新疆特殊地区公路的盐渍土道路病害

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：青海、新疆等内陆盐渍土地区道路调查表明，盐渍土盐胀是盐渍土地区道路主要病害之一。新疆曾对全疆盐渍土地区干线公路路况进行了较全面考察，结果表明，在高地下水位地段，路面破坏比较严重，季节性翻浆为主要病害之一。盐渍土翻浆问题也是甘肃酒泉地区公路上的首要病害。图2.5盐渍土路面病害图2.6溶陷图2.7孔洞具有

1.盐渍土的工程特性

盐渍土是一种土层内含有石膏、芒硝、岩盐（硫酸盐或氯化物）等易溶盐且其含量大于0.3% 的土。盐渍土具有与一般土不同的物理和工程特点：

（1）盐渍土的三相组成与一般土不同，液相中含有盐溶液，固相中含有结晶盐，尤其是易溶的结晶盐。这些相的转变对土的大部分物理指标均有影响，因而，测定非盐渍土物理性质指标的常规土工试验方法对盐渍土完全不适用，对土的颗粒分析、塑限和液限试验结果以及重度、含水量等给出的不正确的评价，会导致对土的名称和状态等的错误判断。

（2）盐渍土中的盐遇水溶解后，土的物理和力学性质指标均会发生变化，其强度会发生变化，其强度指标明显降低，所以盐渍土地基不能同一般的地基一样只考虑天然条件下的原始物理和力学性质指标。

（3）盐渍土地基浸水后，因盐溶解而产生地基溶陷。地基溶陷量的大小主要取决于易溶盐的性质、含量及分布形态；取决于盐渍土的类别、原始结构状态和土层厚度；取决于浸水量、浸水时间和方式；取决于渗透方式和土的渗透性等。

（4）某些盐渍土（如含硫酸钠的土）地基，在温度或湿度变化时，会产生体积膨胀，对建筑和地面设施造成危害。这种由于盐胀引起的地基变形的大小，取决于土中硫酸钠含量的多少以及土中温度与湿度的大小。

（5）盐渍土中的盐溶液会导致建筑物和地下设施的材料腐蚀。腐蚀程度取决于材料的性质和状态以及盐溶液的浓度等。由于盐渍土特殊的工程性质，导致公路地质灾害屡屡发生，盐渍土与岩盐公路的主要病害有盐胀、松散、裂缝、沉陷和降水后发生淋溶而泥泞，造成路面坎坷不平。

2.主要道路病害

盐渍土对工程建设的危害是多方面的，据不完全统计，每年因此造成的直接经济损失高达上亿元。盐渍土地基对工程的危害主要是由其浸水后的溶陷、含硫酸盐地基的盐胀和盐渍土地基对基础和其他地下建筑的腐蚀造成的。此外，在盐渍土地区所用的工程材料（如砂、石、土等）和施工用水中，常含过量的盐类，也造成了对工程建设的危害。

我国盐渍土分布较广，各地盐渍土的成因、组成和特征都有明显特点，因此，不同地区盐渍土的危害表现有所不同。如地下水位较高的盐湖和滨海地区，其危害表现为对基础和地下设施的腐蚀作用；而对地下水位埋藏较深的干旱地区，地基的溶陷性较明显，而腐蚀现象并不严重；以含硫酸盐为主的盐渍土地区，其盐胀性造成的危害较大。

对于公路工程来说，盐渍土造成的主要病害是：盐胀使路基路面开裂，路肩及边坡松散剥蚀；受水浸湿时，路基强度与稳定性急剧降低，发生溶陷变形；加剧路基的冻胀与翻浆；对水泥、沥青、钢材等材料有侵蚀作用。这些病害通常在老路上表现得更为突出，且这些病害造成的破坏常常是不可恢复的，一旦发生，防治就很困难。

（1）盐胀使路基路面开裂，路肩及边坡松散剥蚀。

路基土盐胀的形成，是土体内硫酸钠迁移聚积、结晶体胀和土体膨胀三个过程的综合结果，是由于土中液态或粉末状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。土体中硫酸钠的存在及迁移聚积是造成盐胀的物质基础。土体内毛细水上升、水汽蒸发和低温作用是促使盐水向上迁移聚积的基本条件。

硫酸盐渍土的盐胀与一般膨胀土的膨胀不同，一般膨胀土的膨胀主要是由于土中含有的强亲水性黏土矿物吸水后导致土体膨胀，而硫酸盐渍土的盐胀则是结晶膨胀，是指盐渍土因温度降低或失去水分后，溶于土孔隙中的盐分浓缩并析出结晶所产生的体积膨胀。

青海、新疆等内陆盐渍土地区道路调查表明，盐渍土盐胀是盐渍土地区道路主要病害之一。其对道路的破坏形式主要表现在：路肩及边坡松散剥蚀，路面产生不均匀变形，形成波浪、鼓包，使路面的平整度严重下降。因盐胀的反复作用，促使路基土体的结构遭到破坏，引起路基整体强度和稳定性下降，产生不均匀沉陷。这种现象在路基含盐量大的路段，表现得尤为突出。盐胀导致的不均匀变形使路面开裂，经行车辗压，加速路面破坏。

（2）易溶盐的存在加剧了路基的冻胀与翻浆。

当温度长时间停留在 0 °C 左右时，土基表面的土开始冻结。若未冻区有充分的水供给时，水分发生连续向冻结线的迁移，使土基上部聚集大量水分，温度继续下降时，土基上部将会形成冻胀。当土基的含盐量在一定范围内时，由于冰点降低、水分聚流时间延长，可加重冻胀。

