極旱荒漠鹽湖區超氯鹽漬土路用性能試驗研究

耿強+劉杰

摘要：為了研究極旱荒漠鹽湖區超氯鹽漬土路用性能，選取哈若公路沿線三個不同位置的鹽漬土進行無側限抗壓強度試驗、鹽脹試驗、重擊實試驗等研究。結果表明：該地區鹽漬土具有一定的早期強度，而且易溶鹽含量越大鹽漬土強度提高越快，具有板塊狀鹽漬土的工程特性；試驗得到了合理的路基壓實度控制范圍，可為今后項目的實施提供理論支撐。

關鍵詞：超氯鹽漬土；壓實度；鹽脹；無側限抗壓強度

中圖分類號：U416.03文獻標志碼：B

0引言

鹽漬土地區公路病害主要包括鹽脹、翻漿、溶陷和腐蝕等類型[1]。目前，國內鹽漬土研究的焦點在如何有效防治鹽漬土對公路工程的損害方面，對于利用特殊性鹽漬土筑路的技術研究較少。

國內以往對鹽漬土性質的研究主要圍繞兩個方面：一是利用當地的土樣，人工添加鹽分進行土的物理力學性質的分析；另一類是針對特定區域的鹽漬土工程性質進行定性分析。由于鹽漬土的工程特性受所在地域影響，不同地域的鹽漬土工程性質差別較大[2]，成果很難在其他地區得到推廣應用。

1工程概況

羅布泊地區氣候干燥，晝夜溫差大，蒸發量大，降水量少，屬典型的大陸干旱性氣候。極端最高氣溫為48 ℃，極端最低氣溫為-22.7 ℃，最大晝夜溫差達38.20 ℃。年最大蒸發量達5 070.4 mm，年最大降水量為38.5 mm。經過長期地面水、地下水的作用，不斷從周圍聚集鹽分，形成鹽湖[3]。隨著水的不斷蒸發，鹽類大量沉積，羅布泊成為干涸的鹽湖。該地區地表形成巖鹽與鹽蓋并存的膠結致密的鹽土硬殼。

哈密至若羌公路沿線砂、礫石材料的運距較遠，淡水資源極度匱乏，而且沿線工程地質條件復雜，全線地層土壤均呈現不同程度的鹽漬化，特別是羅布泊湖區土壤呈過鹽漬土狀態。因此，如何利用當地現有的集料作為路基填料是工程前期急需解決的問題。

哈若公路是中國第一次嘗試在極旱荒漠鹽湖區利用板塊狀鹽漬土具有巖石強度特征的特性，在天然鹽漬土中添加鹽湖區天然飽和鹵水形成人工的板塊狀鹽漬土，將超氯鹽漬土作為路基填筑材料的公路。由于沒有類似的工程可借鑒，該項目技術難度大，探索性強，結合該項目開展極旱荒漠鹽湖區超氯鹽漬土路用性能試驗研究對項目的實施有著重要的意義[4]。本文分別對取自哈若公路穿越羅布泊地區不同標段的天然鹽漬土進行性質試驗和分析研究。

試驗分別選取哈若公路穿越羅布泊區域K287+000、K324+500、K346+000段三組具有代表性的鹽漬土試樣以及施工用鹵水進行重擊實試驗無側限抗壓強度試驗及鹽脹試驗研究[57]。

2力學特性試驗研究

2.1重擊實試驗

按照《公路土工試驗規程》（JTJ 051—93）要求進行鹽漬土的重擊實試驗，3組試樣的試驗結果如圖1、表1所示。

2.2無側限抗壓強度試驗

馮忠居[8]經過試驗和對鹽漬土的微觀結構分析發現，板塊狀鹽漬土具有泥灰巖、砂巖及帶狀頁巖等巖石的強度特性。試驗擬根據重擊實試驗所確定的最佳含飽和鹵水率，按照92%、95%、98%三種不同的壓實度測鹽漬土7 d和28 d的無側限抗壓強度。

由于鹽漬土中的易溶鹽具有一定的可溶性和吸濕性，試樣在保濕、恒溫（20 ℃）、相對空氣濕度為60%～70%下不浸水養生。試模直徑為100 mm，高度為100 mm，采用分層裝模壓實成型。試驗測得3組鹽漬土7 d和28 d無側限抗壓強度結果如表2所示。表2無側限抗壓強度樁號K287+000K324+500K346+000壓實度/%929598929598929598無側限強度/MPa7 d0.560.871.110.580.821.040.741.091.3828 d0.620.931.180.590.861.100.921.141.45在最佳鹵水含量條件下，通過7 d和28 d超氯鹽漬土無側限抗壓強度試驗可以發現，3組試件的無側限抗壓強度均隨著壓實度的提高而增加。通過上述數據還可看出，鹽漬土中可溶鹽含量對強度影響較大。當壓實度為92%時，3組試件的無側限強度均在《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）中石灰穩定土底基層抗壓強度的低限要求以上，達到了0.5 MPa，完全滿足公路路面基層強度要求。當壓實度達到95%時，3組鹽漬土試件無側限強度均在0.8 MPa以上。

