盐渍土地区水泥稳定碎石基层沥青路面拱胀原因调查分析

邹新华、胡进军、王志成、马坤

（中煤新疆天河工程建设有限公司，新疆图木舒克 843900）

0 引言

我国是一个盐碱地多发的国家，其中新疆南疆地区盐碱化程度较重，盐渍土分布广泛。公路作为基础设施建设中重要的交通工程，其建设质量和使用寿命直接关系到地区经济、社会发展以及人民出行的便利程度。然而，盐渍土地区的路面施工存在一些问题，如水泥稳定碎石基层沥青路面拱胀现象，影响道路的正常使用。因此，本研究以新疆南疆地区某公路项目为例，探讨水泥稳定碎石基层与面层结合方式，分析拱胀现象的原因，并提出相应的治理对策，对于今后在盐渍土地区开展公路建设具有一定的参考价值。

1 盐渍土地区水泥稳定碎石基层沥青路面拱胀原因分析

1.1 水泥稳定碎石基层的影响因素

水泥稳定碎石基层主要是采用级配瓦砾作为骨料，通过调整相应量的胶凝材料和灰泥体积来填补骨材间隙，再根据嵌挤理论平摊并压实。水泥稳定碎石基层的形成机理如图1 所示[1]。水泥稳定碎石基层施工质量较差的主要原因是缺乏完善的检验手段，在规范中没有进行施工强度评定，导致室内试验强度并不符合要求，返工也较多。

图1 水泥稳定碎石基层的形成原理

1.2 盐胀引起的水稳层应力变化

盐渍土路基盐胀力主要是在周围气象转变造成的温度骤减，然后土中硫酸钠在吸收≥10 个水分子结晶析出之后，使得整个土体体积逐渐膨胀，造成盐渍土路面开裂。当硫酸钠转变成固相芒硝（Na2SO4·10H2O）晶体后，盐渍土中的盐胀特征会更加明显。随着气温的下降和盐晶的增多积聚，盐胀力呈逐步上升的趋势。

1.3 路面拱胀现场调查及原因分析

沥青路面的主要病害有：网状裂缝、横裂、纵裂、沉降、拱胀等。公路病害频发，给公路带来极大的破坏，甚至造成长期交通堵塞，经济损失严重。沥青路面的路面损害的分类见表1。

表1 路面损害的分类

通过对有关资料的分析，造成沥青混凝土路面损坏的原因主要有：

1.3.1 设计原因

受经济因素的制约，目前高速公路在修建过程中，多是采用比较轻的、单层的沥青面层，加之在沥青的质量和骨料的选择上存在一些技术问题，在施工过程中沥青与地面之间的黏性不足，很容易导致路面损坏，缩短路面的使用寿命。

1.3.2 建设管理原因

由于水质、石料、砂砾料等物质的盐分都相对较高。当膨胀变形量足以支撑路面时，路面表层就会出现胀缝，降低了实际路面的使用性能。

1.3.3 气候条件原因

通过分析实测岩心数据，发现路面受温差影响很大。在降温过程中，路基在温度梯度作用下发生温缩，从而产生沿高速公路表层向下扩展的温度裂缝。

1.3.4 行驶荷载原因

从“温度—荷载—时间”变化的内在联系来看，由于轮胎在路面上滚动，与路面产生摩擦，在重复行驶荷载下，路面结构层会发生明显的弯曲沉降，导致路面底部出现明显的弯曲和拉应力。

2 案例分析及功能优化

2.1 新疆南疆喀什地区公路建设情况

2.1.1 项目背景

新疆南疆喀什地区沥青混凝土道路受路基盐渍土的影响，破坏较为严重，每年还要花费大量的人力、财力、物力，对破坏严重的路段进行修复或重建[2]。针对上述难点，以新疆南疆地区某公路项目展开公路建设计划，对受到破坏的道路进行有效的修护与改造，延长盐渍土地区沥青混凝土道路的使用年限。

2.1.2 有关研究工作基础与工作条件

（1）地理位置

盐渍土的形成与其所处的地理位置密不可分。在内陆地区，盐渍土主要分布在盆地和局部洼地。新疆南疆地区的盐渍土分布范围广泛。

（2）气候条件

国内的盐渍土主要分布在西北地区，含盐量较低，泥沙的沉积物较多。地下水中的盐分随着水分蒸发而不断向表层聚集，由于年降水量较少，淋洗作用不明显，因此形成广泛的盐渍土。

（3）地下水位

土层中易溶盐的富集程度与地下水水位的高低、溶于水中的盐量及盐的性质具有相关性。地下水水位埋藏浅，溶于水中的含盐量高，其土壤上层聚积盐分的速度就越快，形成的盐渍土层不但含盐量高而且厚度深。

（4）地质构造

盐碱地表层土壤主要发育在新生代第四系。该时期正是构造松动的时代，洪积层、风积层和沼泽沉积层等土壤层位，极易发生盐分沉积。盐碱土中的高盐含量使微生物的生长条件受到严重影响，其碳、氮含量及微生物群落与一般的耕地相比存在较大差异，其理化性质出现一系列劣化现象，从而导致土壤的盐渍化。

