西北地區(qū)鹽漬土路基化學(xué)處理方法探析

馬殷軍

摘要：鹽漬土對(duì)路基的性能有著非常不利的影響，因此路基鹽漬土病害的防治一直是備受關(guān)注的問(wèn)題。本文以西北地區(qū)某鐵路路基中的鹽漬土為背景，首先對(duì)比分析了當(dāng)前工程中常用的幾種鹽漬土的處理方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，提出了用化學(xué)方法對(duì)其中的硫酸鹽進(jìn)行改性處理，并從理論上對(duì)其可行性進(jìn)行了分析，進(jìn)而計(jì)算出了配制化學(xué)試劑所需要的各物理量，并對(duì)該鐵路路基中的土樣的易溶鹽分析結(jié)果進(jìn)行了初步的理論計(jì)算。本文的研究，對(duì)于西北地區(qū)鹽漬土的病害防治與控制具有一定的借鑒與指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：鐵路工程;鹽漬土路基;化學(xué)處理

中圖分類號(hào)：U215.2，U419.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

鹽漬土是對(duì)自然環(huán)境中堿土、鹽土以及諸多鹽性土質(zhì)和堿性土質(zhì)的綜合總稱，在公路工程的施工過(guò)程中，一般將地表高度下1.0m深的土層內(nèi)易溶鹽平均含量大于0.3%的土質(zhì)以及地表高度中易溶鹽含量大于0.5%的土質(zhì)稱之為鹽漬土，而在鐵路工程中一般指地表下1.0m 深的土層內(nèi)易溶鹽平均含量大于0.5%的土。鹽漬土的存在，對(duì)鐵路的穩(wěn)定性、耐久性有著非常不利的影響，會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)鹽脹、凍脹、翻漿、溶陷以及腐蝕等多種類型的病害。

鹽漬土的處理一直以來(lái)都是一個(gè)較為棘手的問(wèn)題，通過(guò)降低地下水位、設(shè)置隔斷層、強(qiáng)行夯實(shí)、浸水預(yù)溶等方法，雖然可以在一定程度上緩解鹽漬土的病害，但并不能從根本上解決問(wèn)題，只是暫時(shí)性的將問(wèn)題“儲(chǔ)存”在了下層的土體中。而土體的整體換填，雖然是一種

較為理想的解決方案，但是在面對(duì)長(zhǎng)線路、大體積的鹽漬土工程時(shí)候，土體換填會(huì)造成明顯的施工成本提升和工期延長(zhǎng)。因此，采用化學(xué)方法對(duì)鹽漬土進(jìn)行改性處理，在控制施工成本的同時(shí)，還能有效解決鹽漬土病害，是一種非常有效的方法。

2 常見(jiàn)鹽漬土處理方法

在導(dǎo)致鹽漬土地區(qū)道路病害的眾多因素中，含鹽量、水和土質(zhì)是主要因素，而且是可加以控制的，因此治理的關(guān)鍵是含鹽量、水及土質(zhì)，總體來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的工程采用的方法有：地下水位降低法、路基高度提升法、路基土體換填法、土體浸水預(yù)溶法、路基強(qiáng)行夯實(shí)法、路基隔層斷層法等[1-8]。

