公路工程盐渍土路基处理方法及施工技术研究.pdf

总657期2023年第27期（9月 下）0 引言在我国半干旱和干旱地区分布大面积盐渍土，盐渍土与一般土的工程性质存在明显差异，具有较强的盐胀性、溶陷性和腐蚀性。由于部分公路工程的施工路段沿线处于盐渍土区域，而盐渍土路基易出现纵向裂缝、网裂、坑槽、沉陷等病害，影响公路寿命及行车安全性。因此，为保证路基施工质量，需对盐渍土路基进行特殊处理，抑制公路早期病害的发生。1 工程概况某三级公路工程全长48 km，工程所在地降水量较小，气候干燥，夏季气温最高达40 以上，蒸发量远大于降水量。冬季气温最低在-27 以下，最大冻土深度为1.2 m。工程沿线区域无常年流水，当雨季到来时出现表面积水。沿线分布粉土、粉质黏土、角砾等第四纪冲洪积物，划分为风积沙路段、戈壁路段、盐渍土路段。其中，盐渍土路段主要分布粉土、粉质黏土，表土无承载力，深入土层 30 cm 以上有承载力，30100 cm处、100170 cm处的地基承载力分别为80 kPa、180 kPa。盐渍土路段以亚硫酸、硫酸、氯盐渍土为主，盐渍化程度强，需采用有效的盐渍土路基处理方法。2 公路工程盐渍土路基处理方法及施工工艺2.1 盐渍土路基病害分析盐渍土具有盐胀性、腐蚀性、溶陷性的工程特性，在完工通车的盐渍土路基路段中常见以下病害：2.1.1 纵向裂缝在气温较低的秋冬季节，盐渍土路基纵向裂缝逐步扩大，当气温回暖后，纵向裂缝逐步收缩。如此循环多年，盐渍土路基纵向裂缝不断延伸扩展，影响车辆行驶安全。2.1.2 沉陷工程所在地的年蒸发量远超出年降雨量，当盐渍土路基受到盐胀和冻融的循环作用时，易使路基土处于饱和状态，降低路基承载力和抗变形能力。随着路段交通量的增大，盐渍土路基出现严重程度不同的隆起、沉陷病害1。2.1.3 网裂工程所在地的昼夜温差大，降低了沥青混凝土路面的路用性能，加速沥青混合料结构性破坏，减小沥青与集料的黏结性，导致网裂病害。加之，盐渍土路基中的盐分不断向路面聚集，破坏路面混合料高温稳定性和低温抗裂性，加速网裂病害的扩展。2.2 盐渍土路基处理方法为延缓本工程新建盐渍土路基路段发生上述早期病害，需对盐渍土路基进行特殊处理。在公路施工中，常用的盐渍土路基处理方法为换填砂砾石、换填河沙、提高路基、设隔断层等，这些处理方法是通过降低盐渍土盐分、隔断水分、改良土质等方式达到加固路基的目的。本工程在盐渍土路基施工结合不同路段盐渍化程度和水文地质特点，采用相应的处理方法，达到最佳的路基加固效果。2.2.1 盐渍土中盐分处理方法盐渍土中的含盐量过高，导致盐渍土具有较强的腐蚀性、溶陷性特点，为有效处治盐渍土对路基路面带来的病害，需降低盐渍土路基中的盐分，改善路基土体性能2。1）换填法。该处理方法适用于强盐渍土或埋深较浅的盐渍土路基施工，当沿线附近缺水时，换填法是收稿日期：2023-05-11作者简介：曹红雷（1986），男，工程师，从事公路施工工作。公路工程盐渍土路基处理方法及施工技术研究曹红雷（邢台路桥建设集团有限公司，河北 邢台 054001）摘要：以某公路工程为依托，分析盐渍土路基处理方法及相关施工技术的应用。首先介绍了该工程的工程概况，然后从盐渍土路基病害分析、盐渍土路基处理方法、盐渍土改良施工技术、盐渍土路基相关施工工艺等方面进行了深入研究。研究结果表明，在盐渍土路基施工中，通过处理其盐分及水分、实施基底处理、铺设隔断层、路肩防护等措施，能够改善盐渍土路基性能，提高路基结构承载力。关键词：公路工程；盐渍土路基；施工工艺中图分类号：U416.1文献标识码：B46交通世界TRANSPOWORLD最为有效的处治方法；换填深度要超过溶陷性土层厚度，三级公路换填深度不小于80 mm；换填宽度要保证下卧层顶面处压力不超过土层浸水后承载力；换填材料采用砂砾类填料，换填时结合隔断层处治方法，提高路基防渗水能力。2）预溶法。