新疆準東地區鹽漬土路基處理措施分析
——以五彩灣環城路工程為例

陸銀山，魏晉

（中國市政工程西北設計研究院有限公司,甘肅蘭州710064）

新疆準東地區鹽漬土路基處理措施分析
——以五彩灣環城路工程為例

陸銀山，魏晉

（中國市政工程西北設計研究院有限公司,甘肅蘭州710064）

結合準東經濟技術開發區五彩灣環城路鹽漬土路基病害防治，對準東地區鹽漬土成因及路基病害處理措施進行探討，可為該地區道路建設路基處理提供技術參考。

新疆準東地區；鹽漬土；鹽漬土成因；路基病害處理措施

0 引言

準東經濟技術開發區位于新疆維吾爾自治區昌吉回族自治州境內。開發區西距烏魯木齊市中心約200km，南與天山北麓綠洲相接，西與阜康市相接，北與阿勒泰地區富蘊縣、塔城地區接壤，東與哈密巴里坤縣相接。準東地區廣泛存在以硫酸鹽為主的鹽漬土，對道路路基有非常大的危害。本文結合新疆準東經濟技術開發區五彩灣環城北路、環城東路、環城南路及環城西路等工程鹽漬土路基病害的防治，對準東地區鹽漬土的成因及路基病害處理措施進行探討，為準東地區鹽漬土路基病害防治提供參考。

1 概述

準東經濟技術開發區是國家重要的特大型煤電煤化工基地，五彩灣鎮為開發區的政治、經濟、文化中心。近年來，開發區經濟與城市基本建設都得到了迅猛的發展，但路網結構的不完善，導致各園區交通無法通過區域內部路網完成分流，只能通過現有的Z917、吉彩路、G216完成過境、集散、服務等三維一體的主、次、支交通功能，致使上述道路交通壓力過大。根據準東經濟技術開發區總體規劃，五彩灣環城北路、環城東路（吉彩路）、環城南路與環城西路（G216）為城市主干道（見圖1），共同構成區域的30 m in交通圈，實現交通分流，極大提升片區組團間的通達性。從而推進準東經濟技術開發區加速產業轉型，實現產業互補，實現資源優勢向經濟優勢轉化、實現加快推進新型工業化的產業目標。

圖1 地理位置示意圖

環城路全長約83km，其中環城西路與環城東路為改擴建項目，將二級路擴建為一級路（城市主干道）；環城南路與環城北路為新建城市主干道，均為雙向四車道。環城路的建成有效的緩解了開發區路網滯后的交通現狀，有效的提升了開發區內企業的入住率。

準東地區土中含鹽量較大，含鹽類型以硫酸鹽為主，氯鹽次之。利用鹽漬土填筑路基，如不滿足表1的規定，需對針對鹽漬土路基進行特殊路基處理，確保路基在使用年限內的水穩定性、安全性及耐久性，因此，研究鹽漬土路基處理措施尤為重要且具有重要意義。

2 鹽漬土成因

2.1 鹽漬土一般成因

鹽漬土的形成是由多種因素相互作用的結果，其產生的主要條件如下。

表1 鹽漬土用作路基填料的可用性[1]

2.1.1 地形條件

地形條件是鹽漬土產生的主要條件，鹽漬土分布區所在地形多為低平地、內陸盆地、局部洼地以及沿海低地，這是由于鹽分隨地表、地下徑流由高處向地處匯集，使洼地成為水鹽匯集中心。

2.1.2 氣候條件

鹽漬土分布區的氣候多為干旱或半干旱氣候，降水量小，蒸發量大，年降水量不足以淋洗掉土壤表層積累的鹽分。

2.1.3 水文地質條件

水文地質條件也是影響土壤鹽漬化的重要因素。鹽分的積聚與地下水水位、礦化度和礦化類型有密切關系，地下水位越高，蒸發越強，土壤的積鹽也越快。同時，地下水礦化度愈高，地下水向土壤輸送的鹽分越多，土壤的積鹽也越重。

