強(qiáng)干旱地區(qū)鹽漬土高速公路路基沉降與應(yīng)力測試

李澄宇 曹君

（1甘肅公航旅定臨高速公路管理有限公司，甘肅 定西 743000；2中鐵七局集團(tuán)路橋工程有限公司，陜西 寶雞 721000）

0 引言

鹽漬土[1]是指易溶鹽含量超過一定數(shù)量的土，是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱[2]。從主要國家常用的鹽漬土分類系統(tǒng)來看，雖然名稱不一，但將鹽漬土劃分出鹽土和堿土兩個(gè)土類，是一致的[3]。

京新高速臨河至白疙瘩段位于內(nèi)蒙古西部巴彥淖爾市和阿拉善盟境內(nèi)，區(qū)域?qū)俚湫偷谋睖貛Т箨懶愿珊禋夂騾^(qū)。年平均降水量35.2～99.0mm，日最大降水量21.9～44.0mm，降水主要集中于6～8 月，并多以暴雨形式降落。年蒸發(fā)量3136.6～4217.8mm，年最大蒸發(fā)量3598.1～4523.7mm。路基填土主要為砂類土，鹽漬化類型為亞氯鹽漬土和氯鹽漬土，鹽漬化程度為弱鹽漬土和中鹽漬土。對(duì)于不同的取土場，其最大干密度為1.94-2.25g·cm-3，平均最大干密度為2.04g·cm-3；鹽漬土在公路工程中，指的是地表下1.0m內(nèi)易溶鹽平均含量大于0.3%的土[4]。鹽漬土對(duì)公路工程的危害是巨大的[5]，主要體現(xiàn)在鹽脹、溶陷、變形、翻漿和侵蝕等方面[6]。

鹽漬土地區(qū)常規(guī)的地基處理方法有浸水預(yù)溶法、強(qiáng)夯法、鹽化處理方法、樁基及復(fù)合地基法[7]。在現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）中，鹽漬土地段路基設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于加強(qiáng)路基隔斷層、路基填料的控制、基底處理等方面。

1 鹽漬土路基的病害

當(dāng)鹽漬土作為路基基底及填料時(shí)，由于鹽漬土特殊的工程性質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)路基屢屢產(chǎn)生工程病害。主要病害有溶陷、開裂翻漿、鹽脹、路基的次生鹽漬化、腐蝕。

1.1 溶陷

溶陷是氯化物鹽漬土地區(qū)道路的主要病害之一[8]。它是由于道路鹽漬土路基或結(jié)構(gòu)層在雨水或者地下水的作用下，鹽分融解，并被水分帶走，導(dǎo)致路基內(nèi)部的孔隙率增大、整體穩(wěn)定性下降，在荷載作用下，路基或結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)了沉降、空洞等破壞，由此給行車帶來隱患。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，路段內(nèi)所涉河流主要為黑河下游分支額濟(jì)納東河，及東河分支班布爾河及納林河等，有極大的可能會(huì)引起該病害的發(fā)生。

圖1 東河

圖2 班布爾河

1.2 開裂翻漿

這類病害在氯鹽漬土地區(qū)較多，在雨季或者春融時(shí)期，由于雨水作用及春融時(shí)期地下水位上升使得路基上層含水量過大，強(qiáng)度急劇下降，在行車作用下，路面出現(xiàn)不均勻起伏、松軟或破裂冒漿等現(xiàn)象[8]。使道路表面泥濘、濕滑，影響車輛正常運(yùn)營，如圖3、圖4所示。

圖3 路面開裂

圖4 路面翻漿

1.3 鹽脹

由于因碳酸鹽具有遇水膨脹的特點(diǎn)，所以用碳酸鹽鹽漬土填筑的路堤，當(dāng)浸水或淋溶時(shí)，土體將很快地轉(zhuǎn)變成具有顯著親水性的柱狀堿土，而這種堿土塑性較強(qiáng)，滲透系數(shù)小，往往會(huì)造成邊坡溜塌，路肩泥濘等病害。

