极旱荒漠盐湖区超氯盐渍土路用性能试验研究

耿强+刘杰

摘要：为了研究极旱荒漠盐湖区超氯盐渍土路用性能，选取哈若公路沿线三个不同位置的盐渍土进行无侧限抗压强度试验、盐胀试验、重击实试验等研究。结果表明：该地区盐渍土具有一定的早期强度，而且易溶盐含量越大盐渍土强度提高越快，具有板块状盐渍土的工程特性；试验得到了合理的路基压实度控制范围，可为今后项目的实施提供理论支撑。

关键词：超氯盐渍土；压实度；盐胀；无侧限抗压强度

中图分类号：U416.03文献标志码：B

0引言

盐渍土地区公路病害主要包括盐胀、翻浆、溶陷和腐蚀等类型[1]。目前，国内盐渍土研究的焦点在如何有效防治盐渍土对公路工程的损害方面，对于利用特殊性盐渍土筑路的技术研究较少。

国内以往对盐渍土性质的研究主要围绕两个方面：一是利用当地的土样，人工添加盐分进行土的物理力学性质的分析；另一类是针对特定区域的盐渍土工程性质进行定性分析。由于盐渍土的工程特性受所在地域影响，不同地域的盐渍土工程性质差别较大[2]，成果很难在其他地区得到推广应用。

1工程概况

罗布泊地区气候干燥，昼夜温差大，蒸发量大，降水量少，属典型的大陆干旱性气候。极端最高气温为48 ℃，极端最低气温为-22.7 ℃，最大昼夜温差达38.20 ℃。年最大蒸发量达5 070.4 mm，年最大降水量为38.5 mm。经过长期地面水、地下水的作用，不断从周围聚集盐分，形成盐湖[3]。随着水的不断蒸发，盐类大量沉积，罗布泊成为干涸的盐湖。该地区地表形成岩盐与盐盖并存的胶结致密的盐土硬壳。

哈密至若羌公路沿线砂、砾石材料的运距较远，淡水资源极度匮乏，而且沿线工程地质条件复杂，全线地层土壤均呈现不同程度的盐渍化，特别是罗布泊湖区土壤呈过盐渍土状态。因此，如何利用当地现有的集料作为路基填料是工程前期急需解决的问题。

哈若公路是中国第一次尝试在极旱荒漠盐湖区利用板块状盐渍土具有岩石强度特征的特性，在天然盐渍土中添加盐湖区天然饱和卤水形成人工的板块状盐渍土，将超氯盐渍土作为路基填筑材料的公路。由于没有类似的工程可借鉴，该项目技术难度大，探索性强，结合该项目开展极旱荒漠盐湖区超氯盐渍土路用性能试验研究对项目的实施有着重要的意义[4]。本文分别对取自哈若公路穿越罗布泊地区不同标段的天然盐渍土进行性质试验和分析研究。

试验分别选取哈若公路穿越罗布泊区域K287+000、K324+500、K346+000段三组具有代表性的盐渍土试样以及施工用卤水进行重击实试验无侧限抗压强度试验及盐胀试验研究[57]。

2力学特性试验研究

2.1重击实试验

按照《公路土工试验规程》（JTJ 051—93）要求进行盐渍土的重击实试验，3组试样的试验结果如图1、表1所示。

2.2无侧限抗压强度试验

冯忠居[8]经过试验和对盐渍土的微观结构分析发现，板块状盐渍土具有泥灰岩、砂岩及带状页岩等岩石的强度特性。试验拟根据重击实试验所确定的最佳含饱和卤水率，按照92%、95%、98%三种不同的压实度测盐渍土7 d和28 d的无侧限抗压强度。

由于盐渍土中的易溶盐具有一定的可溶性和吸湿性，试样在保湿、恒温（20 ℃）、相对空气湿度为60%～70%下不浸水养生。试模直径为100 mm，高度为100 mm，采用分层装模压实成型。试验测得3组盐渍土7 d和28 d无侧限抗压强度结果如表2所示。表2无侧限抗压强度桩号K287+000K324+500K346+000压实度/%929598929598929598无侧限强度/MPa7 d0.560.871.110.580.821.040.741.091.3828 d0.620.931.180.590.861.100.921.141.45在最佳卤水含量条件下，通过7 d和28 d超氯盐渍土无侧限抗压强度试验可以发现，3组试件的无侧限抗压强度均随着压实度的提高而增加。通过上述数据还可看出，盐渍土中可溶盐含量对强度影响较大。当压实度为92%时，3组试件的无侧限强度均在《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034—2000）中石灰稳定土底基层抗压强度的低限要求以上，达到了0.5 MPa，完全满足公路路面基层强度要求。当压实度达到95%时，3组盐渍土试件无侧限强度均在0.8 MPa以上。

