層主要為低液限粉土，各路段沿線地下水位線埋藏較深，在毛細(xì)水上升的作用下，有可能使鹽分產(chǎn)生表聚性，破壞路面。

經(jīng)對(duì)沿線土質(zhì)化學(xué)分析，各路段沿線土質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕性等級(jí)為:友誼路為強(qiáng)腐蝕，應(yīng)相應(yīng)采取三級(jí)防護(hù)措施。

1.6 地震設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志》，沿線在大地構(gòu)造單元上處于塔里木地臺(tái)的次一級(jí)構(gòu)造單元。公路沿線通過(guò)地段的地貌單元較簡(jiǎn)單。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和2001年版《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，擬建公路沿線場(chǎng)地內(nèi)土的類(lèi)型為中軟土，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。根據(jù)CJJ 56-94市政工程勘察規(guī)范表2.0.4，場(chǎng)地分類(lèi)為Ⅱ類(lèi)。本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)特征周期為0.45 s。

2 鹽漬土的工程特性

1)溶陷性:鹽漬土浸水后由于土中易溶鹽的溶解，在自重壓力作用下產(chǎn)生沉陷現(xiàn)象。

2)鹽脹性:硫酸鹽沉淀結(jié)晶時(shí)體積增大，失水時(shí)體積減小，致使土體結(jié)構(gòu)破壞而疏松，碳酸鹽漬土中NaCO3含量超過(guò)0.5%時(shí)，也具有明顯的鹽脹性。

3)腐蝕性:硫酸鹽漬土具有較強(qiáng)的腐蝕性，氯鹽漬土、碳酸鹽漬土也有不同程度的腐蝕性。

3 鹽漬土路基病害綜合處理設(shè)計(jì)原則

1)路基應(yīng)以填方路堤通過(guò)，保證路床處于干燥或中濕類(lèi)型的穩(wěn)定狀態(tài)，不受鹽分、水分的影響。

2)注意鹽水的隔斷設(shè)計(jì)，防止鹽分再生與遷移。

3)重視路基排水設(shè)計(jì)，應(yīng)分情況，因地制宜做好邊溝、排水溝、截水溝、取土坑設(shè)計(jì)。

4 鹽漬土路基病害綜合處理方法

本項(xiàng)目所在地區(qū)地基承載力條件較好，稍微處理即可作為天然路基持力層。主要不利條件為鹽漬土(硫酸鈉)，此種土質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕性強(qiáng)，由于本項(xiàng)目周邊地塊已經(jīng)開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)路面高基本為現(xiàn)狀地面高，主要采取淺層換填的處理措施，見(jiàn)圖1。

圖1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

通過(guò)以上綜合分析，本次路基設(shè)計(jì)采用如下主要處理措施:

1)路基換填。

對(duì)路堤基底(包括護(hù)坡道)表層植被、鹽殼、腐殖質(zhì)土必須清除后再換填壓實(shí)，換填材料選用礫類(lèi)土或砂。本項(xiàng)目挖除深度為1.5 m ～2.0 m。

2)設(shè)置隔斷層。

隔斷層設(shè)置層位應(yīng)高出地面和地表長(zhǎng)期積水位，以隔斷水分和鹽分進(jìn)入路基上層或路面基層。本項(xiàng)目底基層采用25 cm厚的級(jí)配礫石作為隔斷層，兩側(cè)用天然級(jí)配砂礫包邊，厚度30 cm，以防止邊坡蝕塌。

底基層與基層間、換填層底部設(shè)置復(fù)合土工膜隔斷。土工膜采用兩布一膜。為了利于排水，隔斷層橫坡設(shè)置為雙向2%的外傾橫坡。

3)路面排水設(shè)計(jì)。

路拱橫坡為1.5%，由于道路縱向坡度較緩，本項(xiàng)目路側(cè)設(shè)置盲溝。

本項(xiàng)目面層與基層間設(shè)置下封層，以減少路面水侵入路基。

[1] 交通部公路司，新疆公路學(xué)會(huì).鹽漬土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:人民交通出版社，2006.

[2] XJT J01-2001，新疆維吾爾自治區(qū)公路行業(yè)技術(shù)規(guī)范[S].