高速公路鹽漬土地基的常見病害及防治處理

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

一、引言

鹽土從本質(zhì)上講是指鹽堿化的各種類型土壤的總稱，包括鹽堿土[1]。與普通土不同，鹽水土壤中易溶鹽的大量存在時，會導致嚴重的工程危害，如鹽脹、化學物理腐蝕、溶陷等。

二、常見工程災害

(一)鹽脹松脹

當環(huán)境溫度非常低時，深層土壤中的硫酸鹽在硫酸鹽土壤中水合并結(jié)晶。地基土鹽脹會導致路面不平坦，膨脹甚至開裂。當環(huán)境溫度升高時，結(jié)晶重溶體積又回縮。因此，在晝夜溫差大的地方，地基土反復膨脹會導致路肩和路坡原有土體結(jié)構(gòu)的破壞。土壤松散或多孔，其抗風蝕能力也變差[2]。

(二)路面腐蝕

鹽漬土中有著大量的易溶鹽，致使鹽漬土產(chǎn)生強烈的腐蝕性，對路面結(jié)構(gòu)起到腐蝕的作用，降低其穩(wěn)定性和安全性，有著極大的工程危害。根據(jù)腐蝕的機理可分為兩類，一類是物理腐蝕，鹽水通過毛細現(xiàn)象進入路面結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，當氣溫比較干燥水分蒸發(fā)后，積累在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鹽分結(jié)晶膨脹，給了路面結(jié)構(gòu)很大的結(jié)晶壓力。另一類是化學腐蝕[2]，水鹽的熱運動將會導致鹽分在路面板下的積累，并在長期的接觸及外界條件下，路面板中一些物質(zhì)被溶解，一些物質(zhì)發(fā)生化學反應，隨之產(chǎn)生一些體積很大的難溶物，給了路面結(jié)構(gòu)很大的膨脹應力，當應力過大時，路面結(jié)構(gòu)會隨著物理腐蝕引起的晶體應力一起破壞。

(三)翻漿凍脹

鹽漬土主要分布在西北等寒冷地區(qū)，無鹽水的冰點高于咸水。當冬季到來，溫度下降到鹽水冰點時，鹽漬土將凍結(jié)，如果路基凍結(jié)，水將從高溫土壤滲透到低溫土壤，這導致積聚在多冰層附近的水。水來自地下水，并隨著毛管水的作用而上升。凍結(jié)后，冰粒和冰層的體積有所不同，從而不能容納土壤原有的孔隙和水量，即凍脹現(xiàn)象。當天氣變暖時，上層的冰顆粒先融化，下層的冰顆粒不融化，上層的水不能流入下層，這將導致上部土壤含水量超過極限，出現(xiàn)振動荷載，最終導致路基翻漿，路面泥濘和凹凸不平。

(四)次生鹽漬化

次生鹽漬化也實是再鹽漬化，本身不是工程地質(zhì)災害，但可以促進鹽漬土的其他工程地質(zhì)病害[3]，如：翻漿，鹽脹和凍脹等。上升的毛細管水是再鹽漬化的根本原因。而鹽漬土壤中毛細水的上涌有兩種形式：

1.由毛細水和地下水的表面壓力引起的毛管水運動。

2.土隙中有不同的溶液，它們的溶度不同的滲透壓力梯度造成的礦化水滲透運動。

可以看出，向上移動的毛管水屬于高鹽度水(飽和鹽溶液)。當毛管水上升高度大于路基填充層的厚度時，由于表面的強烈蒸發(fā)，毛細管中的水將進入大氣。水溶液變少，并會在路基上留下鹽晶。這將使路基填土形成一種嚴重的鹽漬土并發(fā)展成為一個地表巖殼。巖殼的出現(xiàn)會使鹽漬化進程結(jié)束，因為巖殼會對毛管水有隔斷作用。

三、處理措施

鹽漬土路基病害具有特殊性，病害無規(guī)律，不以單一方式發(fā)生。對于鹽漬土地區(qū)地基的潛在病害，必須采取預防措施。預防措施分為設計階段的預防及施工階段的預防措施。對于施工階段的預防來說，有以下4種方法推薦使用：強夯法，沖擊碾壓法，振動浸沒碎石樁復合地基，換填墊層法。

(一)強夯法

強夯法是將重達100～400KN的重錘從接近30m的高空下落下，對地基產(chǎn)生沖撞和強烈震動，使地基土壤壓實，振密，從而增強地基的承載力，提高穩(wěn)定性，消除土的濕陷性。這種方法設備相對簡單，施工比較方便，經(jīng)濟適用，節(jié)約材料。對于非飽和鹽漬土基，這種方法可排除土體中的微小氣泡，減小空隙，密實土體。而對于是重鹵水的孔隙水，這種方法是非常緩慢且困難的。

(二)沖擊碾壓法

沖擊式碾壓機是利用沖擊式夯實基礎(chǔ)，這是一種聯(lián)合摩擦和沖擊壓實的方法。采用這種方法，礫石墊層壓實可以在軟土地基表面形成地殼，應力的傳遞良好，地基整體性的較好，增加地基承載力。沖擊碾壓法具有施工方便、效率高等優(yōu)點，受氣候的影響較小、成本低、建設周期短、適合于大面積的地面處理。但是，這種方法有效處置深度較低，牽引設備的要求也較高。

(三)振動沉管礫石樁復合地基

振動沉管礫石樁系指將礫石等物質(zhì)壓入土壤孔隙成為致密樁。與土壤結(jié)合，基礎(chǔ)整體性好，基礎(chǔ)承載力也有所提高。

固液相鹽漬土中含有可溶性鹽，增加了土壤內(nèi)部的內(nèi)聚力。降低土壤的敏感性有利于碎石樁的施工，碎石樁堆砌后，并在短時間內(nèi)恢復強度，增加碎石樁的承載力。

當?shù)叵滤疁\且鹽土類型為氯鹽土時，混凝土材料將受到地下水和鹽漬土的強烈侵蝕。這兩種腐蝕源對砂礫材料的影響相對較小，而且這種方法可以不經(jīng)防腐處理使用。

當鹽漬土地區(qū)日照時間較長，有利于鹽湖區(qū)鹽溶液蒸發(fā)結(jié)晶，造成鹽脹。這會增加土壤緊實度和碎石樁強度，從而增加了碎石樁的承載能力。

(四)換填墊層法

挖掘松軟的表土和貧瘠的土壤，分層壓實或滾動換填材料。墊層換填材料一般可分為沙墊層，礫石墊層，砂墊層，干渣墊層，土墊層和石灰墊層。更換墊層法不僅可以增加承重層的承載能力，減少路基的沉降，消除土壤的膨脹。它可以防止土壤凍結(jié)，提高土壤的抗液化能力。平板振動和機械壓實通常用于施工。

四、結(jié)語

外部條件的改變，使鹽漬土內(nèi)部元素產(chǎn)生了相互作用，這個作用涉及到了熱學，力學和化學的原理，是一個綜合復雜的領(lǐng)域。鹽漬土路基病害具有特殊性，病害無規(guī)律，不以單一方式發(fā)生。對于鹽漬土地區(qū)地基的潛在病害，必須采取預防措施。通過筆者的淺析，認為在強過鹽漬土地區(qū)運用強夯法、沖擊碾壓法、振動沉管礫石樁復合地基等處理是比較合理的，希冀為相似鹽漬土地區(qū)高等級公路的鹽漬土地基處理提供參考借鑒。