（5）地表覆盖植被

地表覆盖植被水分聚积在土层上层，上层矿化度不断增加，使得土壤深处的盐分随着盐渍化不断加大。当植物死亡后或落在土壤里的枯枝败叶腐烂分解后，其自身从土层里吸收的盐分又重新返回到上层土壤里，为上层土壤又完成了一次积盐。

2.1.3 拟采用的关键技术

为了预防并减轻新建公路盐胀破坏的发生及发生后的维修养护措施，该项目研究已建（拟建）公路沿线盐渍土的类别、沥青混凝土道路破坏类型、水样矿化度。选择三师公路和市政道路，按照0～10cm，10～20cm，20～40cm，40～60cm，60～100cm，对5 个土层的土样进行八大离子试验，按照规范要求，划分出被破坏的公路和市政道路。对三师城区公路的破损情况进行调查，并对路基、桥涵、沿线附属设施和交通安全设施进行实地考察。分析沥青混凝土路面的主要病害；采用干燥器在室内干燥，并对不同区域的水质进行测定。

2.1.4 新疆南疆盐渍土具体的技术路线明细

新疆南疆盐渍土技术路线如图2 所示。

图2 新疆南疆盐渍土技术路线

2.2 针对拱胀问题的治理对策

新疆南疆盐渍土路基的病害严重程度与其内部含盐量、盐度、含水量、温度和压实度等因素密切相关，因此，在新疆南疆地区修建沥青混凝土公路时，必须对其进行特殊的整修，阻断路基水分，加强路基结构的压实度，并在路基内加一层绝缘和保温层[3]。

2.2.1 换填法

因为换填法的工程量比较大，所以通常情况下，适用于强盐渍土或者超级盐渍土，埋藏浅，且在路基施工范围内，对工程有很大影响。为了消除因盐分而引起病害的可能性，可以采用换填法进行施工。路基换填法施工工艺流程如图3 所示。

图3 路基换填法施工工艺流程

在换填法中，必须经过全面的技术、经济比较，才能决定采用何种施工方法。主要的考量因素如下：

（1）确保填筑物的深度比出现病害的地基土层的厚度大；在较松软、较厚、较薄的情况下，路基的横向变形和沉降量均较大。

（2）要确保换填后残余盐的拱胀不超过路堤允许的变形范围；对含重金属和酸碱值不平衡的土壤，可采取化学处理方法，添加一定浓度的溶液，降低其酸碱值。

（3）要确保填筑层在浸泡后的承载力大于下卧层顶面的压强，从而实现地基的稳定。

（4）在小范围内进行填筑，以确保填筑区周边土体在出现溶蚀时，填筑区仍能保持一定稳定性。同时，对于可能发生的漏浆、塌方等，要及时采取相应的措施，如有需要，可以采用回填法。

2.2.2 浸水预溶法

浸水预溶法是指在工程开始之前，先在路基中注入一定数量的水，使易溶解的盐分在水中溶解后，再向更深的路基中渗透，以减少盐分对路基的破坏。这种方法适用于盐渍土厚度较小或渗透性能较好的区域。

2.2.3 化学处治

化学处治是以高盐度和厚盐层的硫酸盐渍土为研究对象，其基本原理是利用化学处理手段，改变土壤中盐分（以硫酸根为主）的特性，从而抑制盐胀，降低其对道路的破坏作用。

2.3 应用成效

三师地区的公路和市政道路常因盐渍土破坏而导致路面损坏。为了深入研究盐渍土的成因和影响，进行一系列的试验和调查。首先，针对遭受盐胀破坏的公路、市政道路，在不同深度处分层取样，共5 个土层，并进行八大离子试验，结果见表2。

表2 八大离子试验

结果表明，随着深度范围的逐渐加大，根据提供的数据，可以看出不同深度范围内土壤离子含量的差异。在0～10cm 深度范围内，Na+、Cl-和Ca2+含量较高，而K+、Mg2+、SO42-、HCO3-和CO32-含量相对较低；随着深度的增加，土壤中的离子含量逐渐降低，其中Na+、Cl-和Ca2+的降幅较小，其他离子的降幅较大。这说明盐渍土破坏主要与Na+、Cl-和Ca2+等离子的积累有关。需要注意的是，单纯依据离子含量判断盐渍土的程度并不准确，还需要考虑其他因素，如土壤结构、水分状况等。因此，在进行盐渍土的分析和评估时，需要综合考虑多种因素以得到准确的结果。可以预知的是，将来的公路建设可以完全消除盐渍土拱胀的新型路基结构，节约资源，为人们的出行提供安全舒适的交通服务。

3 结语

总体而言，结合新疆喀什南疆地区的自然条件特点，在数据分析过程中，采用数据采集与统计分析来研究区域性公路拱胀病害特性，以期为该地区公路拱胀病害特性提供科学依据。该课题的研究结果将为我国高速公路建设、野外科研与科研基地的建立等方面，提供更为真实、可靠的基础数据。研究结果的应用将有助于提高新疆喀什南疆地区公路建设的质量和安全性，推动交通运输事业的发展。