2.1.4 地層巖性

鹽漬土地段的地層巖性多為第四系松軟地層，如砂類土和粘性土，大顆粒碎石類土不會產生鹽漬化作用。一般來說粘質土的毛細管空隙過于細小，毛細管水上升高度收到抑制，砂質土的毛細管空隙直徑較大，地下水借毛細管引力上升的速度快但高度較小，這兩種土均不宜積鹽。粉砂質土如粉土，毛細管空隙適中，地下水上升速度既快、上升高度又高，特別容易積鹽。

2.1.5 植被

大量鹽生植物加劇了土壤的鹽漬化，新疆地區有較多的胡楊、梭梭、蘆葦等深根植物，在生長過程中的蒸騰作用，消耗了大量的地下水，相應加大了地下水的礦化度，間接加強了土壤的鹽漬化。若植物死亡后，有機殘體分解，鹽分回歸土壤，逐漸積累與地表，具有一定的積鹽作用。

2.1.6 人類活動的影響

人類的工程經濟活動，如不合理的開墾土地而進行土壤洗鹽、農作物大量使用化肥、污水亂排導致下游地段圖層含鹽量及地下水礦化度的增高，或者不合理的灌溉，引起局部地下水位上升，造成土壤表層含鹽量增高。

2.2 準東地區鹽漬土成因及病害

2.2.1 成因

根據鹽漬土的形成原理現將準東地區鹽漬土成因歸結為以下幾個方面：

（1）準東經濟技術開發區位于準噶爾盆地東部，南北兩側高，中間低，鹽分隨地表、地下水匯集該區域，形成鹽漬土。

（2）該區域氣候屬中溫帶大陸性干旱氣候，蒸發量遠大于降水量，使水分蒸發鹽分聚集，形成鹽漬土。

（3）準東地區蘊含豐富的煤質資源，在準東盆地形成巨大的不透水層，硫化物的揮發導致地下水礦化度較高，使土壤積鹽嚴重。

綜上因素，準東地區為礦化地下水和地表礦化徑流形成的鹽漬土。

2.2.2 病害

鹽漬土的組成與常規土不同，由氣、水鹽溶液、難溶結晶鹽、易溶結晶鹽和土顆粒組成。在溫度變化和有足夠的水浸入鹽漬土時，土中易溶鹽結晶將會被溶解變成液體，同時氣體空隙也被填充。此時，鹽漬土由固、液、氣的三相體轉變為固、液兩相體，在其轉變過程中，通常伴隨土的結構破壞和土體變形。相反，當環境條件發生變化時，鹽漬土的兩相體也會轉化為三相體，此時土體也會發生體積變化。因此，鹽漬土的相態變化對工程帶來嚴重危害。準東地區通常表現為以下5種類型。

（1）溶陷：溶陷是氯化物鹽漬土地區道路的主要病害之一。它是由于道路鹽漬土路基或結構層在淡水作用下，鹽分溶解并被水分帶走，導致土體強度逐漸喪失。在荷載或自重作用下，鹽漬土路基或結構層出現沉陷、孔洞等破壞，并逐漸反映至面層，有的鹽漬土地區路面由于濕陷會產生溶洞，給形成帶來隱患。

（2）翻漿：翻漿主要是由于鹽漬土中所含易溶鹽晶體聚冰、脫水及吸濕潮化，使得土基飽水及承載能力下降，在外荷載反復作用下形成翻漿，使道路路面泥濘、濕滑，影響車輛正常運營，這類病害以氯鹽漬土地區較為多見；翻漿是由于土質、濕度和水三個自然因素和荷載的共同作用形成的。

（3）鹽脹：鹽脹是指含有硫酸鹽的鹽漬土，降溫時硫酸鹽吸水結晶、體積增大、促使土體膨脹；溫度升高時，硫酸鹽又脫水，體積變小，致使土體疏松。鹽脹主要隨溫度變化而發生體積變化，引起地表松脹或公路路基路面局部不平、鼓起開裂。