该处理方法适用于渗透性好、厚度不大的盐渍土处理，向盐渍土洒入足够量的水，使盐渍土中的易溶盐分渗流到较深的土层，当盐渍土浸水后会降低空隙率，发生自重溶陷现象；根据盐渍土施工现场的实际情况确定浸水时间和预溶深度，盐渍土溶陷后碾压，当处治后的盐渍土再次遇水后会明显减少路基变形3。3）化学处置。该方法适用于处置土层较厚、含盐量较高的硫酸盐盐渍土。在盐渍土中撒入化学药品，促使硫酸盐发生化学反应，降低硫酸盐浓度，改善盐渍土的膨胀性。但在实际施工中，考虑到化学处治方法可能会带来环境污染问题，所以必须慎重采用此方法。2.2.2 盐渍土中水分处理方法盐渍土路基浸水后发生盐胀现象，导致路基土体软化，结构稳定性下降。为降低盐渍土中的水分，减少路基病害发生，在盐渍土路基施工中采用水分隔断处理方法消除水分影响4。1）提高路基。该处理方法适用于排水不良的过湿盐渍土路基处理。本工程中部分地段盐渍土地下水位较高，存在翻浆、冻胀病害，在施工中提高路堤高度，使高度达到技术规范要求的不再盐渍化的最小高度，避免路堤受到冻害破坏。2）砂石材料隔断层。此处理方法适用于硫酸盐含量较高的盐渍土路基施工，能够起到隔断毛细水上升、提高路基强度、控制路基土变形的作用。根据实际工程地质条件确定隔断层砂石材料和厚度，有效缓冲下面土变形，保持地基表面平整。3）土工布隔断层。在面层与盐渍土路基之间设置土工布隔断层，阻断路基中的毛细水上升，保证路面不受浸水破坏。土工布根据实际施工需要选择单层或双层，试验检测土工布的渗透系数、耐冻性、顶破系数和耐老化性等指标，要求土工布具备良好的抗腐蚀性，尤其要抵抗氯盐、硫酸盐等盐类物质的腐蚀5。2.2.3 结构加固盐渍土路基处理可以通过改变路基土的结构提高路基的稳定性，使路基在长时间内保持稳定状态，达到路基压实度要求。1）强夯法。从高处放下重锤强夯地基土，促使地基土固结，提高软弱地基承载力。强夯法适用于粉土、砂土、黏性土、湿陷性黄土等地基土处治，需根据施工现场条件制定强夯方案，确定强夯施工参数。2）预溶法+强夯法。在盐渍土处理中，先采用浸水预溶法降低盐渍土的溶陷性，当溶陷性下降幅度未能达到路基填料技术指标要求时，可配合采用强夯法对盐渍土路基补强处理。具体施工步骤为：地基土浸水预溶，搁置一段时间，检测地基土含水量，当达到最佳含水量时，采用强夯设备夯击地基土，保证强夯影响深度达到浸水深度6。3）挤密桩加固。在软基中按照施工方案布置挖孔位置，成孔后向孔内填入材料，再用夯实机械夯击填料，保证填料与周围土体结合密实，形成共同承受荷载的桩体结构。本工程中部分路段的盐渍土层较厚，可采用设置碎石挤密桩、石灰砂桩的加固处理方法提高地基承载力。如果路基土中分布较厚的饱和性软弱黏性土，则要采用砂井预压加固处理方法。4）半刚性基层。在重载车辆交通量较大的盐渍土路段施工中，采用半刚性路基材料能够提高路面抗变形能力，增强基层对盐渍土不均匀盐胀的抵抗力，使基层路面保持良好的抗弯强度7。本工程在部分盐渍土路段施工中采用水泥稳定砂砾层或级配砾石掺石灰作为半刚性基层材料。5）石灰稳定土。对沿线无法获取砂砾材料的路段，可采用石灰稳定土或水泥土增加盐渍土路基的密实度。在施工中，先挖除含盐量较大的地表土，用拌和均匀的石灰土或水泥土回填，控制石灰土或水泥土的闷灰时间和含水量，含水量要略高于最佳含水量3%左右，回填后将石灰稳定土碾压密实并洒水养生。2.3 盐渍土改良施工技术改良盐渍土路基施工不得在低温状态下施工，避免盐渍土中的盐分受到低温影响产生相态变化。盐渍土的改良技术如下：2.3.1 洒水湿润向盐渍土均匀洒水，使水分均匀分布于盐渍土中，节省改良剂洒布加工时间，在洒入改良剂后直接拌和盐渍土；当盐渍土的天然含水量较高时，要摊铺晾晒盐渍土。2.3.2 干拌撒入改良剂后干拌盐渍土2遍，确保改良剂均匀分布于盐渍土内；之后采用拌和机械干拌，拌和机械可以选用旋耕机或平地机，干拌不要求达到完全拌和8。2.3.3 湿拌干拌后用洒水车向盐渍土上洒水，拌和机械跟随在洒水车后边洒水边拌和，进入湿拌工序；在拌和过程中检查盐渍土与改良剂混合后的含水量，当达到最佳含水量时减少洒水量，避免含水量过高；湿拌达到混合料颜色均匀、含水量分布均匀为止。