黄河冲积平原盐渍土对路基设计的影响研究

文 / 魏同军

引言

在地下水矿化度较高、蒸发作用较强的情况下，容易形成盐渍土，像内陆洼地、河岸漫滩、三角洲洼地等，都是盐渍土广泛分布的地区。黄河下游冲积平原的地表盐碱化情况较为严重，亚氯盐、硫酸盐、亚硫酸盐的含量明显偏高。在公路工程建设中，经常会遇到各种复杂特殊地质，盐渍土就是其中较为常见的一种。盐渍土存在的溶陷性、盐胀性等特点，会对路基造成严重破坏。因此在此类地质环境下进行公路工程施工，必须要提前做好路基设计，消除盐渍土的不良影响。结合盐渍土的形成原因及危害方式，路基设计思路主要有两种，一种是更换土壤，即挖出盐渍土，重新填筑良好土壤；另一种是设置隔断层，将盐渍土与路基隔离开来。

一、盐渍土的特性

（一）盐胀性

硫酸盐和一些较为常见的易溶盐相比，其膨胀性最强，硫酸盐的体积会在沉淀结晶时增大，脱水时减小。干旱地区昼夜温度差异极大，硫酸盐受到温度变化影响，体积变化过于频繁，导致土体疏松。而在冬季时，温度大幅度的下降，会有大量结晶产生，土体膨胀速度极快。正常情况下，含盐量小于2%时，膨胀不会产生较大危害，超出此范围时则会快速膨胀。碳酸盐的吸附性阳离子含量极大，和水相遇时会和胶体颗粒相互作用形成水薄膜，由此减弱土颗粒间的内聚力，土体也会随之膨胀。

（二）力学性质

含水量达到一定程度时，由于土粒中存在盐分，导致土粒间不断加大距离，内聚力也会不断减少，随之减弱土体强度。所以，潮湿状态下，土有越大的含盐量，强度则会越低。含盐量到某个状态之后，土中的水含量将会减少，盐分会陆续结晶，随之增加土的内聚力，强度和不含盐的同类土相比却是更高的。

（三）湿陷性和水稳性

盐渍土在遇水时极易出现膨胀的现象，而易溶盐和水接触时还极易溶解，受到溶蚀作用后的地基极易塌陷。某些地区盐渍土与黄土有着极为相似的结构，都存在湿陷性。

（四）压实性

水中有着越大的含盐量，密度也会不断减小，若含盐量达到某个状态时，将会不符合标准密度，土体也难以压实，继而出现沉降现象。

（五）有害毛细水

有害毛细水若上升，会使得地基土出现软化现象，土的强化若被降低，继而会导致冻胀、盐胀等病害的出现。土的矿物成分、粒度成分、水溶液温度、土颗粒排列等都是影响毛细水上升的关键因素。

二、盐渍土对公路路基的危害分析

（一）盐胀危害

盐渍土中含有大量的硫酸盐，当土壤温度降低时，硫酸盐会吸水结晶，体积增大，导致土体发生膨胀；当土壤温度升高后，硫酸盐又会因为脱水导致体积减小。在反复胀缩之后，土体变得十分松软。如果在盐渍土上进行公路建设，那么路基就会因为盐胀危害，导致承载力明显降低，出现路基沉降、路面开裂等问题。在我国北方地区，盐渍土的溶胀情况比较常见，这也是造成路基沉降、翻浆等质量病害的主要原因。

（二）溶陷危害

盐渍土中的硫酸盐、氯化物等都属于易溶于水的成分。在土壤比较干燥的情况下，以晶体形式存在，硬度较大，土壤整体强度较高；但是在降雨之后，这些成分遇水溶解，一方面是导致土体结构变得松散，压缩性增强；另一方面盐分随水流失，孔隙率上升。在这种地质上修建公路，当路面有车辆驶过，路基受到压力后沉降，路面也因为失去支撑而发生断裂的情况。

三、盐渍土环境下的路基设计

（一）工程概况

某公路工程位于黄河下游地区，全线长度104.4km。根据地质勘察结果，该地区表面土体以粉土、黏土为主，其中有35.8km为盐渍土路段（硫酸盐≥0.5%、氯盐≥1.0%）。为保障路基稳定，需要对路基进行优化设计。

（二）平面线形设计

结合地质勘察结果，明确该公路沿线盐渍土的分布范围，以及盐渍化程度和盐渍土的深度。在此基础上进行平面线形设计，对于穿过盐渍土边缘的，或者盐渍土零星分布区域，优先考虑更改线路走向，绕过盐渍土范围。如果线路穿过大范围的盐渍土分布区域，不能绕开的，则采取换填法或隔断法进行处理。

