臨海高等級公路鹽漬土路基填筑施工與改良方法研究

蔡曉飛

(1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.江蘇省交通運(yùn)輸廳臨海高等級公路建設(shè)管理辦公室)

1 引 言

臨海高等級公路是江蘇實(shí)施國家沿海開發(fā)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)性、支撐性重點(diǎn)工程，地處東部沿海地區(qū)，鄰近海岸線自北向南串聯(lián)連云港、鹽城、南通三市，全長530 km，其中鹽漬土路段達(dá)72 km，占全線的14%。鹽漬土對公路建設(shè)影響很大，經(jīng)常會產(chǎn)生道路的翻漿、鹽脹、溶陷、網(wǎng)裂、次生鹽漬化等病害，鹽漬土特殊的工程性質(zhì)會嚴(yán)重影響公路的穩(wěn)定性和耐久性。

臨海高等級公路沿線地下水位比較淺、礦化度高、氣候干燥、蒸發(fā)量大，土壤中鹽分含量普遍較高，尤其地勢低洼處和邊溝內(nèi)，水分蒸發(fā)后土壤鹽漬化程度日益嚴(yán)重，土壤鹽漬化現(xiàn)象非常普遍，特別嚴(yán)重地區(qū)如鹽城市東臺段K253 +500～K256 +200、南通市如東段K69 +500～K72 +200，鹽漬土易溶鹽總量大于3%，判別為中鹽漬土。鹽漬土路堤填筑在江蘇省公路建設(shè)中首次遇到，沒有成功的經(jīng)驗(yàn)和完備的理論儲備，對鹽漬土路基填筑施工與改良方法研究，對臨海高等級公路建設(shè)具有實(shí)際意義。

2 鹽漬土的工程性質(zhì)

2.1 吸濕軟化

鹽漬土吸濕軟化是因含有大量的吸附性鈉離子和土周圍的潮濕環(huán)境所造成的。因此解決吸濕軟化的工程防護(hù)措施應(yīng)使濱海鹽漬土處于封閉或隔離狀態(tài)，以保持土的含水率不變;或向土中摻入化學(xué)改性材料，以增強(qiáng)土顆粒的憎水性。

2.2 溶陷性

土的含水率增加，鹽顆粒溶解，鹽顆粒原先占據(jù)的空間成為空穴，增加了土的孔隙率，土在自重或外力作用下產(chǎn)生溶陷;溶陷量的大小取決于浸水程度與時間、土中鹽的含量與相態(tài)、土的結(jié)構(gòu)、上覆荷載大小與持續(xù)時間等因素。鹽漬土中鹽類溶解后將會影響土體的物理力學(xué)性質(zhì)，降低土的強(qiáng)度，產(chǎn)生路基溶陷。溶陷程度較大的鹽漬土作路基時，必須采取防沉降措施。

2.3 鹽脹性

碳酸鹽和氯鹽鹽漬土的鹽脹是由于吸附性陽離子具有強(qiáng)親水性，遇水后與膠體顆粒相互作用，形成穩(wěn)固的結(jié)合水薄膜，引起土體膨脹。蒸發(fā)使濱海鹽漬土中的水分散失，鹽分結(jié)晶，引起土的鹽脹。臨海路的地下水位埋藏較淺，鹽漬土顆粒細(xì)小，毛細(xì)水上升高度較大;春季蒸發(fā)作用使鹽分隨毛細(xì)水不斷向表層積聚，加劇了表層土的鹽脹程度。

2.4 腐蝕性

鹽漬土中含有較多的Cl－和SO2－4，對鋼筋和混凝土產(chǎn)生一定的腐蝕。鹽漬土的腐蝕可以是土中的鹽與建筑材料發(fā)生反應(yīng)而引起的破壞作用，也可以是鹽溶液在毛細(xì)作用下從路基潮濕一側(cè)進(jìn)入路基，由暴露在大氣中的另一端蒸發(fā)，路基土孔隙中的鹽溶液濃縮后結(jié)晶膨脹造成對構(gòu)筑物內(nèi)部應(yīng)力增大，引起破壞。

3 鹽漬土的改良

3.1 置換改良

路塹地段的鹽漬土路基，含水量往往較高，很難達(dá)到壓實(shí)要求，可采用墊層換填處理，將路基基底超挖并不小于30 cm 的厚度，改用其他好的粘土、砂土、灰土等材料鋪填并碾壓密實(shí)，并做好防水處理，可以消除因鹽漬土的工程性質(zhì)引起的病害，確保上層路面工程的施工質(zhì)量。這種方法也用于臨海路鹽漬土的含鹽量較大的路段。

