金塔公路段盐渍土路基处治技术研究

作者简介：姓名：李瑞斌 出生年月：1981.06.22 民族：汉 性别：男 籍贯：内蒙古清水河县 学历：本科 职称：副高级工程师

摘要：本文聚焦金塔公路段盐渍土路基处治难题，深入剖析原路基状况及病害成因，详细阐述采用的换填法、设置隔离层、化学改良法等综合处治方案，以及具体施工过程和处治效果。研究表明，这些处治措施有效解决了盐渍土路基病害，提升了路基稳定性，为西北干旱区盐渍土路基治理提供技术范式。

关键词：金塔公路；盐渍土路基；处治方案

一、引言

盐渍土广泛分布于我国西北干旱和半干旱地区，金塔公路段所在区域受其影响，路基稳定性和耐久性面临严峻挑战。频发的路基病害不仅增加养护成本，还对交通安全构成威胁。因此，研究金塔公路段盐渍土路基处治技术具有重要现实意义。

二、工程概况

项目背景

金塔公路段管养S301线是九条岭至瓜州（嘉峪关至花海段）公路，也是连接酒泉卫星发射中心的重要干线，2015年建成后承担日均3000辆次交通负荷。2018年冬季金塔公路段巡查发现S301线出现连续波浪形变形，经甘肃省交通规划勘察设计院检测（报告编号：GSGH-2018-097），确认为硫酸盐渍土引发的盐胀-冻胀耦合病害。该路段在2019年被列入交通运输部公路病害整治示范工程。

三、原路基状况

（一）地质条件

金塔公路段管养S301线地处河西走廊西北端，地质构造复杂。该区域盐渍土主要为硫酸盐渍土和氯盐渍土。经现场钻探与室内土工试验，获取如下数据：路基 0 - 3m 深度范围内，土壤平均含盐量达 6.5%，其中硫酸盐占总盐量约 40%，氯盐约占 35%。土壤颗粒以粉粒和黏粒为主，粉粒含量在 50% - 60%，黏粒含量为 20% - 30%，致使土壤亲水性和可塑性较强。这些盐分在不同的环境条件下会发生物理化学变化，对路基的稳定性产生不利影响。

（二）路基病害表现

1.路基沉陷：长期受车辆荷载与自然因素作用，部分路段路基出现显著沉陷。测量显示，沉陷集中于行车道，最大沉陷深度达 25cm。沉陷致使路面平整度大幅下降，车辆行驶颠簸，严重影响行车舒适性与安全性。检测沉陷路段路面结构层发现，基层和底基层有不同程度破坏，部分基层材料松散，丧失承载能力。

2.路基翻浆：春融期是路基翻浆高发时段。冬季地下水位上升，水分在路基积聚，春季气温回升，盐分溶解，路基土强度骤降。此时，车辆荷载作用下，路基土呈稀软状态，泥浆从路面缝隙挤出，形成翻浆现象。翻浆路段约占调查路段的 10%，严重破坏路面结构，降低抗滑性能，增加交通事故风险。

3.路基开裂：路基裂缝以横向为主，伴有部分纵向裂缝。横向裂缝长度通常在 5 - 9m，宽度 0.5 - 5cm。裂缝贯穿路基路面结构层，使雨水易渗入路基内部，加剧病害发展。分析裂缝周边土体发现，盐分含量显著高于正常区域，表明盐分结晶与溶解循环是路基开裂的重要诱因。

路面拥包：在金塔公路段管养部分区域，路面出现了不同程度的拥包现象。拥包主要呈现为局部路面向上隆起，形状多为圆形或椭圆形，隆起高度一般在 3 - 10cm 不等。拥包的存在严重影响路面平整度，车辆行驶至该区域时会产生明显颠簸，降低行车舒适性，同时对车辆的行驶稳定性造成威胁，增加了交通事故发生的可能性。经调查分析，盐渍土中盐分的迁移和积聚导致路基土的不均匀膨胀，是引发路面拥包的重要原因之一。此外，车辆荷载的反复作用以及路面结构层在盐分侵蚀下强度下降，使得路面局部区域抵抗变形能力减弱，进一步促使了拥包的形成 。

（三）病害成因分析

1.盐分影响：盐渍土中易溶盐随温度和湿度变化发生物理化学变化。低温时，硫酸盐结晶膨胀，体积可增大 2 - 3 倍，对土体产生膨胀压力；高温时，盐分溶解，土体收缩。这种反复胀缩破坏土体结构，降低强度。同时，盐分改变土体颗粒间作用力，降低抗剪强度，增加路基变形风险。

