鹽漬土地區(qū)路基處理與施工技術(shù)研究

朱嘉斌 魏文武

中交四公局第六工程有限公司 新疆 庫爾勒 841000

引言

新疆依若項目地處新疆維吾爾自治區(qū)若羌縣內(nèi),線路全長47.73km,沿線鹽漬土幾乎全線分部,鹽漬土類型及鹽漬化程度以亞硫酸～硫酸中鹽土為主,局部分部中鹽漬土,大部分鹽漬土均具有弱鹽漲,具有強腐蝕性。為掌握鹽漬土地區(qū)路基施工技術(shù),針對鹽漬土化學(xué)特性,介紹石灰改良、石灰粉煤灰改良,石灰、粉煤灰、水泥改良三種技術(shù)原理,依托本項目工程,介紹鹽漬土地區(qū)土壤改良施工技術(shù)與路基施工技術(shù)要點,并對改良前后土體、路基指標(biāo)進行檢測。研究結(jié)果表明：改良前鹽漬土力學(xué)性能不穩(wěn)定,易出現(xiàn)剪切破壞,經(jīng)石灰、粉煤灰、水泥改良后路基力學(xué)性能良好,滿足路用性能需求。

1 鹽漬土的主要特點

鹽漬土是土層鹽漬化過程的產(chǎn)物。在公路工程中,其主要是指在地表土層一定的厚度之內(nèi),易溶鹽含量＞0.3%的含鹽層。鹽漬土的這些特征對公路路基有很大程度的危害。

1.1 吸濕性 氯鹽的吸濕性和保濕性很強,所以用鹽漬土進行路基填筑,公路很容易吸水軟化,降低土壤的強度。當(dāng)路基的含鹽量過高的時候,鹽粒不能完全溶解,但當(dāng)土壤中還有大量水的時候,鹽粒又會被溶解,導(dǎo)致公路路基穩(wěn)定性變差。

1.2 膨脹性 堿性鹽漬土中通常還有許多陽離子,這些陽離子遇到水中的膠體物質(zhì)后產(chǎn)生反應(yīng),而這些膠體顆粒又會與泥土顆粒結(jié)合形成水膜,從而使泥土間的凝聚力降低,慢慢的泥土就會分離開,路基就會膨脹,影響路基的質(zhì)量。

1.3 侵蝕性和腐蝕性 公路工程的構(gòu)筑物中通常會使用一些鋼筋,而這些鋼筋在鹽漬土的作用下會變質(zhì),鹽漬土的侵蝕性和腐蝕性很大程度上影響了鋼筋的質(zhì)量,同時更會影響到公路路基的質(zhì)量。總之,鹽漬土不同于一般軟土,其中的各種性質(zhì)對建筑材料的腐蝕性較強,鹽漬土地基處理的材料與技術(shù)存在有一定的約束性。

2 鹽漬土路基改良措施

2.1 石灰改良 石灰中主要成分為氧化鈣,同時含有少量氧化鎂、硅酸鈣等物質(zhì)。在加入鹽漬土后產(chǎn)生吸附作用,伴有大量的物理化學(xué)反應(yīng),可改善土壤的性質(zhì),在初期表現(xiàn)為最大干密度減小,最佳含水量增加,塑性降低,在后期表現(xiàn)為在結(jié)晶作用影響下整體的結(jié)構(gòu)強度/耐久性及板體性增強。具體物理化學(xué)反應(yīng)如下：(1)水化反應(yīng)。氧化鈣與土壤中水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氫氧化鈣,其吸水發(fā)熱的過程降低了混合料中的含水量；(2)離子交換。在水化反應(yīng)后,鈣離子與鉀離子、鈉離子等發(fā)生交換,提升了土壤的內(nèi)聚力,減少比表面積,對緩解鹽漬土的膨脹性、粘附性、分散性,提高土體顆粒結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性大有幫助。(3)氫氧化鈣結(jié)晶與酸化反應(yīng)。氫氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣晶體,將土膠結(jié)為整體,提升土體水穩(wěn)定性,此外,氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng),生成碳酸鈣,其具有較高的強度與穩(wěn)定性,這是石灰改良后后期強度增長的主要原因。