3.2 水泥改良法

水泥土中水泥、土和水間發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)作用，包括水泥自身的凝結(jié)硬化作用和水泥水化產(chǎn)物與土間的物理化學(xué)作用，改變鹽漬土的性能。這種方法主要用于地下水位較高，可通過水泥土的設(shè)置增加土體的板體性、隔斷地下水的上升，如東段部分鹽漬土施工路段采用的就是4%水泥改良處理鹽漬土，并有針對性的鋪設(shè)土工布隔離層，截?cái)嗦坊虏康暮}毛細(xì)水的上升。

3.3 石灰改良法

石灰土初期主要表現(xiàn)在土粒的結(jié)團(tuán)、塑性降低，最佳含水量的增加和最大干密度的減少。石灰土后期由于結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，強(qiáng)度和耐久性得到提高。石灰加入土中，除了產(chǎn)生物理吸附作用，還產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)作用，其強(qiáng)度提高的主要原因是石灰土中離子交換反應(yīng)、火山灰反應(yīng)、氫氧化鈣的結(jié)晶反應(yīng)、氫氧化鈣碳酸化反應(yīng)。東臺段部分鹽漬土施工路段采用的就是5%石灰進(jìn)行改良處理，并取得較好效果。

3.4 水泥石灰綜合穩(wěn)定

水泥的使用可以提高路基土的早期強(qiáng)度，增加填筑路基的板體性，但費(fèi)用較高;采用石灰改良鹽漬土，后期強(qiáng)度較高，但路基的早期強(qiáng)度及板體性一般。使用水泥石灰綜合穩(wěn)定鹽漬土的效果比水泥稍差，比單純用石灰要好，但其施工工藝較復(fù)雜，施工可操作性不如單一使用石灰或水泥方便，在臨海高等級公路上并未大規(guī)模采用。

4 鹽漬土路基填筑方法

4.1 鹽漬土作為路基填料的要求

鹽漬土用作路基填料時，土中易溶鹽容許含量:總含鹽量不得大于8%，其中氯鹽含量不得大于5%;硫酸鹽含量不得大于2%;碳酸鹽含量不得大于0.5%。夾有鹽塊、淤泥、腐殖質(zhì)和其他雜物的土不能用于填筑路基。鹽漬土填筑路堤的可用性，應(yīng)視不同公路等級和路堤填筑部位，按表1 確定。

表1 氯鹽漬土及亞氯鹽漬土用作路基填料的可用性

4.2 原地面處理

對路堤基底范圍內(nèi)表層鹽霜、鹽殼、高含鹽土、腐殖質(zhì)土等和植被及其根系必須嚴(yán)格清除，清除表土深度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定，一般不小于30 cm。清除后的基底應(yīng)做好原地面臨時排水設(shè)施，鹽漬土原土基為軟弱土體，含水量超過液限，厚度在1 m 以內(nèi)必須全部清除，換填砂、砂礫、爐渣等透水性材料，缺乏透水性材料的地區(qū)，可在路基下部填筑摻4%～6%水泥土，阻止毛細(xì)水上升;原地面軟土和表層耕植土清除后，回填摻4%～6%水泥土，水泥土填土要求高出原地面不小于30 cm。

4.3 路基填筑與防護(hù)

(1)路堤填料應(yīng)按表1 的規(guī)定選取，不得夾有草根和鹽塊及其他雜物，有機(jī)質(zhì)含量不能大于1%。路堤填料的液限大于50%，塑性指數(shù)大于26 的土，以及含水量超過規(guī)定的土，不得直接作為路堤填料。

(2)路基的壓實(shí)宜采用重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，鹽漬土路堤應(yīng)分層填筑壓實(shí)，最大松鋪厚度不超過30 cm，碾壓時使土的含水量接近最佳含水量，宜按最佳含水量+1～3%控制。在地下水位高的地區(qū)，粘性鹽漬土宜在夏季施工，砂性鹽漬土宜在春季和夏初施工。

(3)路基壓實(shí)度應(yīng)滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01－2003)的規(guī)定，見表2 所示。