2.水分作用：该地区受上游水库季节性排洪影响，路基两侧低洼处常出现积水现象，易对路基造成水蚀。因而毛细水上升作用强烈，携带盐分向路基上部迁移。一方面，水分增加使土体含水量超最佳值，降低抗剪强度；另一方面，为盐分溶解和迁移创造条件，加速路基病害发展。此外，降雨和地表径流加剧路基土水分含量变化，进一步破坏路基稳定性。

3.气候因素：金塔地区属寒带大陆性干旱气候，昼夜和年温差大。昼夜温差可达 15 - 20℃，年温差在 30 - 40℃。这种气候致使盐渍土盐分频繁结晶和溶解。冬季低温，盐分结晶，土体膨胀；夏季高温，盐分溶解，土体收缩。长期胀缩循环对路基结构造成疲劳破坏，最终引发路基病害。

四、处治方案设计

（一）换填法

1.适用范围确定：针对路基病害严重且盐渍土深度较浅（一般小于 1.5m）的路段，采用换填法。经详细勘察分析病害区域，确定换填范围和深度。考虑病害扩散，将换填区域向周边扩大 50 - 100cm。

2.换填材料选择：选用优质非盐渍土作为换填材料，要求颗粒组成良好，液限小于 28%，塑限指数在 12 - 18，且不含腐殖质等有害物质。在当地料场筛选采购，并严格检测每批材料质量，确保符合设计要求。

3.换填深度计算：依据路基病害程度和盐渍土分布，通过力学计算与工程经验确定换填深度。一般为盐渍土深度加 30 - 50cm 安全余量。如某病害路段盐渍土深度 1.2m，经计算换填深度为 1.5m。

（二）设置隔离层

1.隔离层材料选择：采用复合土工膜，由土工织物和土工膜复合而成，具备良好防水、抗穿刺和耐久性。土工膜厚度 1.5mm，断裂拉伸强度不小于 18kN/m，撕破强度不小于 0.6kN；土工织物为聚酯长丝针刺无纺土工布，单位面积质量不小于 300g/m²，垂直渗透系数为 1×10⁻¹ - 1×10⁻³cm/s。

2.铺设位置确定：根据地下水位和盐渍土分布确定铺设位置。地下水位高时，铺设在路基底部阻断毛细水上升；盐渍土集中在路基上部时，铺设在相应深度防止盐分上移。如地下水位埋深 2m 路段，将隔离层铺设在距路基顶面 1m 处。

3.铺设工艺设计：铺设前平整压实基层，确保表面无尖锐物。土工膜平行于道路中心线铺设，保持平整无褶皱，搭接宽度不小于 30cm，采用热焊接法拼接。焊接时严格控制温度和速度，保证焊缝质量。焊接后用充气法检测，充气压力 0.25MPa，稳压不少于 5min，压力无明显下降则焊缝合格。

（三）化学改良法

1.固化剂选择：选用 Ⅲ 级以上钙质石灰和 32.5 级普通硅酸盐水泥作为固化剂。通过室内试验确定最佳掺量，当石灰掺量 6% - 8%，水泥掺量 4% - 6% 时，改良土无侧限抗压强度和水稳定性最佳。

2.改良范围确定：对于盐渍土深度大且无法全部换填的区域，采用化学改良法。依据地质勘察和路基病害确定改良范围，一般改良深度为盐渍土深度减去换填深度（若有），改良宽度为路基两侧各增加 50 - 100cm。如某路段盐渍土深度 3m，换填 1m，则化学改良深度为 2m。

3.改良效果预测：建立化学改良土力学模型，结合室内试验数据预测改良效果。结果显示，改良后盐渍土无侧限抗压强度可提高 2 - 3 倍，水稳定性增强，能满足路基承载要求。通过数值模拟分析改良后路基在长期荷载和自然因素下的变形，为工程设计提供参考。

五、施工过程

（一）施工准备

1.地质勘察复查：施工前详细复查施工区域地质，利用地质雷达、静力触探等手段，明确盐渍土分布、深度、含盐量等参数，为细化施工方案提供依据。

2.材料准备：按设计准备充足换填材料、复合土工膜、固化剂等，严格检验每批材料质量，建立进场台账，记录产地、规格、数量、检验结果等信息。

3.人员培训：组织施工人员进行技术交底和安全培训，技术交底涵盖施工工艺、质量控制、注意事项等；安全培训包括施工现场安全规程、防护措施、应急救援知识，提高施工人员技术水平和安全意识。

