盐渍土作为路基填料的常见病害及治理方法

盐渍土作为路基填料的常见病害及治理方法?上海建设科技2011年第3期?盐渍土作为路基填料的常见病害及治理:75-"法刘红兵吉林市市政建设有限责任公司摘要介绍了盐渍土作为路基填料时的常见病害,并对其产生机理和特性作了分析.提出的针对各种病害的治理方法,对盐渍土地区的道路修筑具有实际意义.关键词盐渍土路基次生盐渍化松胀腐蚀在我国一些地区,广泛分布着一种含盐量超过定数值的特殊土,称之为盐渍土.盐渍土由固相,液相,气相三相构成.盐渍土固相中除了土颗粒之外,还含有大量的盐颗粒;液相也不仅是水分,而是含有大量易溶盐的溶液.盐溶液和土颗粒中的易溶盐分之间存在着随外界条件（如温度,湿度,人为因素等）变化而移动的动态平衡,正因有这些原因,当盐渍土作为路基填料时,若处理不当,便会带来严重的安全隐患,造成不良的社会效应.因此,对盐渍土路基的病害分析就显得尤为重要.1病害及机理分析通常,我们按盐渍土中所含主要易溶盐成分的阴离子把盐渍土分成:氯盐渍土,硫酸盐渍土,碳酸盐渍土等.盐渍土作为一种特殊土壤,在工程上被当作路基基底和填料时具有诸多的特殊性,如:含氯化物盐渍土中所含的氯化物溶解度较大,吸湿性强,结晶时其体积不发生变化,因此对路基,路面不会发生大的盐胀病害.但氯化物盐渍土最忌淋溶湿化,一旦被水浸蚀,就会出现过度的黏附性和坍塌现象,密度随之下降,强度降低,产生溶蚀现象.硫酸盐的性质是在结晶时会结合一定数量的水分子,体积增大,脱水时体积又缩小,这个过程的反复作用就会破坏土体结构,导致冻胀,盐胀,翻浆等病害,降低路面稳定性等.1.1盐溶由淡水或低矿化度溶液对岩盐地层的溶解作用而产生各种形态洞穴的物理地质现象,定义为盐溶.l8一盐溶发生时,侵人物破坏了岩盐体的原来结构,使之出现溶洞，溶孑L,成片为溶塘，溶沟.孔洞露出地表时,称为明洞;隐伏在地表下的,称为暗洞.在车辆荷载下,暗洞会突然出现崩塌现象,对车辆行驶安全构成极大危害.盐溶发生地段的岩盐饱含高矿化度潜水（晶间卤水）,并同埋藏于盐岩层下隔水底板（砂黏土层）以下的低矿化度承压水（可能的话,同周围的淡水）保持着水力联系,当周边低矿化度承压水（或是淡水）水头较高时,就会穿透隔水顶板向上注入岩盐层内,进而不断溶蚀岩盐,最初在盐层底部溶蚀成雏形溶洞,此后,由于破坏了该处晶问卤水的浓缩结晶,雏形溶洞不断扩大,遂形成溶洞.当低矿化度水（或淡水）对岩盐的溶蚀量和卤水浓缩结晶量达到平衡时,溶洞发育便进入平衡阶段.由此可见,溶洞的发育过程实质上就是承压水上升通道的形成和被堵塞的过程.般用声波在岩盐中的纵波传播速度值来判定岩盐中的溶洞存在与否,纵波波速值低于2700m/s的地段,称之为有溶洞发育区.1.2次生盐渍化次生盐渍化又称为再盐渍化,它本身并非路基病害,但能促进盐渍土的其他不良地质作用,如:冻胀,盐胀,翻浆等的发生,是造成路基病害的一个根本性因素.而引起次生盐渍化的根本原因就是盐渍土中的毛细管水上升.盐渍土地区地下水向上运移,主要通过2种形式:由于毛细孔隙水与地下水表面压力梯度所引起的毛细管水上升运动.由于土孔隙中不同浓度的溶液的渗透压力梯度所引起的矿化水的渗透运动.显然,这些上升的毛细管水均为高矿化度水(即盐的饱和溶液),当路基填土层厚度小于毛细管水的上升高度时,由于地表的强蒸发作用,毛细管中的水分将进入大气,水溶液减少,迅速析出的盐晶留在路基填土当中,久而久之,路基填土就成了地道的盐渍土了,直到发展成地表盐壳.