如图2所示，3组试件的无侧限强度关系相差并不明显，K346+000段盐渍土压实度的提高最明显。分析其原因为：易溶盐含量越大，盐渍土强度提高越快，这也是板块状盐渍土强度较大的原因之一。对比同一组试验7 d和28 d无侧限抗压强度，可以看出28 d后比7 d后的抗压强度略有增加，但增长幅度较小，7 d无侧限抗压强度约为28 d无侧限抗压强度的85%。这说明7 d后盐渍土中结晶盐已经基本形成胶状结晶体，具有板块状超氯盐渍土的初步特性[910]。

3盐胀试验研究

3.1试验方案

为了确定盐渍土路基盐胀变形规律、变形原因以及变形机理，采用路基重型击实试验标准，根据《公路工程技术标准》在92%、95%、98%三种不同压实度和20 ℃的环境温度以及饱和卤水用量为5%、7%、9%、11%的情况下进行室内大尺寸模型变温保湿盐胀性测试试验研究。试验方案拟定在20 ℃～-10 ℃温度范围内由高到低进行有规律的循环变化。试验每次降温5 ℃，每个温度段每次降温过程为6 h，保温过程6 h，一次降温过程72 h。试验装置如图3所示。

3.2盐胀特性试验研究

为了确定盐渍土盐胀量随温度的变化以及盐胀量与压实度之间的关系，在最佳卤水含量的条件下分别按92%、95%、98%三种压实度压实成型。试验对路基降温过程中试件体积变化进行监测，确定盐胀病害发生的压实度范围。3组试样在3种不同压实度下的盐胀量随温度的变化趋势如图4所示。endprint

3.3盐胀量与易溶盐含量的关系

卤水结合料盐胀的变化主要与含水率、环境温度以及压实度有关[11]。表3为在最佳含水量和压实度95%的情况下，3种盐渍土材料的易溶盐含量和Cl-/SO2-4值与总盐胀率的关系。

表3总盐胀率编号易溶盐含量/%Cl-/SO2-4总盐胀率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在对抑制硫酸盐渍土膨胀作研究时发现，在硫酸盐渍土中掺入氯盐能减少膨胀，当土中的氯离子与硫酸根离子的比值大到6以上时，抑制硫酸盐渍土膨胀的效果最为显著，这是因为硫酸钠在氯盐溶液中的溶解度随氯盐溶液浓度的增加而减小。对于盐胀的发生，硫酸盐的贡献要比氯盐大，且高含量的氯盐对硫酸盐盐胀性起着一定的抑制作用。

盐胀量和易溶盐含量的关系如图5所示。通过对不同易溶盐含量的卤水结合料的盐胀试验可知，在易溶盐含量较低阶段，盐胀量随着易溶盐含量的增加而增加，后期盐胀量增长缓慢。

4结语

通过对哈若公路路线区具有代表性的3组试样进行重击实试验、无侧限抗压强度试验及盐胀试验等方面的研究，得出了以下几个结论。

（1） 该地区盐渍土具有一定的早期强度，而且易溶盐含量越大盐渍土强度提高越快，具有板块状盐渍土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 该地区超氯盐渍土的起胀温度为-5 ℃，10 ℃～-5 ℃时的盐胀变化最为剧烈。在设计过程中应该防止路基温度场变化引起盐渍土路基病害的发生。

（3） 为了控制盐渍土的盐胀特性对路基造成病害，应该合理地控制路基压实度，建议压实度控制在92%～95%。

参考文献：

[1]包卫星，杨晓华，谢永利.典型天然盐渍土多次冻融循环盐胀试验研究[J].岩土工程学报，2006，28（11）：19911995.

