盐渍土的盐胀特性及公路病害处治技术
交通是经济发展的基础，各行业要发展，都离不开交通运输，而公路质量的好坏，直接影响着交通运输。然而，在新疆存在着重盐渍土和强盐渍土地区，土壤盐渍化是新疆高等级公路地基失效的主要方式，也是引起高等级公路破坏的主要原因，对公路工程建设的危害性很大，危害主要有两种：盐胀与盐溶蚀，其中公路盐胀病害较为严重。含有硫酸盐的盐渍土，降温时硫酸盐吸水结晶、体积增大、促使土体膨胀；温度升高时，硫酸盐又脱水，体积变小，致使土体疏松。盐胀主要随温度变化而发生体积变化，引起地表松胀，导致公路路基、路面变形破坏。盐胀使新疆公路路面每年都随季节产生不同程度的破坏，造成很大的经济浪费。
1、新疆盐渍土积盐特征及分布规律
新疆四周高山环绕，北部与东北为阿尔泰山，西南为帕米尔高原，西北为准噶尔盆地以西山地，南为昆仑山与阿尔金山，中部有天山横贯东西，天山以北为北疆，天山以南为南疆，形成“三山夹两盆” 封闭式的内陆盆地。
新疆远离海洋，因受海洋气流的影响很小，大陆性强，平原地区降水量少，日照强烈，蒸发旺盛，气候干燥。北疆属于温带干旱、半荒漠、荒漠气候，南疆属于暖温带极端干旱荒漠气候，全疆气温年差很大，夏季北疆一般在40℃ ～45℃ ，南疆在30℃ ～35℃。北疆平原区各地年降水量多在150 mm～200mm，南疆平原区都不足100mm，东南部大多在50mm以下。蒸发量：北疆各地多在1600mm～2000mm；南疆一般为2000mm～3000 mm。
在山区和各地内还有地形低凹，排水不畅通的小盆地与洼地。境内除额尔齐斯河外，都是内陆河，径流不出境外，盐分也只能在盆地内部重新分配。由山区含盐地层分化的成土母质，通过水流把盐分带到盆地，使地面水与地下水的矿物质逐渐增高，成为盆地与低洼土壤盐份的主要来源。新疆强烈蒸发的气候条件和地下水矿化度较高的水文地质条件是新疆土壤积盐严重的主要因素。另外，大量盐生植物和人类频繁破坏活动也加剧了土的盐渍化。
新疆盐渍土主要发育在河流冲积平原上。在地势低平地区分布有盐碱荒漠土和结皮盐土；沿天山南北两侧冲积扇边缘的泉水带分布的是盐化草甸土、盐化和沼泽荒漠土；天山以南盆地的洼地和塔里木河两岸分布的是盐化草甸土。在上述盐土分布区内也有碱土分布。盐土盐份较为复杂，以硫酸盐和氯化物为主。天山以北伊犁盆地的盐土以氯化物硫酸盐为主；天山以南和东部地区的盐土分别以硫酸盐和氯化物为主；各盆地洪积扇边缘的盐土以硫酸盐为主；南疆的盐土主要含有碳酸盐。全疆境内盐渍土大约有9．6万平方公里，约占全区总面积的6%。
2、盐渍土盐胀基本特征
2．1 盐胀机理
盐渍土的盐胀，是由于土中液态或粉末状的硫酸钠在外界条件变化时吸水结晶而产生体积膨胀所造成的。而促使硫酸钠结晶的这个外界条件主要是温度的变化，因为硫酸钠的溶解度对温度的变化非常敏感，如图1所示。
从图1中可以看出，硫酸钠在温度为32．4℃ 时，溶解度达到峰值，高于或低于这个数值，溶解度都将降低。当温度低于32．4℃ ，且温度是从高向低变化时，则不论溶解在水中的硫酸钠，还是以粉末状存在的硫酸钠，将有一部份吸收10个水分子而变成芒硝晶体，其分子式可表示为Na：SO ·10H O，此时体积增大；当温度从低向高变化或高于32．4℃时，晶体硫酸钠很快溶解于水或恢复到原来的粉末状态，体积相对缩小。
硫酸钠吸水结晶，体积增大值可以从下式求得：
由上述结果可知，结晶后的硫酸钠的体积为无水硫酸钠体积的3．1倍。
2．2 盐胀形成过程
（1）路基土盐胀的形成，是由土体内硫酸钠的迁移聚积、结晶体胀和土体膨胀三个过程的综合结果。土体硫酸钠的存在及迁移聚积是造成盐胀的物质基础。在自然地面下，由于蒸发强烈，盐份向地层表处聚积明显，而路基土因上面有路面材料覆盖，蒸发强度与自然地面相比大大减弱，盐水迁移除受地下毛细水上升影响外，低温作用是主要的迁移条件，因而路基土盐份聚积有其特殊的规律，积盐过程要靠多次降温才能实现。盐份的运动规律是由温度较高处向较低处迁移，迁移强度秩序土体中硫酸钠在降温中析水结晶并伴随体积膨胀是产生盐胀的根源。硫酸钠在微迁移过程中，会在土粒接触点产生聚积结晶，是导致盐胀剧增并引起土体变形破坏的关键。