具體而言，地下水位降低法雖然效果較為明顯，但是并沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題，只是減緩了可能引起鹽漬土發(fā)生病害的影響程度，一旦積累到一定程度，鹽漬土的病害還是會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)。路基高度提升法雖然通過(guò)抬高路基高度降低了鹽漬土在路基中的高度，但并沒(méi)有徹底消除土體中的鹽分，積累到一定程度之后，病害仍然會(huì)出現(xiàn)。路基土體換填法由于對(duì)鹽漬土進(jìn)行了換填，故而理論上可以徹底的消除鹽漬土對(duì)路基的危害，但是考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，大面積的土體換填造價(jià)太高，往往會(huì)造成施工成本的明顯提升。土體浸水預(yù)溶法是與地下水位降低法和路基高度提升法類似，只是將上層土體中的鹽分通過(guò)一定的處理方法“儲(chǔ)存”到了下層土體之中，并不能從根本上解決問(wèn)題，僅僅是推遲了病害的出現(xiàn)。路基強(qiáng)行夯實(shí)法是當(dāng)前使用較為廣泛的一種鹽漬土路基病害處理方法。盡管如此，路基強(qiáng)夯仍然不能從根本上解決鹽漬土的隱患，只是推遲了鹽脹等危害的出現(xiàn)。隨著路基中地下水及地表水的作用，通過(guò)該方法壓縮到底層的鹽分仍然會(huì)逐漸進(jìn)入路基，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間之后，鹽漬土的危害仍然會(huì)出現(xiàn)。路基隔層斷層法阻斷了下層土體中鹽分的向上滲透，以及下層鹽漬土病害對(duì)上層土體的影響，對(duì)于隔斷層上面土體中的鹽分并未進(jìn)行有效的處理。

3 鹽漬土化學(xué)處理

本文以西北地區(qū)某鐵路路基為背景，從施工現(xiàn)場(chǎng)取部分土樣，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了易溶鹽分析，并得出了各易溶鹽的具體含量。然后，依據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行定性判斷，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.1 基本思路

由上述分析可知，目前大部分鹽漬土處理方法只是延緩了鹽漬土病害的出現(xiàn)，并未從根本上解決鹽漬土的危害。少部分方法雖然能夠從根本上解決問(wèn)題，但是由于其高昂的造價(jià)和較長(zhǎng)的工期，應(yīng)用到實(shí)際工程中均有一定的難度。因此，成本低、見(jiàn)效快的化學(xué)處理方法則具有較大的實(shí)用價(jià)值。

氯鹽漬土中的氯鹽具有強(qiáng)烈的吸濕性和保濕性，故而用氯鹽漬土填筑的路基，易吸水軟化，降低路基土體強(qiáng)度。且當(dāng)土體中Cl-和ClO2-的含量過(guò)高時(shí)，土體極易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的溶蝕現(xiàn)象。而當(dāng)土體中有較高濃度的硫酸鈉，尤其用硫酸鹽含量超過(guò)2%的鹽漬土填筑路基時(shí)，路基土體中的硫酸鹽則會(huì)由于溫度的變化而發(fā)生體積變化。經(jīng)過(guò)體積變化的反復(fù)作用，路基土體結(jié)構(gòu)便會(huì)遭到破壞，產(chǎn)生松脹，強(qiáng)度降低，影響路基穩(wěn)定。究其原因，主要是當(dāng)溫度達(dá)到32.4℃及以上時(shí)，土體中的硫酸鈉開(kāi)始脫水，體積縮小;而當(dāng)溫度低于32.4℃時(shí)，硫酸鈉便吸水結(jié)晶，體積開(kāi)始增大，在這種溫差的反復(fù)作用下，鹽漬土路基便會(huì)出現(xiàn)明顯的變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響路基的正常使用。因此，對(duì)鹽漬土用化學(xué)方法進(jìn)行改性處理，將其中易引起路基變形的硫酸鈉以沉淀的形式進(jìn)行改性處理，便顯得極為重要。

考慮到氯鹽漬土的吸濕性，對(duì)其進(jìn)行防水和排水處理即可達(dá)到鹽漬土治理的目的。因此，本文的研究重點(diǎn)是對(duì)氯鹽漬土中的硫酸鹽進(jìn)行改性處理，基本思路便是將不穩(wěn)定的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫酸鹽，進(jìn)而消除其對(duì)路基土體的影響。所謂不穩(wěn)定的硫酸鹽，即包括Na2SO4等化合物在內(nèi)的土體中的硫酸鹽分子，其極易與水分子結(jié)合，形成含有結(jié)晶水的硫酸鹽分子，從而使得其體積發(fā)生了較大的膨脹，而將這些易溶于水、易與水結(jié)合的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為難溶于水或微溶于水的CaSO4等化合物的過(guò)程，即為將不穩(wěn)定的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定硫酸鹽的過(guò)程。具體做法便是通過(guò)對(duì)土體中易溶鹽檢測(cè)結(jié)果的分析計(jì)算，有針對(duì)性地配制相應(yīng)濃度的氯化鈣溶液，使其與土體中的硫酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并最終將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的硫酸鹽，即微溶于水的硫酸鈣沉淀。