[2]周鹏海.罗布泊地区卤水路基修筑的可行性研究[J].公路交通科技：应用技术版，2007，29（8）：7880.

[3]王延伟，徐慧芬，文进，等.新疆地区盐渍土的盐胀特性研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006，30（6）：531534.

[4]冯忠居，乌延玲，成超，等.板块状盐渍土的盐溶和盐胀特性研究[J].岩土工程学报，2010，32（9）：10391442.

[5]张莎莎，杨晓华，谢永利，等.路用粗粒盐渍土盐胀特性[J].长安大学学报：自然科学版，2009，29（1）：2025.

[6]杨晓华，张莎莎，包卫星.天然盐渍土工程特性对比分析[J].工程勘察，2010（11）：1116.

[7]罗肖.哈罗铁路岩盐路基填筑技术研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012.

[8]冯忠居，成超，王廷武，等.荒漠极干旱区板块状盐渍土微结构变化对其强度特性的影响分析[J].岩土工程学报，2011，33（7）：11421145.

[9]刘毅，刘杰，陈杰.极旱荒漠盐湖区盐渍土微结构对强度特性的影响分析[J].中外公路，2013，33（4）：4145.

[10]宋亮.干盐湖区盐渍土性能及其在路基工程中的应用技术[D].西安：长安大学，2010.

[11]包卫星.内陆盐渍土工程性质与公路工程分类研究[D].西安：长安大学，2009.

[责任编辑：王玉玲]endprint

3.3盐胀量与易溶盐含量的关系

卤水结合料盐胀的变化主要与含水率、环境温度以及压实度有关[11]。表3为在最佳含水量和压实度95%的情况下，3种盐渍土材料的易溶盐含量和Cl-/SO2-4值与总盐胀率的关系。

表3总盐胀率编号易溶盐含量/%Cl-/SO2-4总盐胀率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在对抑制硫酸盐渍土膨胀作研究时发现，在硫酸盐渍土中掺入氯盐能减少膨胀，当土中的氯离子与硫酸根离子的比值大到6以上时，抑制硫酸盐渍土膨胀的效果最为显著，这是因为硫酸钠在氯盐溶液中的溶解度随氯盐溶液浓度的增加而减小。对于盐胀的发生，硫酸盐的贡献要比氯盐大，且高含量的氯盐对硫酸盐盐胀性起着一定的抑制作用。

盐胀量和易溶盐含量的关系如图5所示。通过对不同易溶盐含量的卤水结合料的盐胀试验可知，在易溶盐含量较低阶段，盐胀量随着易溶盐含量的增加而增加，后期盐胀量增长缓慢。

4结语

通过对哈若公路路线区具有代表性的3组试样进行重击实试验、无侧限抗压强度试验及盐胀试验等方面的研究，得出了以下几个结论。

（1） 该地区盐渍土具有一定的早期强度，而且易溶盐含量越大盐渍土强度提高越快，具有板块状盐渍土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 该地区超氯盐渍土的起胀温度为-5 ℃，10 ℃～-5 ℃时的盐胀变化最为剧烈。在设计过程中应该防止路基温度场变化引起盐渍土路基病害的发生。

（3） 为了控制盐渍土的盐胀特性对路基造成病害，应该合理地控制路基压实度，建议压实度控制在92%～95%。

参考文献：

[1]包卫星，杨晓华，谢永利.典型天然盐渍土多次冻融循环盐胀试验研究[J].岩土工程学报，2006，28（11）：19911995.

[2]周鹏海.罗布泊地区卤水路基修筑的可行性研究[J].公路交通科技：应用技术版，2007，29（8）：7880.

[3]王延伟，徐慧芬，文进，等.新疆地区盐渍土的盐胀特性研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006，30（6）：531534.

[4]冯忠居，乌延玲，成超，等.板块状盐渍土的盐溶和盐胀特性研究[J].岩土工程学报，2010，32（9）：10391442.

[5]张莎莎，杨晓华，谢永利，等.路用粗粒盐渍土盐胀特性[J].长安大学学报：自然科学版，2009，29（1）：2025.

[6]杨晓华，张莎莎，包卫星.天然盐渍土工程特性对比分析[J].工程勘察，2010（11）：1116.

[7]罗肖.哈罗铁路岩盐路基填筑技术研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012.