2.3.4 整平在混合料拌和后，用平地机整平混合料，整平后碾压2遍，保证基面平整；对部分路段低洼处，先耙松47总657期2023年第27期（9月 下）表层5 cm，再填补新拌改良后的盐渍土，填补过程中控制路拱和坡度，整平接缝处，保证基面平整度达到设计要求。2.3.5 碾压1）整平盐渍土后，用振动压路机碾压填料，在直线段碾压中，从路基两侧向中心碾压，碾压轮迹重叠轮宽1/2。2）在碾压过程中如果发现盐渍土松散、起皮等异常现象，则要翻开改良后的盐渍土，撒入改良剂重新拌和，检测改良后的盐渍土是否达到填料技术指标要求。3）共碾压6遍，分别为静压、振压、静压各2遍，碾压后消除轮迹，保证盐渍土达到密实度要求；碾压后再用平地机终平。在碾压施工中检测填料含水量，要求其表面始终保持潮湿状态。2.3.6 养生碾压后进入养生阶段，向路基洒水，覆盖塑料薄膜，薄膜比路基宽，用土压紧薄膜边缘。2.4 盐渍土路基施工工艺2.4.1 基底处理1）清理含盐量大的地表层，去除表层上的植被、腐殖土和盐壳等杂物，清表深度不小于30 cm，在基底做外倾横坡，横坡坡度为1.5%，回填表土压实。2）处理湿陷性地段的基底，挖除表层湿土后换填砂砾石，厚度不低于30 cm，换填后碾压密实，分层填筑砂砾料，保证压实度达到技术规范要求。3）本工程K11+430K27+630路段分布厚度不同的软基，软基承载力为80 kPa，最厚处为2 m。在施工过程中，采用换填法将部分软基换为戈壁砾料，换填至粉质黏土层，深度不小于1.0 m，要求粉质黏土层的承载力不低于150 kPa，降低盐渍化土层对路基结构稳定性的影响。4）部分路段换填1 m后仍未能消除软土层，针对这种情况采用以下两种处理方案：采用加筋格栅处理方案，换填1 m后布设加筋格栅复合土工布，对软土层补强处理；采用全部换填方案，将软土层全部换填为戈壁砾料，消除软土层。5）本工程为三级公路，盐胀临界深度为路面顶以下 150160 cm，在盐渍土路基填筑中控制填料的含盐量，要求戈壁砾料的最大粒径不超过20 mm，小于0.5 mm颗粒含量不得超过5%。2.4.2 路基隔断层1）在路基施工中，戈壁砾料的抗渗水性能良好，能够隔离毛细水渗入路基土体，但戈壁砾料无法降低水分蒸发量，易使水分蒸发到路面下形成积水，对路面结构造成破坏。因此，本工程在路床顶面以下80150 cm处设置隔断层，采用土工膜、油毛毡、沥青砂等不透水隔断层材料，在隔断层上层和下层铺筑一层砂，用于保护隔断层，铺筑厚度为815 cm，避免隔断层受外力破坏而发生隔水功能失效的现象。2）本工程在盐渍土路基施工中设隔断层，采用两布一膜土工布，检查土工布性能指标是否达到技术要求，具体如下：土工布质量不小于 600 g/m2，厚度为0.3 mm，梯形撕破强度超过0.32 kN，耐静水压不小于0.6 MPa，断裂强度超过10 kN/m。3）在隔断层施工中，控制上下层填料粒径，最大粒径不得超过6 cm；按照路堤底宽全断面铺设隔离层，拉直土工布，使土工布紧贴下承层，在路基两侧预留出锚固长度，用土覆盖，保证土工布平整。4）土工布为合成材料，采用黏结法连接两布一膜，黏结强度大于合成材料抗拉强度；铺设土工布后检查其是否完好，及时修补已经出现破碎的土工膜，隔断层施工后48 h内完成填料填筑施工；隔断层横坡控制在1.5%，确保路基排水顺畅。2.4.3 路肩防护盐渍土具有溶陷性、盐胀性和腐蚀性的特点，当盐渍土遇水后会软化路肩和边坡，加快雨水冲蚀路肩的速度，再加上车辆荷载作用，易产生路肩破坏。为加强对路肩的保护，本工程采用泥结碎石加固路肩，路肩厚度为20 cm，要求路面与路肩平顺连接，压实度不得低于96%，路肩横坡为1.5%，确保路基排水顺畅。2.4.4 其他防护措施本工程盐渍土路基施工结合不同施工环境采取了多种防护措施，具体包括：1）合理设置排水系统，利用路拱横坡排出路基路面积水，先将水排入浆砌边沟，再排出路基；将排水边沟布设于路基两侧，使边沟、涵洞形成纵横向排水系统，畅通水流，避免出现积水。