（2）土层内硫酸盐溶液随温度的降低不断产生结晶，此时土体上下层间盐溶浓度出现浓度差，有了浓度梯度将加剧下层盐份向上层（冷端）迁移。但当降温速率较大时，结晶后剩余的盐溶液一时得不到下层盐分补给，冰点提高，在土体温度低于 后就可能产生结冰，冰晶体的存在，同样可引起土粒的位移，加剧土体变形。
2．3 影响盐溃土盐胀的主要因素
2．3．1 含量
当 含量<1%时，盐胀率均小于1%；当 含量>2%时，盐胀率随含量的增加而迅速增大。
2．3．2 NaC1含量
（1）由于NaC1对的盐折作用，能降低溶液中的浓度，从而可使盐胀率降低，且含量越高降低效果越显著。随着NaC1含量的增加，各种含量的盐土的盐胀率均趋于减小，但NaCl含量>5%以后效果不显著。
（2）NaCl还使含盐土的起胀温度降低，NaCl含量越高降低越多，但NaCl含量>5%以后效果不显著。
2．3．3
（1）在比值≤2的情况，随着比值的增大，盐胀率明显降低；比值在2～6，盐胀率无明显变化；比值>6以后，盐胀率随着比值的增大可能降低（含量为2%），也可能缓慢升高（含量为3%）。
（2）比值一定时，盐胀率随含量的增加而不断增大。
2．3．4 含水量
当含水量<6%时，无论含量为多少，盐胀率均小于1%；当含水量>6%时，盐胀率随含水量的增加而迅速增大，但有一峰值，超过此值后，含水量继续增加盐胀量反而减小。
2．3．5 温度
（1）起胀温度与含量有关，也与含水量和NaCl含量有关。含量大时起胀温度可提高，含量小时可降低，含量小而含水量又大时则可降低更多。
（2）降温速率对盐胀有显著影响。盐胀率与降温速率成幂函数关系，即盐胀率随降温速率的减小以幂函数增大。降温速率对盐胀率的影响还与土的密度和含量有关。在含盐量≤1%时，降温速率变化对盐胀率几乎没有影响，只当含盐量≥2%时，降温速率变化对盐胀率才有显著影响，而且随着含盐量的增大影响越来越大”
3、新疆盐渍土地区公路病害状况
新疆的公路交通布局是以国道干线为主。全疆主干线公路共有八条。盐渍土路段主要分布在218、217、216、312、314、315等线路内；约有925 km，占到总干线公路的1/10。
3．1 217线阿勒泰一库车
路线长1079km，穿过盐渍土地区路段106km。自乌尔禾（k301）至克拉玛依（k419），路基属盐渍土与戈壁间隔交叉状况，路面平整。从k419～k 525段，近几年大部分经过改造，但由于路基中含有过高的硫酸盐，部分路线因盐胀出现大面积鼓包、裂纹。
3．2 314线乌鲁木齐一红其拉浦
东起自治区首府乌鲁木齐，西至红其拉浦，全长1896 km，除k180～k230外全部为黑色路面，路线通过盐质土地区路段长约189km。其中，在焉耆盆地、k387～k415、k435～k444段，路基盐类以中或强硫酸盐、氯化物硫酸盐为主，局部地段有硫酸盐氯化物。由于路线穿过博斯腾湖边缘，该路段地下水位很高，某些低洼地带并有长期地表积水。路面破坏比较严重，主要病害有：盐胀导致路面鼓包、波浪、局部不均匀沉陷、严重纵向裂缝和坑槽；季节性翻浆致使路面出现弹簧、波浪、冒泥浆。
3．3 315线芒崖一喀什
路线全长1397km，所经地区大部分处于塔里木盆地南缘的干旱地区，受盐质土危害路段长162km。在若羌、且未至民丰一线，k646～k722和k836～k884段，路基土已强盐渍化，路面为砂砾面层，主要病害是大搓板。策勒、和田、墨玉一带，盐渍土被沙漠分隔成断断续续的块状，路线自k 1026～k1030、k1076～k1082、k1103～k1106、k1184～k1252就属于这种盐渍土与戈壁问隔交叉状况，该段地下水位较低，路面相对比较低，路面相对比较平整。在英吉沙附近k1675至k1683，由于土基中硫酸盐含量过大，地下水位较高，路面破坏比较严重。
4、公路盐胀病害防治措施
4．1 化学方法