[8]冯忠居，成超，王廷武，等.荒漠极干旱区板块状盐渍土微结构变化对其强度特性的影响分析[J].岩土工程学报，2011，33（7）：11421145.

[9]刘毅，刘杰，陈杰.极旱荒漠盐湖区盐渍土微结构对强度特性的影响分析[J].中外公路，2013，33（4）：4145.

[10]宋亮.干盐湖区盐渍土性能及其在路基工程中的应用技术[D].西安：长安大学，2010.

[11]包卫星.内陆盐渍土工程性质与公路工程分类研究[D].西安：长安大学，2009.

[责任编辑：王玉玲]endprint

3.3盐胀量与易溶盐含量的关系

卤水结合料盐胀的变化主要与含水率、环境温度以及压实度有关[11]。表3为在最佳含水量和压实度95%的情况下，3种盐渍土材料的易溶盐含量和Cl-/SO2-4值与总盐胀率的关系。

表3总盐胀率编号易溶盐含量/%Cl-/SO2-4总盐胀率/%K287+00068.4322.41.76K324+50063.325.451.17K346+00075.599.362.12徐攸在对抑制硫酸盐渍土膨胀作研究时发现，在硫酸盐渍土中掺入氯盐能减少膨胀，当土中的氯离子与硫酸根离子的比值大到6以上时，抑制硫酸盐渍土膨胀的效果最为显著，这是因为硫酸钠在氯盐溶液中的溶解度随氯盐溶液浓度的增加而减小。对于盐胀的发生，硫酸盐的贡献要比氯盐大，且高含量的氯盐对硫酸盐盐胀性起着一定的抑制作用。

盐胀量和易溶盐含量的关系如图5所示。通过对不同易溶盐含量的卤水结合料的盐胀试验可知，在易溶盐含量较低阶段，盐胀量随着易溶盐含量的增加而增加，后期盐胀量增长缓慢。

4结语

通过对哈若公路路线区具有代表性的3组试样进行重击实试验、无侧限抗压强度试验及盐胀试验等方面的研究，得出了以下几个结论。

（1） 该地区盐渍土具有一定的早期强度，而且易溶盐含量越大盐渍土强度提高越快，具有板块状盐渍土的工程特性，有一定的路用可行性。

（2） 该地区超氯盐渍土的起胀温度为-5 ℃，10 ℃～-5 ℃时的盐胀变化最为剧烈。在设计过程中应该防止路基温度场变化引起盐渍土路基病害的发生。

（3） 为了控制盐渍土的盐胀特性对路基造成病害，应该合理地控制路基压实度，建议压实度控制在92%～95%。

参考文献：

[1]包卫星，杨晓华，谢永利.典型天然盐渍土多次冻融循环盐胀试验研究[J].岩土工程学报，2006，28（11）：19911995.

[2]周鹏海.罗布泊地区卤水路基修筑的可行性研究[J].公路交通科技：应用技术版，2007，29（8）：7880.

[3]王延伟，徐慧芬，文进，等.新疆地区盐渍土的盐胀特性研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006，30（6）：531534.

[4]冯忠居，乌延玲，成超，等.板块状盐渍土的盐溶和盐胀特性研究[J].岩土工程学报，2010，32（9）：10391442.

[5]张莎莎，杨晓华，谢永利，等.路用粗粒盐渍土盐胀特性[J].长安大学学报：自然科学版，2009，29（1）：2025.

[6]杨晓华，张莎莎，包卫星.天然盐渍土工程特性对比分析[J].工程勘察，2010（11）：1116.

[7]罗肖.哈罗铁路岩盐路基填筑技术研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012.

[8]冯忠居，成超，王廷武，等.荒漠极干旱区板块状盐渍土微结构变化对其强度特性的影响分析[J].岩土工程学报，2011，33（7）：11421145.

[9]刘毅，刘杰，陈杰.极旱荒漠盐湖区盐渍土微结构对强度特性的影响分析[J].中外公路，2013，33（4）：4145.

[10]宋亮.干盐湖区盐渍土性能及其在路基工程中的应用技术[D].西安：长安大学，2010.

[11]包卫星.内陆盐渍土工程性质与公路工程分类研究[D].西安：长安大学，2009.

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