盐渍土工程特性及对道路的影响分析

摘要：利用盐渍土填筑路基,由于盐渍土中易溶盐的存在,其含水量的控制至关重要。施工前，在深入探讨了盐渍土路基病害及盐渍土工程特性的同时,应结合工程实际,采用针对性的工程技术措施。文章将重点介绍盐渍土工程特性及对道路的影响，以供同行参考。

关键词：盐渍土，工程特性，道路，影响

中图分类号： U41 文献标识码： A

1、前言

盐渍土是指含盐量超过一定数量的土,土的含盐量通常是用一定土体内含盐的重量(或质量)与其干土重量(或质量)之比,以百分数来表示。1986年,我国交通系统对盐渍土含易溶盐量的界限规定为0.3%时,就应按盐渍土地基进行勘察、设计和施工。我国盐渍土分布广泛,面积约为19.08万km2,约占国土面积的2%,目前我国约有1/5耕地存在不同程度的盐渍土和次生盐渍化特征。盐渍土地基通常在岩土工程中归入特殊地基,具有与一般土不同的物理和工程特点,并给公路的建设带来一系列的问题,使得公路出现一系列的病害。

2、盐渍土工程特性

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,故测定非盐渍土物理性质指标的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,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。

3、对筑路材料的影响

3.1 盐分对沥青材料的影响

1)氯盐类(NaCl,MgCl2,CaCl2)对沥青材料的影响是不同的。CaCl2,MgCl2对沥青材料有好的作用,含量不受限制,NaCl对沥青材料有弱侵蚀性,由于NaCl可以提高沥青材料的抗压强度而降低其冲击强度,因此它对慢混凝土有好的作用,而对粘稠沥青则有不良的作用。2)硫酸盐类(Na2SO4,MgSO4)对沥青的侵蚀性很强。硫酸盐的结晶水化物(Na2SO4.10H2O,MgSO4.7H2O)在加固土空隙中或路面底层能产生很大的膨胀压力,可使加固土疏松和路面变形破坏。因此,当土中硫酸钠含量较大时,必须采取有效的处治措施,否则,不易采用沥青材料加固土或在其上修筑黑色路面。一般认为铺筑黑色路面时,路基土的硫酸钠含量应限制在1%~2%以下,用沥青加固土时,土中的硫酸钠含量不易超过0.25%~0.5%。3)碳酸盐类(Na2CO3,NaHCO3)对沥青材料的侵蚀性也很强。碳酸盐可使沥青材料软化,并从路面结构层中淋溶出去,从而降低沥青加固土水稳性和黑色路面的粘结力。此外,碳酸盐还能促使土粒分散,增大土的亲水性、膨胀性和塑性。一般认为无论在沥青路面材料中或采用沥青路面加固土中,碳酸盐的含量均不宜超过0.1%。

3.2 盐分对石灰和水泥材料的影响

1)土中氯盐类含量在3%以下时,用石灰或水泥加固土是有利的,它能促使材料形成较坚固的结晶,加速硬化过程,并可降低冰点,对提高混凝土、石灰或水泥加固土的强度是有利的。但当其含量超过5%时,就会对石灰或水泥产生有害的侵蚀作用,使加固土的密度和水稳性降低。

2)土中硫酸盐类的含量较低时,对石灰或水泥加固土同样是有利的,它能促使材料形成较坚固的结晶。但土中硫酸盐含量超过1%时,硫酸盐结晶水化物结晶时的膨胀作用危害最大,它能使加固土、砂浆、混凝土等产生疏松、剥落和侵蚀等病害,所以采用石灰或水泥加固土时,应严格控制硫酸盐含量,一般不宜超过1%,最大不应超过2%。

3)土中碳酸盐含量很低时,用石灰或水泥加固土也会产生有利影响,可加速硬化过程和稍微提高强度。但由于碳酸盐能使土的黏土胶体颗粒分散,从而使土具有强烈的亲水性、膨胀性和塑性。为了消除这种有害性质,必须增大加固土中的石灰或水泥用量。一般认为采用石灰或水泥加固土时,土中碳酸盐含量不宜超过0.5%~1.0%。

4、盐渍土造成的道路病害

4.1 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、结晶体膨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。

4.2 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0e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。从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0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。

4.3 受水浸湿,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。在荷载或自重作用下,盐渍土地基或结构层出现沉陷、孔洞等破坏(见图1,图2),并逐渐反映至面层。

具有溶陷性的盐渍土地基一旦浸水后,因土中的可溶盐溶解,结构强度丧失,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20 cm,这就更加重了对建筑物的危害。

结语

盐渍土对公路具有不良影响,在设计施工时应采取有针对性的措施进行处置,可以最大限度地避免道路病害的出现,能够较好地保证道路行车效果和减少不必要的养护维修投资。

参考文献:

[1] 张志权,王志勇.硫酸盐渍土地区公路盐胀影响因素及防治措施[J].路基工程,2006,126(3):148-150.

[2] 高江平,李 芳.含氯化钠硫酸盐渍土盐胀过程分析[J].西安公路交通大学学报,2012,17(4):19-24.