由于盐壳对毛细管水有天然的隔断作用,所以盐壳的形成会带来盐渍化进程的终止.1.3腐蚀盐渍土中含大量易溶盐,它使土具有明显的腐蚀性,会对道路及路基的一些附属设备构成威胁,严重影响其耐久性和安全性.1.3.1氯盐盐渍土氯盐中起主要腐蚀作用的是氯离子（C1一），它对公路上的电线杆,标志牌以及混凝土结构中的钢筋等的腐蚀性很强.氯盐的腐蚀机理一般属于电化学腐蚀.阳极反应（腐蚀）为:FeFe+2e阴极反应（还原）为:02+2H20+4e—}4（0H）—综合反应为:2Fe+2H20+022Fe（OH）2氯离子通过下列反应，促进铁的离解（腐蚀）:Fe—}Fe+2eFe+2Cl一一FFeC12氯离子与铁离子的结合物是极不稳定的，在有氧的条件下，铁离子与氧结合形成氧化物，即通常的铁锈，而氯离子重新离解出来，再度参与铁的腐蚀过程，这样周而复始地起作用，大大加快了铁的腐蚀速度，这就类似于化学反应中的催化剂一样，氯离子虽参与铁的阳极腐蚀过程，但并不消耗.1.3.2硫酸盐盐渍土硫酸盐以纳盐为主，会腐蚀水泥，黏土制品（砂浆，混凝土，砖等），这是因为硫酸盐能与水泥水化物起化学反应生成新相，同时产生体积膨胀，致使水泥制品，砖等粉化，剥裂，导致其强度降低而受破坏.上海建设科技2011年第3期?另外,当外界温度,湿度变化时,硫酸盐发生晶变,体积会胀缩.混凝土材料属于多孔材料,如处理不当,盐渍土地区的混凝土中的孔隙会被硫酸盐的盐溶液所渗入,当硫酸盐溶液随晶变出现体积胀缩时,会对周围孔壁产生力的作用,久之就会破坏孔壁,进而使｝昆凝土开裂,剥落.值得注意的是,当盐渍土中同时含有氯盐和硫酸盐时,腐蚀性更强.1.4盐胀盐渍土会随土体中温度,湿度的变化而体积膨胀.盐渍土的体积膨胀一般分为结晶膨胀和非结晶膨胀,具代表性的分别为硫酸盐渍土和碳酸盐渍土.硫酸钠晶体在有足够水分的条件下,会与水合生成含结晶水的Na:SO?10H0,这10个水分子的介入,可使硫酸钠体积膨胀至原体积的3.11倍,如路基填土的盐渍土的硫酸钠>2%时，其体积的膨胀高度肉眼可见,严重危及行车安全.秋后温度降低,往往引起较深范围土层中硫酸盐吸水结晶体积增大,表面看来,这好像为土体聚冰冻结,其实不然,因而称之为盐胀以示区别.碳酸盐是盐的非结晶过程.碳酸盐中含有大量的吸附性阳离子,具有很强的亲水性,遇水后很快与胶体颗粒相互作用,在胶体颗粒和粒土颗粒周围形成稳固的结合水薄膜,从而减少了颗粒间的黏聚力,引起土体膨胀.1.5松胀松胀就是指本来密实度较高的土体,在土体膨胀的反复周期作用下,出现不可逆变形,致使体积膨胀,土体结构松散.松胀的本质还是在于盐渍土的膨胀性,因而多发生在硫酸盐和碳酸盐含量较高的路基填料中,且多出现在路基表层.随着昼夜温度升,降的反复作用,路基的路肩,边坡等无外载作用,致使其体积膨胀不能恢复;同时,随着土体体积的增大,路基表面会出现宽度不等的裂缝,在风和强烈阳光的作用下,路基表层土体中的水分迅速散去,剩下土颗粒及不含水分的盐晶,促使裂缝扩展,相互贯通,并向地层下延伸,加速了土体的松胀程度.夏季气候炎热,盐渍土地区地温极高,土中含易溶盐的溶液经土体中的毛细管上升至地面,继而水分蒸发后,留下无水的结晶盐,久而久之在表层形成1层污雪状的松散层,路基表层原来的密实土被这层松散层所覆盖,致使松胀病害出现.松胀程度与土中含硫酸盐的多少,土的类型以及当地的气候,水文19—?