传统意义上的翻浆定义，是指在寒冷地区天暖解冻时，路面下的冻土开始融化，使路基土层饱水软化，在行车作用下造成路面破裂，从裂缝中冒出泥浆的现象。这种翻浆也称为冻融翻浆，是季节性冰冻地区的主要病害之一。对非冰冻地区，在路基低洼受地下水、地面水的影响，或者由于路面水排水不畅、地面水泄漏等，都可能使路基土壤含水量过大，路面整体强度减弱，从而导致与冻融翻浆相同的路面损坏。对以上两种翻浆分析可知，翻浆是由于土质、温度和水3个自然因素和荷载的共同作用形成的。

盐渍土地区既具有一般公路翻浆的共性，又有自身的特点。在干燥状态时，盐类呈晶体状，地基土有较高的强度，但盐类浸水易溶解，呈液态后土的强度降低，压缩性增大。含盐量愈多，土的液塑限愈低，则可在较小的含水量时达到液性状态，抗剪强度降低到近于零。同时，氯化盐土有明显的保湿性，从而使土壤长期处于潮湿、饱和状态，易产生“液化”现象。硫酸盐渍土春融时结晶体脱水也可以加重翻浆的作用。可见易溶盐的存在使盐渍土翻浆更容易形成。

新疆曾对全疆盐渍土地区干线公路路况进行了较全面考察，结果表明，在高地下水位地段，路面破坏比较严重，季节性翻浆为主要病害之一。盐渍土翻浆问题也是甘肃酒泉地区公路上的首要病害。根据路面变形、破坏程度的不同可分为轻型（路面龟裂、湿润、轻微弹簧、不影响行车）、中型（大片裂纹、路面松散、局部鼓包、车辙较浅）、重型（严重变形、翻浆冒泥、车辙较深、行车困难）3级，并以轻型和中型居多。

（3）受水浸湿时，路基强度与稳定性急剧降低，发生溶陷变形。

湿（溶）陷是氯化物盐渍土地区道路的主要病害之一。它是由于道路盐渍土地基或结构层在淡水作用下，盐分溶解并被水分带走，导致土体强度逐渐丧失，在荷载或自重的作用下，盐渍土地基或结构层出现沉陷、孔洞等破坏（图2.5～图2.7），并逐渐反映至面层。

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图2.5　盐渍土路面病害

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图2.6　溶陷

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图2.7　孔洞

具有溶陷性的盐渍土地基一旦浸水后，因土中的可溶盐的溶解，结构强度的丧失，使地基承载力下降并产生较大的沉降，不均匀的浸水导致不均匀的地基沉降，导致建筑物的开裂和破坏。另外，地基溶陷变形的速度很快，如在砂类土中，浸水一昼夜基础下降20cm，这就更加加重了对建筑物的危害。

（4）盐分对水泥、沥青、钢材等材料有侵蚀作用。

含盐地层的腐蚀可以分为物理腐蚀、化学腐蚀以及电化学腐蚀等。盐渍土中 NaCl、Na2SO4等盐类的腐蚀作用能使混凝土构造物、金属物等道路设施产生麻面和疏松等类型的损坏。

盐渍土地区的道路工程受腐蚀的危害相当普遍。研究分析表明，构造物因腐蚀而破坏的原因来自两方面：一是液相盐溶液和含盐的地下水，通过毛细作用或直接浸入基础、管、沟的地下设施内，造成的盐胀物理腐蚀和直接与建筑材料发生化学反应；二是建筑材料中含有盐类，遇水后因温度、湿度的变化，在材料内盐结晶产生很大的内应力，造成破坏。腐蚀不仅对建筑物，而且对埋入盐渍土中的其他设施的危害更大，例如新疆的克拉玛依地区的钢筋混凝土电线杆，曾大量因腐蚀而报废，又如预应力钢筋混凝土大直径输水线路，也曾遭到严重破坏，造成巨大的经济损失。

3.改建道路常见病害

盐渍土地区改建道路，早期破损出现较快且发展迅速。新疆 S310、S215 等改建道路在完工当年的冬季就出现裂缝，采用切除破损路面加铺玻纤格栅等方法处治并未取得较好效果，处治后的路面在原位置重新出现裂缝。

改建道路路面早期破损通常以纵向裂缝为主，裂缝宽度约为 10～30 mm，严重开裂可达 60～70 mm，长度一般为10～15 m，有的达40～50 m，甚至个别达到50 m以上，深度可达1.2～1.4 m。路面裂缝主要出现在利用老路一侧，大致集中在老路中线左右 2 m 以内，成纵向规则分布。新疆改建道路 S310 线基本为左侧路基加宽，由原地面起用沙砾料填筑路基 1 m 左右，铺设土工布后再做路面结构。右侧利用老路，直接在路面上铺设土工布后做路面结构，部分路段（如 K91～K93）挖除了老路破损严重的路面。路面裂缝就是出现在利用老路一侧，且向路肩延伸。

路拱变形（图2.8）也是改建道路的病害之一。新疆S215线纵向平整度经3 m直尺检查基本符合要求，但路面的横向路拱并不符合要求。两侧路肩受盐胀和冻胀而抬高，导致路肩处面层与基层脱离，路面拱成W形，造成排水不畅，路面积水下渗亦会加速道路破损。

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图2.8　路面翘曲

新疆S310线在挖探坑至两布一膜土工布时，发现土工布已绷紧，裂缝（图 2.9）在老路沙砾层上亦可以清晰的看出来，直至新路面裂缝。新老路面结构上的裂缝基本是贯通的，裂缝穿过新路油面层、水稳层、底基层（级配沙砾）、老路油面层、老路基层（级配沙砾）于老路土基内消失，裂缝呈上宽下窄的张开裂缝。多处早期破损严重路段的挖探表明，路面裂缝具有老路裂缝的延续性。

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图2.9　纵缝剖面

新疆特殊地区公路的盐渍土道路病害

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