如圖2所示，3組試件的無側限強度關系相差并不明顯，K346+000段鹽漬土壓實度的提高最明顯。分析其原因為：易溶鹽含量越大，鹽漬土強度提高越快，這也是板塊狀鹽漬土強度較大的原因之一。對比同一組試驗7 d和28 d無側限抗壓強度，可以看出28 d后比7 d后的抗壓強度略有增加，但增長幅度較小，7 d無側限抗壓強度約為28 d無側限抗壓強度的85%。這說明7 d后鹽漬土中結晶鹽已經基本形成膠狀結晶體，具有板塊狀超氯鹽漬土的初步特性[910]。

3鹽脹試驗研究

3.1試驗方案

為了確定鹽漬土路基鹽脹變形規律、變形原因以及變形機理，采用路基重型擊實試驗標準，根據《公路工程技術標準》在92%、95%、98%三種不同壓實度和20 ℃的環境溫度以及飽和鹵水用量為5%、7%、9%、11%的情況下進行室內大尺寸模型變溫保濕鹽脹性測試試驗研究。試驗方案擬定在20 ℃～-10 ℃溫度范圍內由高到低進行有規律的循環變化。試驗每次降溫5 ℃，每個溫度段每次降溫過程為6 h，保溫過程6 h，一次降溫過程72 h。試驗裝置如圖3所示。

3.2鹽脹特性試驗研究

為了確定鹽漬土鹽脹量隨溫度的變化以及鹽脹量與壓實度之間的關系，在最佳鹵水含量的條件下分別按92%、95%、98%三種壓實度壓實成型。試驗對路基降溫過程中試件體積變化進行監測，確定鹽脹病害發生的壓實度范圍。3組試樣在3種不同壓實度下的鹽脹量隨溫度的變化趨勢如圖4所示。endprint

3.3鹽脹量與易溶鹽含量的關系

鹵水結合料鹽脹的變化主要與含水率、環境溫度以及壓實度有關[11]。表3為在最佳含水量和壓實度95%的情況下，3種鹽漬土材料的易溶鹽含量和Cl-/SO2-4值與總鹽脹率的關系。

表3總鹽脹率編號易溶鹽含量/%Cl-/SO2-4總鹽脹率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在對抑制硫酸鹽漬土膨脹作研究時發現，在硫酸鹽漬土中摻入氯鹽能減少膨脹，當土中的氯離子與硫酸根離子的比值大到6以上時，抑制硫酸鹽漬土膨脹的效果最為顯著，這是因為硫酸鈉在氯鹽溶液中的溶解度隨氯鹽溶液濃度的增加而減小。對于鹽脹的發生，硫酸鹽的貢獻要比氯鹽大，且高含量的氯鹽對硫酸鹽鹽脹性起著一定的抑制作用。

鹽脹量和易溶鹽含量的關系如圖5所示。通過對不同易溶鹽含量的鹵水結合料的鹽脹試驗可知，在易溶鹽含量較低階段，鹽脹量隨著易溶鹽含量的增加而增加，后期鹽脹量增長緩慢。

4結語

通過對哈若公路路線區具有代表性的3組試樣進行重擊實試驗、無側限抗壓強度試驗及鹽脹試驗等方面的研究，得出了以下幾個結論。

（1） 該地區鹽漬土具有一定的早期強度，而且易溶鹽含量越大鹽漬土強度提高越快，具有板塊狀鹽漬土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 該地區超氯鹽漬土的起脹溫度為-5 ℃，10 ℃～-5 ℃時的鹽脹變化最為劇烈。在設計過程中應該防止路基溫度場變化引起鹽漬土路基病害的發生。

（3） 為了控制鹽漬土的鹽脹特性對路基造成病害，應該合理地控制路基壓實度，建議壓實度控制在92%～95%。

參考文獻：

[1]包衛星，楊曉華，謝永利.典型天然鹽漬土多次凍融循環鹽脹試驗研究[J].巖土工程學報，2006，28（11）：19911995.

[2]周鵬海.羅布泊地區鹵水路基修筑的可行性研究[J].公路交通科技：應用技術版，2007，29（8）：7880.

[3]王延偉，徐慧芬，文進，等.新疆地區鹽漬土的鹽脹特性研究[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2006，30（6）：531534.

[4]馮忠居，烏延玲，成超，等.板塊狀鹽漬土的鹽溶和鹽脹特性研究[J].巖土工程學報，2010，32（9）：10391442.

[5]張莎莎，楊曉華，謝永利，等.路用粗粒鹽漬土鹽脹特性[J].長安大學學報：自然科學版，2009，29（1）：2025.

[6]楊曉華，張莎莎，包衛星.天然鹽漬土工程特性對比分析[J].工程勘察，2010（11）：1116.

[7]羅肖.哈羅鐵路巖鹽路基填筑技術研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2012.

[8]馮忠居，成超，王廷武，等.荒漠極干旱區板塊狀鹽漬土微結構變化對其強度特性的影響分析[J].巖土工程學報，2011，33（7）：11421145.