3.2 鹽漬土類型判定

2c（SO_4^（2-） ））比值，即氯離子濃度與2倍硫酸根離子濃度的比值來(lái)判定鹽漬土類型，其中離子濃度單位為mmol/0.1kg，根據(jù)本次土樣檢測(cè)結(jié)果，將其中單位轉(zhuǎn)化為規(guī)范要求單位之后，計(jì)算過(guò)程如下：

根據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GBT50942-2014）中3.0.4條的規(guī)定，當(dāng)鹽漬土層的平均含鹽量≥1.0%且<5.0%時(shí)，為中鹽漬土，本次測(cè)定的鹽漬土土樣中含鹽量為1.31%，故而本次所檢測(cè)的鹽漬土樣屬于中鹽漬土。

3.3 用CaCl2溶液處理時(shí)溶液的配制

通過(guò)上述理論分析與計(jì)算過(guò)程可知，本次所取的鹽漬土土樣屬于中鹽氯鹽漬土，且其中含有較高濃度的硫酸鹽，故而采用氯化鈣溶液對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性處理，并對(duì)其所需的溶液進(jìn)行了定量計(jì)算。

3.3.1 ?溶質(zhì)質(zhì)量計(jì)算

以下以氯鹽漬土中的Na2SO4處理時(shí)CaCl2溶液的配制為例，來(lái)說(shuō)明溶質(zhì)與溶劑質(zhì)量的計(jì)算方法。根據(jù)化學(xué)中計(jì)算理論可知：

SO_4^（2-）+〖Ca〗^（2+）=CaSO_4↓

在該離子反應(yīng)中，SO42-與Ca2+的消耗量是1：1，即每消耗1mol的SO42-就需要1mol的Ca2+來(lái)平衡，也就是該反應(yīng)中兩種離子消耗的物質(zhì)的量是相等的。

而本次土樣檢測(cè)中，每千克土樣中SO42-物質(zhì)的量為4.49mmol，即需要同等物質(zhì)的量的Ca2+來(lái)與之反應(yīng)。處理該土樣時(shí)，優(yōu)先選用CaCl2溶液。顯然，本反應(yīng)中CaCl2溶液中的溶質(zhì)CaCl2的物質(zhì)的量應(yīng)該與Ca2+保持一致。根據(jù)物質(zhì)的量計(jì)算公式：

3.3.2 ?溶劑質(zhì)量計(jì)算

研究結(jié)果表明，當(dāng)CaCl2溶液的濃度為2%時(shí)，其對(duì)于不同濃度、不同壓實(shí)度Na2SO4鹽漬土的鹽脹抑制效果最為明顯，也是其臨界值;因此，需配制濃度為2%的CaCl2溶液。溶液配制時(shí)溶劑的用量計(jì)算過(guò)程如下：

綜上，用2%的CaCl2溶液處理本次檢測(cè)的鹽漬土中的硫酸根離子時(shí)，每千克的土樣需要的溶液質(zhì)量為25.896g，其中溶質(zhì)CaCl2需要0.498g，溶劑水需要25.398g。

4 結(jié)論

采用CaCl2溶液對(duì)氯鹽漬土中的硫酸鹽進(jìn)行化學(xué)處理，并采用防水和排水的方式降低氯鹽對(duì)路基的影響，可以有效地解決鹽漬土的病害。但在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，還須根據(jù)路基土中鹽含量的不同確定不同的溶液量，以保證該化學(xué)方法能達(dá)到最佳的鹽漬土處理效果。

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