强干旱地区盐渍土高速公路路基沉降与应力测试

李澄宇 曹君

（1甘肃公航旅定临高速公路管理有限公司，甘肃 定西 743000；2中铁七局集团路桥工程有限公司，陕西 宝鸡 721000）

0 引言

盐渍土[1]是指易溶盐含量超过一定数量的土，是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称[2]。从主要国家常用的盐渍土分类系统来看，虽然名称不一，但将盐渍土划分出盐土和碱土两个土类，是一致的[3]。

京新高速临河至白疙瘩段位于内蒙古西部巴彦淖尔市和阿拉善盟境内，区域属典型的北温带大陆性干旱气候区。年平均降水量35.2～99.0mm，日最大降水量21.9～44.0mm，降水主要集中于6～8 月，并多以暴雨形式降落。年蒸发量3136.6～4217.8mm，年最大蒸发量3598.1～4523.7mm。路基填土主要为砂类土，盐渍化类型为亚氯盐渍土和氯盐渍土，盐渍化程度为弱盐渍土和中盐渍土。对于不同的取土场，其最大干密度为1.94-2.25g·cm-3，平均最大干密度为2.04g·cm-3；盐渍土在公路工程中，指的是地表下1.0m内易溶盐平均含量大于0.3%的土[4]。盐渍土对公路工程的危害是巨大的[5]，主要体现在盐胀、溶陷、变形、翻浆和侵蚀等方面[6]。

盐渍土地区常规的地基处理方法有浸水预溶法、强夯法、盐化处理方法、桩基及复合地基法[7]。在现行《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中，盐渍土地段路基设计的重点在于加强路基隔断层、路基填料的控制、基底处理等方面。

1 盐渍土路基的病害

当盐渍土作为路基基底及填料时，由于盐渍土特殊的工程性质，会导致该地区路基屡屡产生工程病害。主要病害有溶陷、开裂翻浆、盐胀、路基的次生盐渍化、腐蚀。

1.1 溶陷

溶陷是氯化物盐渍土地区道路的主要病害之一[8]。它是由于道路盐渍土路基或结构层在雨水或者地下水的作用下，盐分融解，并被水分带走，导致路基内部的孔隙率增大、整体稳定性下降，在荷载作用下，路基或结构层出现了沉降、空洞等破坏，由此给行车带来隐患。根据现场调查，路段内所涉河流主要为黑河下游分支额济纳东河，及东河分支班布尔河及纳林河等，有极大的可能会引起该病害的发生。

图1 东河

图2 班布尔河

1.2 开裂翻浆

这类病害在氯盐渍土地区较多，在雨季或者春融时期，由于雨水作用及春融时期地下水位上升使得路基上层含水量过大，强度急剧下降，在行车作用下，路面出现不均匀起伏、松软或破裂冒浆等现象[8]。使道路表面泥泞、湿滑，影响车辆正常运营，如图3、图4所示。

图3 路面开裂

图4 路面翻浆

1.3 盐胀

由于因碳酸盐具有遇水膨胀的特点，所以用碳酸盐盐渍土填筑的路堤，当浸水或淋溶时，土体将很快地转变成具有显著亲水性的柱状碱土，而这种碱土塑性较强，渗透系数小，往往会造成边坡溜塌，路肩泥泞等病害。

1.4 路基的次生盐渍化

路基的次生盐渍化是由于盐渍土地区的地下水中含有较多的易溶盐类，通过毛细管作用水分上升，如果路堤没有足够的高度，则毛细管水就蒸发，盐留于土中，时间长了填土中的含盐量逐渐积累增大而变成了盐渍土。路基的次生盐渍化严重影响路堤的密实度及稳定性，致使路基产生病害。

1.5 腐蚀

盐渍土的腐蚀在公路工程中主要是针对公路结构物中的钢筋、具有特殊作用的复合材料及路面结构层。

2 土压力测试

对盐渍土地基进行处理，设置了两种地基处理方式：两布一膜隔断层和砂砾碎石隔断层。为了验证盐渍土改良和地基处理的有效性，分别对两种地基处理方式路基断面的沉降和应力做了测量，分析盐胀、溶陷等对路基稳定性的影响大小。

测试位置如图5所示。分别在K505+600和K518+200断面布置压力盒，每个断面沿深度方向埋设2排土压力盒，第一排土压力盒位于距路基顶面下0.3m处，第二排土压力盒在隔断层以下0.5m，每排3个土压力盒，分别位于线路中心和两侧路肩处。

图5 压力盒布置示意图

本次测量采用的是正弦式土压力盒，采用正弦频率读数仪完成，测量完成后，记录传感器的频率值、温度值、仪器编号、设计编号和测量时间。

振弦式土压力的计算见公式（1）：

式中：

P—被测土压力计所受的力（MPa）；

K—土压力计的灵敏度系数（MPa/Hz2）；

f0—土压力计的初始频率值；

fi—土压力计工作频率值。

图6 土压力盒现场埋设

图7 断面K505+600路基自重应力

图8 断面K518+200路基自重应力

3 沉降变形测试

在断面K504+900和K519+500处设置沉降观测桩，沉降观测桩的布置如图9所示，分别为采用土工布隔断层和砂砾隔断层的两路基断面，沉降观测桩位于路基顶面，观测分析各测点沉降变形随时间的变化规律；比较不同断面相同位置沉降变形的区别，验证盐渍土旳盐胀性、溶陷性、腐蚀性在路基沉降过程中的影响。

图9 沉降观测桩布置示意图

图10 断面K504+900路基顶面沉降随时间的变化

图11 断面K519+500路基顶面沉降时间的变化

4 结论

根据实验及数据分析，可以得到以下结论：

1）采用两种地基处理方法作为隔断层时，随着路基填土的增加，路基内部的自重土应力呈增加的趋势；两种隔断层在路基同一高度下，其自重应力相差不大且与理论计算相同位置处的自重应力偏差很小，从侧面反映了路基没有发生盐胀、溶陷、腐蚀等现象。

2）在路基填筑完成后，对两个断面进行了为期120天的沉降观测，发现路基变形很快达到稳定且变形量极小。由此可以推断出经过两种地基处理方法后，路基没有发生盐胀、溶陷现象。