研究者用灌人氯盐的办法来抑制硫酸盐渍土的盐胀，并发现当土中的时的比值增大到6倍以上时，抑制盐胀的效果最为显著。在硫酸盐渍土中参人氯盐之所以能减少盐胀，是因为硫酸钠在氯盐溶液中其溶解度随氯盐浓度增加而减小。
这种方法对治理硫酸盐渍土路基的病害很有效，灌注氯盐的方法有人工和机械两种，实践表明，人工灌氯化钙，经济效益最为显著。
4．2 隔断法
隔断法就是在路基某一层位设置一定厚度的隔断层，其根本目的是隔断毛细水的上升，防止水分和盐分进入路基上部，从而避免路基或路面遭受破坏。隔断层类型按采用材料有土工布（膜）隔断层、风积砂或河砂隔断层，砾（碎）石隔断层和沥青砂，油毛毡等隔断层。砾石和风积砂属透水性隔断层，只可隔断毛细水的上升。土工膜、沥青砂、油毛毡属于不透水性隔断层，可隔断下层毛细水和水蒸气上升。
新疆目前推行的，采用18丝厚的高压聚乙烯防渗膜，这是铺水渠或大坝隔墙的水工材料，选用此材料：一是当地生产，料源不缺，价格便宜；二是幅面宽5．5m～12．0m，可以按设计订货，铺盖路基全宽搭接少，施工方便，三是铺于路基顶以下80cm～100cm，其柔塑性好，拉伸率达300%，即使下部土盐胀也不会鼓破。它还具有抗老化、防腐蚀等性能。
4．3 换土垫层法
盐渍土地区地表的盐壳及其下的松土都不能承受路基的荷载．盐壳被路基掩埋后，如仍然在毛细水上升作用范围内，盐壳的含盐成份被逐渐溶解而变成很疏松的土，往往造成路基沉陷、路面破坏，而且在毛细水作用下，容易使路基再次盐渍化．因此地表盐壳及其上超过允许含盐量的土均应清除一般情况下是把有效盐胀深度范围内的盐渍土挖掉，用一定厚度的非盐渍土、灰土或砂砾料回填，可从根本上消除由于盐渍土造成的盐胀、塌陷等病害。
新疆奎赛高等级公路第八合同段k 395+000～k 403+200段，穿越盐生芦苇低洼地段，路堤平均高度为2．40m，原地基经钻探试验后，地质资料见表1。
由试验资料可见，该段地表盐渍土含盐量极高，而1m以下含盐量渐少，此段工程采用了换填法，设计为换填1．2m砾石土，基本上将盐渍土挖除，清除了危害。
4．4 提高法
提高法即提高路基填筑高度，以使上部路床受盐渍影响弱小。在绿洲境内排水不良过湿地带，一般采用该法。其优点是施工简单方便，缺点是填土过高，行车不甚安全且如果填料控制不严，易使土基次生盐渍化。
新疆奎赛高等级公路第六合同段k367+450～k369+750，k371+050～k373+500段，原地基盐渍化程度低，为氯盐弱盐渍土，表层含量为0．954，20cm深度处为0．556，50 cm深度处为0．223。设计采用了提高路基法，路基填高为4．1m。清表后即就近取用砾石土填筑，效果明显。
4．5 缓冲层法
缓冲层法是设一层一定厚度的不含砂的大粒径卵石，使盐胀变形得到缓冲，从而减小对路面的破坏作用，缓冲层的设计应满足两个基本要求，一是其强度要满足上部荷载的要求，二是缓冲层能基本消除盐胀变形。
4．6 增设护坡
增设护坡方法是运用某种材料做成防护坡，把路基边坡覆盖起来， 以防止边坡松胀和雨水淋溶冲刷等，同时象盖被子一样起到保持土体温度的作用。防护层的厚度要根据所选材料和当地气候条件而定，此法综合效果好且较为经济。
5、结语
随着西部大开发，盐渍土地区每年有大量的公路需要建设。以往许多修筑在盐渍土地区的道路由于设计标准低或在设计、施工处理不当，很多路段没有采取治理或治理不完善导致路基盐胀或湿陷，路面变形、开裂，有不少路段出现病害，不能很好地发挥效益。此外，在盐渍土地区还有大量修建年代比较早且病害严重的路段需要养护或改造。随着西部大开发，以往许多修筑在盐渍土地区的道路由于设计标准低，很多没有采取治理或治理不完善导致路基盐胀或湿陷，路面变形、开裂，需要进行整治，仅新疆每年就有上百公里路需要修建或改造。对新疆盐渍土盐胀的处理应根据场地工程地质条件结合公路工程特点，制定合理的处治原则，选择有效的处治措施。
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