（三）盐渍土路基处理

1.基底处理

在盐渍土取样分析的基础上，可通过检测得到路堤基底和护坡道表层土的含盐量。如果实际含盐量超出容许含盐量，则需要将这部分盐渍土挖除。在确定开挖深度后，使用挖掘机与人工配合的作业模式。可首先利用机械开挖，在即将达到设计深度后替换成人工开挖，避免出现超挖的情况。基底处理时，注意以路基中线为基准，两侧做成倾斜5%的横向坡面，方便排水。基底开挖完毕后，利用工具完成底面、坡面的压实、平整处理，然后选择砾石回填，深度大约在50cm。使用小型压路机反复碾压3-5遍，保证回填密度。

2.路基填料

在基底填筑完成并压实以后，选择非盐渍土进行路基回填。优先考虑素土，如果公路工程附近没有可以选择的素土，也可以选择含水率、含盐率较低的粘土。本次工程中，路基设计深度为1.8m，除了路堤回填的50cm砾石，需要回填的非盐渍土厚度为130cm。

3.压实度控制

对于回填的路基材料，应将其压实以提高路基强度。由于回填料的厚度较大，为保证压实效果，本次工程中采取分层填筑、层层压实的方式。第一层为30cm，压实后再填筑第二层，填料厚度为50cm。重复上述步骤完成第三层的回填。三层填筑、压实后，检测填料实际厚度和路基设计厚度的差值，继续平铺填料保证压实之后路基高度能够达到标高值。要注意，每完成一层压实后，需要测量土体密实度，如果未达到标准，则需要增加1-2遍的碾压，确保路基土的密实度达标。

4.设置毛细水隔断层

在路基夯实处理的基础上，土壤中大部分毛细管被破坏，但是还有部分毛细管存在，为了彻底阻止毛细水升降导致地基土中盐分聚积，还应设置封闭型隔断层，起到双重保护效果。尤其是在一些低洼路段，设置毛细水隔断层尤为必要。理论上来说，隔断层应当位于路基深度的1/2处，但是在实际工程中可以根据地质条件、地下水位等因素，灵活进行调整。通常情况下位于路基深度的1/3-2/3处都能够起到预期的隔断效果。对于路基土体成分比较单一的地区，只选择风积砂或河砂隔断层即可；对于路基土体成分较为复杂，位于低洼处的路段，则考虑使用“两层夹一膜”的复合式隔断层。这样一来，对毛细水的阻断率可以达到100%，彻底解决了含盐地下水随着毛细管上升，在路基土壤中富集的问题。

5.路基防护措施

在盐渍土地质条件下进行公路路基施工，除了要做好路基本身的优化设计和施工处理外，还应重点关注路基边坡的防护设计。根据以往经验，公路边坡因为植被稀少，在夏季雨水较为集中的时节，边坡因为遭到雨水冲刷而出现水土流失的情况并不少见。随着土壤中养分大量流失，形成了盐渍土。而边坡的盐渍化，也会间接地影响路基土壤的化学成分，造成路基土的盐渍化。为避免此类问题，在公路工程建设中还要做好路堤边坡的优化设计。例如，降低路基边坡的坡度，或者在边坡表面撒播草种、栽植灌木，起到护坡、固土的作用。另外，栽种一些耐盐碱的植物，也能逐渐改良土壤，对降低边坡土壤的盐渍化程度也有积极效果。工程中应在路基边坡处进行了以下设计：对于边坡填土高度超过2.5m的地方，使用C30预制混凝土砌块在边坡上做网格防护；在砌块空心处填土并撒播草种进行绿化；对于边坡填土高度不足2.5m的地方，于坡面换填20cm的素土，并在素土上栽种灌木。

（四）盐渍土路基设计原则及注意事项

1.设计原则

在路基设计中，对于地表盐渍土应坚持以改良为主、更换为辅的设计原则。盐渍化程度较低的，可以在路基开挖之后，通过设置河砂与土工膜形成隔断层的方式，阻断毛细水，达到防止路基土盐渍化程度加深的效果。同时在道路两侧的边坡上栽种耐盐碱的植物，可以保证路基稳定。盐渍化程度较重的，基于路基安全性、稳定性考虑，要使用挖掘机将表层盐渍土挖除，然后重新用砾石、素土等回填并压实。同时设置隔断层，可以有效改良路基土质。除此之外，路基设计中还应坚持防治结合、预防为主的原则。做好路基排水设计，将雨水及时疏导、排出。

2.注意事项

在盐渍土路基设计中，为保证盐渍土的处理效果应注意以下事项：第一，前期的地质勘察能够为路基设计提供必要的参考，基于勘察资料，设计人员才能掌握公路沿线盐渍土的分布范围、深度以及盐渍化程度等基本信息，进而提高设计方案的科学性和可行性。第二，路基设计不仅要考虑路基加固效果，还要兼顾成本。

结语

我国黄河冲积平原地区因为地理条件、气候特点等原因，形成了大面积的盐渍土。在修建公路工程时，要认识盐渍土对路基稳定性的危害，进而采取针对性的路基设计方案，以消除盐渍土的不利影响，营造良好的路基施工条件。在开展前期调研的基础上，分别采取基底处理、路基填料、压实度控制、设置毛细水隔断层等措施，能够达到改良土质、加固地基的效果。