[9]劉毅，劉杰，陳杰.極旱荒漠鹽湖區鹽漬土微結構對強度特性的影響分析[J].中外公路，2013，33（4）：4145.

[10]宋亮.干鹽湖區鹽漬土性能及其在路基工程中的應用技術[D].西安：長安大學，2010.

[11]包衛星.內陸鹽漬土工程性質與公路工程分類研究[D].西安：長安大學，2009.

[責任編輯：王玉玲]endprint

3.3鹽脹量與易溶鹽含量的關系

鹵水結合料鹽脹的變化主要與含水率、環境溫度以及壓實度有關[11]。表3為在最佳含水量和壓實度95%的情況下，3種鹽漬土材料的易溶鹽含量和Cl-/SO2-4值與總鹽脹率的關系。

表3總鹽脹率編號易溶鹽含量/%Cl-/SO2-4總鹽脹率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在對抑制硫酸鹽漬土膨脹作研究時發現，在硫酸鹽漬土中摻入氯鹽能減少膨脹，當土中的氯離子與硫酸根離子的比值大到6以上時，抑制硫酸鹽漬土膨脹的效果最為顯著，這是因為硫酸鈉在氯鹽溶液中的溶解度隨氯鹽溶液濃度的增加而減小。對于鹽脹的發生，硫酸鹽的貢獻要比氯鹽大，且高含量的氯鹽對硫酸鹽鹽脹性起著一定的抑制作用。

鹽脹量和易溶鹽含量的關系如圖5所示。通過對不同易溶鹽含量的鹵水結合料的鹽脹試驗可知，在易溶鹽含量較低階段，鹽脹量隨著易溶鹽含量的增加而增加，后期鹽脹量增長緩慢。

4結語

通過對哈若公路路線區具有代表性的3組試樣進行重擊實試驗、無側限抗壓強度試驗及鹽脹試驗等方面的研究，得出了以下幾個結論。

（1） 該地區鹽漬土具有一定的早期強度，而且易溶鹽含量越大鹽漬土強度提高越快，具有板塊狀鹽漬土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 該地區超氯鹽漬土的起脹溫度為-5 ℃，10 ℃～-5 ℃時的鹽脹變化最為劇烈。在設計過程中應該防止路基溫度場變化引起鹽漬土路基病害的發生。

（3） 為了控制鹽漬土的鹽脹特性對路基造成病害，應該合理地控制路基壓實度，建議壓實度控制在92%～95%。

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[9]劉毅，劉杰，陳杰.極旱荒漠鹽湖區鹽漬土微結構對強度特性的影響分析[J].中外公路，2013，33（4）：4145.

[10]宋亮.干鹽湖區鹽漬土性能及其在路基工程中的應用技術[D].西安：長安大學，2010.

[11]包衛星.內陸鹽漬土工程性質與公路工程分類研究[D].西安：長安大學，2009.

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3.3鹽脹量與易溶鹽含量的關系

鹵水結合料鹽脹的變化主要與含水率、環境溫度以及壓實度有關[11]。表3為在最佳含水量和壓實度95%的情況下，3種鹽漬土材料的易溶鹽含量和Cl-/SO2-4值與總鹽脹率的關系。

表3總鹽脹率編號易溶鹽含量/%Cl-/SO2-4總鹽脹率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在對抑制硫酸鹽漬土膨脹作研究時發現，在硫酸鹽漬土中摻入氯鹽能減少膨脹，當土中的氯離子與硫酸根離子的比值大到6以上時，抑制硫酸鹽漬土膨脹的效果最為顯著，這是因為硫酸鈉在氯鹽溶液中的溶解度隨氯鹽溶液濃度的增加而減小。對于鹽脹的發生，硫酸鹽的貢獻要比氯鹽大，且高含量的氯鹽對硫酸鹽鹽脹性起著一定的抑制作用。

鹽脹量和易溶鹽含量的關系如圖5所示。通過對不同易溶鹽含量的鹵水結合料的鹽脹試驗可知，在易溶鹽含量較低階段，鹽脹量隨著易溶鹽含量的增加而增加，后期鹽脹量增長緩慢。

4結語

通過對哈若公路路線區具有代表性的3組試樣進行重擊實試驗、無側限抗壓強度試驗及鹽脹試驗等方面的研究，得出了以下幾個結論。

（1） 該地區鹽漬土具有一定的早期強度，而且易溶鹽含量越大鹽漬土強度提高越快，具有板塊狀鹽漬土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 該地區超氯鹽漬土的起脹溫度為-5 ℃，10 ℃～-5 ℃時的鹽脹變化最為劇烈。在設計過程中應該防止路基溫度場變化引起鹽漬土路基病害的發生。

（3） 為了控制鹽漬土的鹽脹特性對路基造成病害，應該合理地控制路基壓實度，建議壓實度控制在92%～95%。

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[11]包衛星.內陸鹽漬土工程性質與公路工程分類研究[D].西安：長安大學，2009.

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