上海建设斟技2011年第3期?条件有关.此外,深度还与路堤的阳坡和阴坡有关,例如同一地段阳坡松胀深度为0.1〜0.2m,阴坡仅为0.05〜0.1m.松胀深度也随地区差别而有所不同，一般是在0.3m以内，在南疆铁路上有些地段其松胀深度超过0.3m.1.6冻胀和翻浆含盐的水比不含盐的水的冰点低,但温度低于含盐水的冰点也会冰结,所以盐渍土仍会产生冻结现象.当路堤在冬季受到冻结作用时,水分经常是由温度较高的土层向温度较低的土层方向移动,以致在临界冻结深度聚冰层附近就发生水分聚集的现象.聚集的水分来自基地的地下水,通过其毛细管作用而上升.冰冻土层中的冰粒或冰层,使其体积大大超过了土原有的孔隙和含水体积,即称之冻胀现象.盐胀和冻胀区别如下:冻胀是从它处的水转移聚集到冻结区,使水,土冻结成为整体而膨胀;而盐胀是在温度变化影响下,土体本身所含易溶盐和水分的结晶变化结果.冻胀有明显的外部水分转移;而盐胀则保持原有水分不变.冻胀必须在气温达到零度以下才能出现;而盐胀在一定温度下,当土中易溶硫酸盐溶液达到饱和溶解度时即可发生.至春季融冻时,上层冰粒首先溶化,而下层一时尚未溶化,则上层的水分无法下渗,致使上层填土中的含水量超过液限,加上周期荷载通过时的挤压,冲击作用,因而使路基出现翻浆.因硫酸盐的晶体在春溶时脱水,延长了翻浆时间,再加上硫酸盐吸附钠离子的膨胀作用,路面就泥泞不堪.路基病害特性(1)难预见性.盐渍土的工程性质是随着气温,雨量,雨季等天气条件而发生变化的,所以,盐渍土作为路基基底及填料出现病害时,是很难预见的.如重盐渍土地区的路基,经雨水的淋溶,容易导致溶洞的出现,但溶洞出现在哪儿,孔径将会多大,这些都难以确定.(2)难处理性.盐渍土分布地区广,工程病害具有多样性,无论是工程经验,还是理论研究都不大成熟,故出现病害后采取的处理措施,很难达到根治效果.重复性.导致这种现象的一个重要原因,就是路基填料的次生盐渍化.在盐渍土地区进行病害20一整治时,如出现溶洞,一般用砂性土填充并进行压密.但过了一段时间后,由于这些砂土周围全是盐渍土,在次生盐渍化作用下,这些砂土也会变成盐渍土,并出现盐渍土经常出现的病害.路基病害治理方法盐渍土路基的病害通常不是单一发生的,而是几种病害会在同一地段同时,反复出现.盐渍土地区的病害要以预防为主,病害出现后,要及早进行处治.在岩盐发育地段修筑路基时,根据溶洞发育程度,岩盐厚度和松密程度等分别对待.(1)当岩盐厚度较薄,溶洞发育,岩盐结构疏松时,一般采用换填,即清除岩盐,用片石,砾石土,细砂分层换填.对于盐渍土覆盖层浅而且含盐量低的情况,也可以采用浸水预溶法.(2)当岩盐厚度较厚,溶洞发育,岩盐结构致密时,一般采取揭开盐壳,填堵溶洞并捣实,然后回填卵,碎石至原地面,并采取人工方法(钻孔自流排水)来降低岩盐下承压水水头高度,以达到控制溶洞发育的目的.对于防止次生盐渍化而引起的工程病害,一般采取控制路基最小高度的措施(抬高路基),但这种措施造价较高.也可利用砂石料设置1层隔断层,使毛细水上升的高度达不到盐渍土填料.但是在西部地区,砂石料不一定能够满足需要.另可使用土工布隔断水分的浸蚀,但这种方法对施工要求严格,施工质量不宜控制,也很难完全隔断水的浸蚀.解决对周围环境的腐蚀问题,可采用特种水泥,加大钢筋保护层厚度,或是在构筑物外表涂上沥青等进行预处理.防止盐渍土膨胀一般以预防为主,即严格控制路基填土中引起膨胀的盐分的含量