2.2 石灰、粉煤灰改良 粉煤灰作為一種工業(yè)廢渣,若未得到合理的處理會環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著近年來綠色交通發(fā)展概念的深入,越來越多的科研工作者變廢為寶將粉煤灰應(yīng)用于路基建設(shè)中。粉煤灰經(jīng)高溫煅燒而成,其中主要成分Si與Al形成了大量活性成分。而其中Si的酸化反應(yīng)是二灰改良鹽漬土形成強度的重要過程,粉煤灰中含有大量的玻璃體,其在加水拌合后,玻璃體中的二氧化硅與氧化鋁水解,并且在堿性環(huán)境下與氫氧根、碳酸根離子相結(jié)合形成晶體氫氧化鈣與碳酸鈣,這種晶體具有較強的化學(xué)鍵,在土壤中形成網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu),隨著反應(yīng)過程的推進,水分逐漸蒸發(fā),晶體膠結(jié)脫水形成固體板結(jié)。研究表明：改良過程中,石灰與粉煤灰含量之比影響鹽漬土改良效果,二者質(zhì)量比宜為1∶2～1∶15,二灰土含量越高,鹽漬土改良后強度越高。

3 鹽漬土路基的處理方法

3.1 鹽漬土路基處理方法 鹽漬土地區(qū)的公路一般會以填筑路堤為主,路基的填筑高度會涉及到具體的水文地質(zhì)、氣候條件、鹽脹深度、鹽漬化程度、公路等級等因素。所以在建造過程中,要采用適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣呗坊鶑姸取＜訉捯桩a(chǎn)生不均勻沉降的地方,如果路基內(nèi)含鹽量超標(biāo),路基可能會處于飽和狀態(tài),導(dǎo)致路面的破壞。以去除鹽分、水分隔斷、加固路基路面結(jié)構(gòu)為主要原則,通過提高路基高度、填換砂礫、設(shè)置砂礫石隔斷層等處理方法進行施工。由于鹽分過多,導(dǎo)致鹽漬土路基具有鹽脹、腐蝕、溶陷、加重翻漿等工程病害。為了去除這些病害,可以通過換填法、浸水預(yù)溶法、化學(xué)處治法來解決。為了防止翻漿病害引起的路基浸水軟化主要采用水分隔斷,它能夠消除水分的影響,保持相對干燥的環(huán)境,從而加強路基強度。增強路基路面的穩(wěn)定性與強度可以通過結(jié)構(gòu)加固,采用強夯法、浸水預(yù)溶、擠密樁加固地基、半剛性基層、石灰穩(wěn)定土壤這五種方法。

3.2 加強路基防排水 (1)鹽漬土中鹽分晶體顆粒和土體顆粒共同形成鹽漬土的受力骨架。在水的作用下,鹽漬土的受力骨架很容易失穩(wěn)。路基的防排水可以有效地避免外界水侵蝕路基,從而保持路基內(nèi)干燥的穩(wěn)定環(huán)境。(2)新疆地區(qū)外界的水分來源主要依靠降水,降水主要分降雨和降雪兩種形式。

3.3 路肩防護措施 路肩防護的主要傷害不能被忽視。造成路肩傷害的主要原因是雨水沖蝕、鹽漬土的溶陷、加之行人車輛的踩踏破壞、鹽脹和腐蝕性等原因,在強化路肩,給路肩固土的過程中,常常使用泥結(jié)碎石作為路肩防護材料,當(dāng)泥結(jié)碎石路肩的寬度夠大時,土壤壓實度也會隨之增大。為了便于路面排水,常常會保持路面應(yīng)有的橫坡,但是還是要保持路肩與路面平順。公路施工的具體要求要根據(jù)具體情況定,尤其是對于鹽漬土地區(qū)而言,根據(jù)不同地區(qū)的不同地質(zhì)情況采取相應(yīng)的防護措施。有些情況下,需要在斜坡上施工,當(dāng)路基附近有積水情況出現(xiàn)時,要合理設(shè)置排水系統(tǒng),通過其進行排除,以避免路基可能受到的傷害。為防止鹽堿對混凝土的侵蝕,使用的混凝土由抗硫酸鹽水泥配制,然后用于小橋、涵洞等的構(gòu)筑物的修建,需要注意的是要在表面涂刷瀝青防腐層。不同地區(qū)的鹽漬土造成的道路病害情況是不同的,鹽漬土地區(qū)道路施工和該領(lǐng)域的深入研究面臨非常大的挑戰(zhàn),需要總結(jié)出具體的施工技術(shù)和鹽漬土路基的處理方法,以便能夠契合相應(yīng)工程實際的道路設(shè)計,但是要注意因地制宜,綜合考慮先進的作用機理,考慮熱力因素和水力因素,從多角度解決問題,深入研究病害情況。

結(jié)語

我國西部公路工程建設(shè)長期受鹽漬土的困擾,依托新疆依若項目工程,介紹鹽漬土地區(qū)土壤改良施工技術(shù)與路基施工技術(shù)要點,并對改良前后土體、路基指標(biāo)進行檢測。研究結(jié)果表明：改良前鹽漬土力學(xué)性能不穩(wěn)定,易出現(xiàn)剪切破壞,經(jīng)石灰、粉煤灰、水泥改良后路基力學(xué)性能良好,滿足路用性能需求。