（4）凍脹：凍脹是指在寒冷地區，冬季土基下部的水分向上集聚并凍結成冰，引起膨脹，造成地表或路面局部隆起的現象。

（5）腐蝕：腐蝕主要由于鹽漬土中所含易溶鹽與道路工程中所使用的金屬材料、非金屬制成品發生化學方應，致使這些材料或制成品的工程性能發生劣化，最終導致道路破壞。這類病害在道路工程中的表現為鋼筋銹蝕、混凝土或黏土制品粉化開裂，高等級路面結構損壞。

3 鹽漬土路基病害防治措施

3.1 環城路沿線鹽漬土分布情況

根據環城路場地巖土層的易溶鹽分析報告可知，本次勘察在探井內采用刻槽法采取擾動土試樣進行易溶鹽含量分析（見圖2）。

圖2 現場鹽漬土實景

試驗結果表明：

（1）在試驗的樣品中，易溶鹽總量一般介于2 630.0～41 167m g/k g之間，相應含量為0.23%～4.08%，以易溶鹽總量（S D）大于0.3%為鹽漬土與非鹽漬土劃分界限值，鹽漬土樣品數的約占95%～98%。

（2）鹽漬土樣品的易溶鹽平均總量（D T）一般為3 674～38 706 m g/k g，相應含量為0.31%～4.43%，絕大部分介于0.3%～2.0%之間，按照《公路工程地質勘察規范》（J T G C20-2011）劃分，屬中鹽漬土，各別地段介于2.0%～4.43%，屬強鹽漬土。

（4）按照溶解度原則及當量原則將陰陽離子進行配合，配鹽結果表明，鹽漬土中含鹽類型以硫酸鹽為主（鹽類以N a2S O4最高，M g S O4次之，C a S O4最低），氯鹽次之（主要為N a C l）。

3.2 鹽漬土的處理原則

從鹽漬土的工程特征來看，其主要影響來自于水的作用。因此采取有效合理的防水系統，不使路基受水浸蝕，在路基中采取適當的處理措施，確保路床0～80 c m處于干燥或中濕類型的穩定狀態，不受鹽分、水分的影響。在選擇處理措施時，應遵循以下原則：

（1）針對性：根據土基的含鹽性質、鹽漬化程度、當地工程地質、水文地質、地形和筑路材料等條件選擇不同的處理方法。

（2）經濟性：結合項目所處的地理環境選擇工程效果好且費用低的處理措施。

（3）便利性：結合項目施利條件及該地區施工單位的施工水平選擇施工便利且該地區常用的處理措施。

3.3 具體的處理辦法

3.3.1 控制路基填高法

路基填筑高度，應結合當地氣候特征、水文地質、土地鹽漬化程度、地下水毛細作用深度、鹽脹深度、凍脹深度以及公路等級等因素綜合確定。鹽漬土地區路基最小填高應符合表2的規定。

表2 鹽漬土地區路基最小高度[1]

提高路基填筑高度，可以減少進入路基上部的水分和鹽分，使上部路床受鹽漬影響較小，有效防止鹽脹，在排水不良或過濕地帶，一般采用該方法，有些鹽漬土地區，地下水位較高，為了使路基不受凍害和鹽漬化的影響，應控制路堤高度至不在鹽漬化的最小高度。環城南路第1合同段K0+000～K4+000段為潮濕路基，地下水位高，且該段落平均含鹽量介于1.0%～3.0%，屬中鹽漬土。設計采用了提高路基法，路基填高平均約3.0 m，由于該段落地下水位高，地表存在季節性積水，采取原地面超挖60 c m后采用片石換填，回填后在其頂面設置40 c m天然砂礫反濾層，保證路基狀態處于中濕以上。

該方法施工簡便是鹽漬土路基常用的處理措施。適用于沿線路基填料豐富的項目，但此方法工程用地面積較大。

3.3.2 設置隔斷層法

隔斷層法就是在路基某一層位設置一定厚度的隔斷層，其根本目的是隔斷水分和鹽分進入路基上部，防止路基發生鹽脹和翻漿等病害。隔斷層按期材料的透水性能可分為透水性隔斷層與不透水隔斷層兩大類。透水性隔斷層材料有礫（碎）石、砂、風積沙等；不透水隔斷層材料有復合土工膜、土工膜、瀝青砂等。設置隔斷層的路堤，路基最小高度可參照表2中高出地面高度取值。