4.机械设备调试：准备挖掘机、装载机、压路机、土工膜焊接机、路拌机等施工设备，施工前全面调试维护，确保设备性能良好，建立设备档案记录维修保养和使用情况。

（二）施工流程

原路面铣刨 → 冷再生混合料拌和 → 摊铺整平 → 碾压成型 → 土工膜铺设 → 消胀槽开挖回填 → 路肩及边沟修复

（三）换填施工

1.盐渍土挖除：用挖掘机按设计深度和范围挖除盐渍土，控制挖深避免超挖或欠挖。采用分层分段开挖，每层不超 30cm，每段 20 - 30m，及时将挖除土运至指定地点处理，不得随意堆放。

2.基底处理：挖除后平整压实基底，用平地机使平整度误差控制在 ±2cm 内，压路机碾压至压实度达 95% 以上。基底有软弱土层时，采用换填碎石或灰土加固。

3.换填材料填筑：分层填筑换填材料，每层 20 - 25cm。装载机运料，推土机和平地机摊铺平整，控制含水量接近最佳值。含水量过高晾晒或掺石灰调整，过低洒水湿润。

4.碾压成型：用振动压路机按先轻后重、先慢后快、由边缘向中间原则碾压。初压静压 1 - 2 遍，速度 1.5 - 2km/h；复压振动碾压 3 - 4 遍，速度 2 - 3km/h；终压静压 1 - 2 遍消除轮迹。及时检测压实度，确保符合设计要求。

（四）隔离层施工

1.基层清理：铺设复合土工膜前，人工配合机械彻底清理基层，清除杂物、浮土和尖锐物，确保基层平整干净。

2.土工膜铺设：按设计方向和搭接宽度铺设土工膜，保持平整无褶皱，避免损坏。发现破损及时修补或更换。

3.焊接拼接：用热焊接法焊接土工膜搭接缝，焊接前调试设备，控制温度和速度。焊接后外观检查焊缝，应光滑平整无漏焊、虚焊。

4.质量检查：用充气法检测焊缝质量，密封两端充气至规定压力，观察压力变化，规定时间内无明显下降则焊缝合格。不合格焊缝及时补焊。

（五）化学改良施工

1.固化剂撒布：按设计掺量用装载机均匀撒布固化剂，采用方格网法确保撒布均匀。将施工区域划方格，按面积和掺量计算每个方格用量，准确撒布。

2.拌和作业：用路拌机充分拌和盐渍土和固化剂，确保拌和深度达到设计要求，安排专人观察调整拌和参数，拌和 3 - 4 遍至土体颜色均匀无花白料。

3.含水量调整：检测拌和后改良土含水量，高于最佳值晾晒或掺干土调整，低于最佳值洒水湿润，调整后再次拌和确保含水量均匀。

4.碾压成型：振动压路机按与换填材料相同碾压工艺碾压改良土，及时检测压实度和无侧限抗压强度，确保质量符合设计要求。碾压后 7 - 14 天内洒水保湿养护，养护期避免车辆通行。

六、处治效果

（一）路基稳定性提升

通过长期沉降观测和弯沉检测，处治后路基稳定性显著提升。处治后一年内，路基最大沉降量控制在 8mm 内，远小于设计允许值。弯沉检测显示，路基弯沉值平均降低 40% 以上，满足设计要求。有限元软件模拟分析表明，路基应力分布更均匀，承载能力明显增强。

（二）病害消除

处治后，路基沉陷、翻浆和开裂等病害有效消除。路面平整度大幅改善，国际平整度指数（IRI）从处治前的 4.5m/km 降至 2.0m/km 以下，车辆行驶舒适性显著提高。现场检查未发现新病害，处治效果良好。取芯检测显示，路基结构层完整，材料性能良好，无盐渍土病害特征。

（三）长期性能评估

建立长期监测系统评估处治后路基长期性能，监测内容包括路基沉降、含水量、盐分含量、路面平整度等。监测数据表明，处治后三年内，路基各项指标保持稳定，未出现明显恶化趋势，如路基含水量稳定在最佳范围，盐分含量无回升，表明处治方案有效保证路基长期稳定性，延长公路使用寿命。

七、结论

通过采用换填法、设置隔离层和化学改良法等综合措施，有效解决了金塔公路段盐渍土路基病害，显著提升路基稳定性。施工过程严格控制工艺和质量，确保处治措施有效实施。处治效果评估表明工程达到预期目标，为西部地区类似盐渍土路基处治提供宝贵经验。未来公路建设和养护中，应重视盐渍土路基特殊性，采用科学合理技术方案，保障公路安全畅通和可持续发展。

参考文献

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