1.4 路基的次生鹽漬化

路基的次生鹽漬化是由于鹽漬土地區(qū)的地下水中含有較多的易溶鹽類，通過毛細(xì)管作用水分上升，如果路堤沒有足夠的高度，則毛細(xì)管水就蒸發(fā)，鹽留于土中，時(shí)間長了填土中的含鹽量逐漸積累增大而變成了鹽漬土。路基的次生鹽漬化嚴(yán)重影響路堤的密實(shí)度及穩(wěn)定性，致使路基產(chǎn)生病害。

1.5 腐蝕

鹽漬土的腐蝕在公路工程中主要是針對(duì)公路結(jié)構(gòu)物中的鋼筋、具有特殊作用的復(fù)合材料及路面結(jié)構(gòu)層。

2 土壓力測試

對(duì)鹽漬土地基進(jìn)行處理，設(shè)置了兩種地基處理方式：兩布一膜隔斷層和砂礫碎石隔斷層。為了驗(yàn)證鹽漬土改良和地基處理的有效性，分別對(duì)兩種地基處理方式路基斷面的沉降和應(yīng)力做了測量，分析鹽脹、溶陷等對(duì)路基穩(wěn)定性的影響大小。

測試位置如圖5所示。分別在K505+600和K518+200斷面布置壓力盒，每個(gè)斷面沿深度方向埋設(shè)2排土壓力盒，第一排土壓力盒位于距路基頂面下0.3m處，第二排土壓力盒在隔斷層以下0.5m，每排3個(gè)土壓力盒，分別位于線路中心和兩側(cè)路肩處。

圖5 壓力盒布置示意圖

本次測量采用的是正弦式土壓力盒，采用正弦頻率讀數(shù)儀完成，測量完成后，記錄傳感器的頻率值、溫度值、儀器編號(hào)、設(shè)計(jì)編號(hào)和測量時(shí)間。

振弦式土壓力的計(jì)算見公式（1）：

式中：

P—被測土壓力計(jì)所受的力（MPa）；

K—土壓力計(jì)的靈敏度系數(shù)（MPa/Hz2）；

f0—土壓力計(jì)的初始頻率值；

fi—土壓力計(jì)工作頻率值。

圖6 土壓力盒現(xiàn)場埋設(shè)

圖7 斷面K505+600路基自重應(yīng)力

圖8 斷面K518+200路基自重應(yīng)力

3 沉降變形測試

在斷面K504+900和K519+500處設(shè)置沉降觀測樁，沉降觀測樁的布置如圖9所示，分別為采用土工布隔斷層和砂礫隔斷層的兩路基斷面，沉降觀測樁位于路基頂面，觀測分析各測點(diǎn)沉降變形隨時(shí)間的變化規(guī)律；比較不同斷面相同位置沉降變形的區(qū)別，驗(yàn)證鹽漬土?xí)A鹽脹性、溶陷性、腐蝕性在路基沉降過程中的影響。

圖9 沉降觀測樁布置示意圖

圖10 斷面K504+900路基頂面沉降隨時(shí)間的變化

圖11 斷面K519+500路基頂面沉降時(shí)間的變化

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，可以得到以下結(jié)論：

1）采用兩種地基處理方法作為隔斷層時(shí)，隨著路基填土的增加，路基內(nèi)部的自重土應(yīng)力呈增加的趨勢(shì)；兩種隔斷層在路基同一高度下，其自重應(yīng)力相差不大且與理論計(jì)算相同位置處的自重應(yīng)力偏差很小，從側(cè)面反映了路基沒有發(fā)生鹽脹、溶陷、腐蝕等現(xiàn)象。

2）在路基填筑完成后，對(duì)兩個(gè)斷面進(jìn)行了為期120天的沉降觀測，發(fā)現(xiàn)路基變形很快達(dá)到穩(wěn)定且變形量極小。由此可以推斷出經(jīng)過兩種地基處理方法后，路基沒有發(fā)生鹽脹、溶陷現(xiàn)象。