2）在涵洞表面涂抹沥青层，采用抗硫酸盐水泥制备混凝土，增强混凝土对盐渍土的抗腐蚀能力。3 结束语在盐渍土区域进行公路工程建设时，要结合工程所在地的气候特点和盐渍土分布规律，合理采用适当的路基处理方法，降低盐渍土中的盐分和水分，加固地基土结构，改善盐渍土路基的路用性能。在盐渍土路基施工中，要做好路肩、涵洞部位的保护措施，布设排水设施，确保路基顺利排水，降低路基病害发生的可能性。参考文献：1 后乐田，左强，蔡乾东.河西地区盐渍土路基综合处治技术体系与施工质量控制研究J.交通节能与环保，2022（1）：93-98.（下转第93页）48交通世界TRANSPOWORLD4 有限元分析采用Midas/Civil有限元软件构建该匝道桥3#钢筋混凝土组合板式桥墩有限元模型，箱梁和桥墩结合部通过弹性连接模拟，桥台弹性制作采用一般支承模拟形式，约束横桥向线位移和竖向位移3。4.1 结构静力计算在充分考虑结构恒载、风荷载、温度作用、行车荷载、结构收缩徐变和制动力等作用下进行结构静力计算。因受到组合荷载效应，钢筋混凝土组合板式桥墩外侧钢板和混凝土压应力最大达到 25.4 MPa和 4.32MPa，拉应力均为0。在正常使用极限状态下，钢筋混凝土组合板式桥墩墩顶水位位移仅为1.6 mm，并未超出L 300=8.3 mm的规范值（L为桩长）。全桥整体一阶线弹性稳定系数达46.1，远远超出4.0的规范值，桥墩表现出沿纵桥向弯曲失稳的模态。4.2 结构抗震计算结合公路桥梁抗震设计规范（JTG/T 2231-012020）具体要求，该匝道桥为B类桥梁，应在50年超越概率40%及50年超越概率2%两种地震水平下进行抗震设防，并应用非线性动力时程分析方法进行匝道桥减隔震动力分析和抗震计算4；同时结合公路钢混组合桥梁设计与施工规范（JTG/T D64-012015），进行该匝道桥3#墩承台PBL连接板和墩底钢板连接段的局部计算。计算结果显示，在50年超越概率40%的地震作用下，匝道桥3#钢筋混凝土组合板式桥墩外侧钢板正应力 108.8 MPa，未超出 270 MPa 的允许值；剪应力为20.9 MPa，未超出155 MPa的允许值；且钢板处于弹性阶段。5 结束语综上所述，该高速公路匝道桥3#墩采用钢筋混凝土组合板式结构满足现行规范，并能有效解决传统钢混结构桥墩和中央分隔带分设式护栏在位置上存在冲突的问题，对于中央分隔带设计宽度不足2.5 m且采用分设式护栏形式的双向六车道高速公路等普遍适用。跨线桥中央分隔带中设置钢筋混凝土组合板式桥墩，能减少桥墩上部结构尺寸，降低造价；桥墩钢板可均在工厂预制，节省工期；这种桥墩形式厚度仅为 60cm，可增大钢混结构桥墩和波形梁护栏之间的净空，增强桥梁结构外形的轻巧性和美观性。参考文献：1陈连海.高速公路跨线桥桥墩防撞设计探讨J.北方交通，2020（9）：26-29.2 陈旭，张南，王慧，等.考虑剪切效应的混凝土桥墩撞击动态力学特性研究J.公路工程，2017，42（4）：95-101.3 陈旭，周东华，徐从发，等.钢筋混凝土圆形桥墩的延性分析J.公路工程，2018，43（1）：47-52，80.4 李界全，张南，高闵.桥墩撞击力计算及影响因素研究J.公路工程，2018，43（2）：23-29.2 杨越.强夯法在高速公路盐渍土路基施工中的应用J.交通世界，2022（18）：112-114.3 朱春阳.公路盐渍化软土路基砾石桩加固施工技术应用J.中国公路，2022（4）：94-95.4 邵明星.高速公路盐渍土路基施工技术研究J.华东公路，2022（1）：75-76.5 卜伟成.高速公路盐渍土路基施工技术研究J.工程建设与设计，2021（9）：170-172.6 杨震.浅谈盐渍土路基的危害及处理措施J.智能建筑与工程机械，2021（4）：37-38.7 李论基，赵天宇，王伟锋.基于路堤填筑试验的粗粒盐渍土路基防治对策研究J.铁道学报，2021（11）：137-144.8 李希杰.砾石桩加固公路盐渍化软土路基施工技术要点J.山西交通科技，2021（4）：17-18.（上接第48页）93