表2 鹽漬土地區(qū)路基壓實(shí)度

(4)高等級公路采用鹽漬土填筑的路堤，應(yīng)增設(shè)邊坡坡面防護(hù)，采用不含鹽素土包邊處理，包邊寬度不小于1.5 m。

4.4 隔斷層鋪筑

摻石灰、水泥處理的弱鹽漬土，可以不作隔斷層;在中鹽漬土、地下水位淺(地下水埋深＜1 m)、路堤填土高度小(填土高度小于毛細(xì)水上升高度)的路段，為截?cái)嗦坊虏康暮}毛細(xì)水設(shè)置的隔離層，宜設(shè)置在路基底面，路床頂以下80 cm深度處，同時應(yīng)高出路邊長期積水位或邊溝流水位20 cm 以上。隔斷層采用復(fù)合土工膜、土工膜等土工合成材料。

土工布隔排水層應(yīng)設(shè)上、下保護(hù)層，保護(hù)層材料為砂或含細(xì)粒土砂，粉粘粒含量應(yīng)小于15%。隔斷層厚度(包括土工布隔排水層和保護(hù)層厚度)一般為40 cm，保護(hù)層兼起排水作用，厚度應(yīng)不小于20 cm。為了利于排水，隔排水層應(yīng)設(shè)不小于2%的橫坡，但最大不應(yīng)超過5%。

土工合成材料應(yīng)按路基橫斷面相應(yīng)的寬度全斷面鋪設(shè)，并鋪設(shè)平展緊貼下承層，不允許有褶皺。土工合成材料鋪設(shè)完成后，嚴(yán)禁行人、牲畜和各種車輛通行，并應(yīng)盡快填筑上面的保護(hù)層或填料。上面第一層填料(含保護(hù)層或排水層)應(yīng)采取輕型推土機(jī)、前置式裝載機(jī)或人工攤鋪，厚度不小于30 cm，不得夾有帶棱角的石塊。

4.5 施工組織與排水

路基排水除應(yīng)按現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10－2006)有關(guān)規(guī)定施工外，并應(yīng)執(zhí)行下列規(guī)定。

施工中必須按設(shè)計(jì)要求，做好施工場地及附近的臨時排水設(shè)施，并盡量與永久性排水設(shè)施相結(jié)合;路基一側(cè)或兩側(cè)有取土坑時，取土坑的位置尺寸必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行;在排水困難地段或取土坑有被水淹沒可能時，應(yīng)在路基一側(cè)或兩側(cè)取土坑外設(shè)置高度不小于0.5 m、頂寬不小于1 m 的縱向護(hù)堤;在地下水位較高地段，除擋導(dǎo)表面水外，應(yīng)加深兩側(cè)邊溝或排水溝，以降低路基下的地下水位;路基填料應(yīng)及時攤鋪、碾壓，每層均確保不小于1.5%的路拱橫坡，使施工中雨水能及時順利排出。

對中央分隔帶和沿線設(shè)施的施工要求:當(dāng)設(shè)置封閉型中央分隔帶時，應(yīng)在路面施工時及時封閉，防止雨、雪水由分隔帶滲入路基。封閉材料可采用瀝青混凝土、水泥混凝土、防滲土工合成材料及其他形式的防滲材料，沿線設(shè)施挖基坑后應(yīng)及時安裝回填，不能及時處理時，應(yīng)用防滲材料將基坑覆蓋，嚴(yán)防水流進(jìn)入。

4.6 施工質(zhì)量檢測

施工階段的質(zhì)量檢測應(yīng)包括:路基土的含水量、含鹽量;改良與未改良填土的壓實(shí)度、成型和強(qiáng)度狀況、CBR 值;鹽漬土改良施工情況。

5 小 結(jié)

針對鹽漬土的工程性質(zhì)，結(jié)合臨海高等級公路的特點(diǎn)，對改良鹽漬土的一般方法進(jìn)行了闡述，并介紹了臨海高等級公路典型鹽漬土路段改良方法。結(jié)合工程實(shí)際，系統(tǒng)提出了鹽漬土路段的路基填筑方法。

［1］公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTG F10－2006).

［2］新疆公路學(xué)會.鹽漬土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工指南［M］.人民交通出版社，2006.

［3］于新，孫強(qiáng)等.水泥石灰改良氯鹽漬土強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報，2011，(10).

［4］魏學(xué)軍.沿海地區(qū)路基鹽漬土填料幾種實(shí)用性改良措施的探討［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008，(6).

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