環城北路第1合同段K1+400～K1+700段：地面下1.0m深度范圍內，地基土含鹽類型以氯鹽、亞氯鹽為主，平均含鹽量大于5.0%，屬強鹽漬土；環城北路第2合同段K17+600～K17+700段：地面下1.0 m深度范圍內，地基土含鹽類型以硫酸鹽、亞硫酸鹽為主，平均含鹽量大于2.0%，屬強鹽漬土；環城東路2標段K14+100～K16+000段，地面下1.0 m深度范圍內，地基土含鹽類型以硫酸鹽、亞硫酸鹽為主，平均含鹽量介于0.5%～1.0%，屬中鹽漬土。以上段落均采取在路床底鋪設兩布一膜復合土工布隔斷層，有效的控制了毛細水的上升，對防治鹽脹起到了作用，見圖3。

圖3 路基處理橫斷面

3.3.3 換填法

換填法一般應用在路基含鹽量超過規定的要求、路床過濕壓實度達不到要求或路基標高受限制的低填淺挖地段采用。換填材料宜選用礫類土或砂，要保證路床土質透水性良好，鹽漬化程度不應超過表1的規定。換填厚度應根據地質勘探資料確定。此法道路兩側應結合路基排水設計綜合考慮。斷面形式見圖4。

圖4 敞開式路塹橫斷面

環城北路第1合同段K9+500～K9+700段為挖方路段，在開挖至路槽后，路床頂為泛白鹽漬土，灑水后出現拱漲現象（見圖5），含鹽量高，屬于強鹽漬土。此段工程采用了換填法，挖除路床（0～80 c m）范圍內的鹽漬土，換填透水性好的非鹽漬礫石土，且斷面形式為設置隔斷層的敞開式路塹橫斷面形式。基本可消除鹽漬土危害。

圖5 路床頂鹽漬土實景

該法必須確保所換填的土質為非鹽漬土且滿足路基填料要求，挖除的鹽漬土不得堆放在路基坡腳處，應集中拉運至規定的棄土坑，以免發生次生鹽漬化。

3.3.4 改善路基排水條件

鹽漬土地區路基必須設置完善的縱、橫向排水設施。應結合當地農田排、灌系統綜合考慮，合理布設橋涵，做好邊溝、排水溝、截水溝和取土坑的相互配合設計，使水流暢通，自成體系，不影響路基穩定。

4 結語

根據五彩灣環城路的現場調查顯示，道路路面使用狀況良好，路基未出現鹽漬土病害，初步推測環城路所采取的鹽漬土路基處理措施得當，效果良好。后期需要對環城南路全線，環城西路南段，環城東路南段的路基沉降、路基穩定性、地下水動態、毛細水作用高度等項目進行觀測，以確定五彩灣鎮南部片區地下水對鹽漬土路堤的影響范圍。

提高路基高度法施工簡便，當附近滿足要求的填料較豐富時，可應用于弱中非硫酸鹽漬土段，但有時為了滿足防止次生鹽漬化的最小填筑高度時，會使路基臨空面增大，造成行車安全受到影響；換填法可改善路基土的特性，但挖（棄）方量大，借方量大處理困難，處理不當易發生次生鹽漬化，填料需嚴格控制，因多數情況下需遠運，成本較高；設置隔斷層法施工工藝簡單，效果好，施工速度快，且較經濟，鹽漬土地區已普遍使用。

準東地區鹽漬土分布廣泛，根據道路等級對路基的要求，結合鹽漬土地區的工程性質、鹽漬土含鹽類別及含鹽量對路基的影響程度和本地區施工環境條件、施工工期、筑路材料來源等因素，經技術經濟比較后提出最優鹽漬土路基處治方案。

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U416.1

B

1009-7716（2017）06-0072-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.020

2017-03-17

陸銀山（1986-），男，新疆昌吉人，工程師，從事路橋設計工作。