盐渍土地区路基常见病害及其机理分析

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摘要：本文总结了盐渍土路基常见的病害，并对其产生机理作了简单分析，然后针对各种病害总结了一些处理方法，这对盐渍土地区的道路修建具有一定的借鉴意义。

关键词：盐渍土；路基；产生机理；防治措施

中图分类号： TU448 文献标识码： A 文章编号：

引言

盐渍土是土层盐渍化过程的产物，在公路工程中，主要是指地表土层1m厚度内，易溶盐含量超过0.5 %的含盐土层。我国盐渍土分布于23个省、市、自治区，覆盖了热带和寒温带、滨海和内陆、低地和高原地区，分布区域很广。其中，西北地区盐渍土约占全国盐渍土总面积的60%左右。盐渍土是一种特殊地质环境，它具有一般土所没有的特点，在岩土工程中归入特殊地基。在国内外，盐渍土以其特殊的工程性质严重影响着道路的稳定性和耐久性，我国盐渍土地区公路病害主要有盐、翻浆、溶陷和腐蚀等类型。因此，针对盐渍土的特殊性质,研究盐渍土地区道路病害机理与防治方法是十分迫切和重要的。

1 路基病害及其机理分析

盐渍土的三相组成与一般土不同，液相中含有盐溶液，固相中又含有盐结晶，尤其是易容的结晶盐。它们的相变对土的大部分物理指标均有影响。盐渍土中的盐遇水溶解后，土的物理力学性质指标均会发生变化，其强度指标将明显下降。盐渍土地基浸水后，因盐溶解会产生地基溶陷。某些盐渍土的地基，在温度或湿度变化时，会产生体积膨胀，对地基上的构造物造成极大破坏。此外，盐渍土中的盐溶液会导致建筑物及地下设施的材料腐蚀。

1.1 溶陷

具有溶陷性的盐渍土地基一旦浸水后，因土中的可溶盐的溶解，破坏了岩盐体原来的结构，使地基承载力下降并产生较大的沉降，不均匀的浸水导致不均匀的地基沉降，导致建筑物的开裂和破坏。另外，地基溶陷变形的速度很快，如在砂类土中，浸水一昼夜基础下降20cm，这就更加加重了对建筑物的危害。

盐渍土的溶陷与土中结晶盐的溶解有密切关系，如果结晶盐不溶解，就不会产生溶陷变形。盐渍土的溶陷变形分为两种情况:一是在静水中的溶陷变形，即水力梯度较小无渗流时（比如小于起始水力梯度），土中部分或全部盐结晶溶解，导致土体结构破坏，孔隙减小，产生溶陷;二是潜蚀变形，即土中的盐分和部分土颗粒因水的渗流被带走而形成的溶陷变形。研究表明潜蚀变形是盐渍土地基溶陷的主要部分。

1.2 盐胀

盐渍土的膨胀与一般膨胀土的膨胀机理不同。一般膨胀土的膨胀主要由土中强亲水性

粘土矿物吸水引起的;但是，盐渍土的膨胀，仅管有的也是由于土体吸水膨胀，而更多的却

主要是因温度降低而导致盐类结晶膨胀，且后者危害一般比较大。研究表明，很多盐类结晶时都具有一定的膨胀性，只是膨胀程度各异而已，具有代表性的分别为硫酸盐盐渍土和碳酸盐盐渍土。

常见的几种盐类结晶后硫酸钠的晶胀量最大，含有硫酸钠的硫酸盐渍土的膨胀实质是由于土中硫酸钠的吸水结晶造成的。研究表明，当土中硫酸钠含量超过某一值（约2%）时，在低温和含水量降低的条件下，硫酸钠便结晶产生膨胀。

硫酸盐渍土与氯盐渍土的盐胀规律基本类似，氯盐渍土中盐的主要部分的氯盐，其盐结晶膨胀倍数为1.3，而硫酸盐的结晶膨胀倍数为3.11，因此在同等条件下，氯盐的盐胀量小于硫酸盐渍土的盐胀量。

碳酸盐渍土的膨胀性有所不同，由于碳酸盐中存在着大量吸附性阳离子，具有较强的亲水性，遇水后，很快地与胶粒相互作用，在胶体颗粒和粘粒颗粒周围形成稳固的结合水薄膜，从而减少了颗粒间的粘聚力引起土体膨胀。

1.3 腐蚀

盐渍土的腐蚀作用主要分为两大类，一是化学腐蚀，即土中的盐与建筑材料发生反应而引起的破坏作用；二是物理结晶性腐蚀，即具有一定矿化度环境水，在毛细作用下，从墙体潮湿一端进入墙体，由暴露在大气中的另一端蒸发，墙体孔隙中的溶液浓缩后结晶膨胀造成的建筑材料的破坏。下面就以氯盐渍土为例阐述其腐蚀机理。

氯盐均系易溶盐，在水溶液中可分解成阴离子和阳离子，阴离子和阳离子各按不同的机理产生腐蚀作用，在温度降低时，又可结晶成为固体。

1.3.1 氯盐对建筑材料的化学腐蚀

氯盐对混凝土有腐蚀作用。混凝土的强度取决于水泥矿物硅酸盐和铝酸盐组分的水化速度，其化学方程如下：

（1）

（2）

与水泥中的及水泥熟料中的铝酸三钙反应生成不溶性单氯铝酸钙（）或三氯铝酸钙（），由于消耗水泥中的氢氧化钙，大大加速（1）式中硅酸盐的水化速度，同时生成不溶性多水氯铝酸复盐，因此，在混凝土的结硬过程中，对混凝土具有早强作用。但在混凝土硬化以后，过量的的侵入，继续反应并生成大量的单氯铝酸钙或三氯铝酸钙生成物含有大量的结晶水，有类似于水化硫酸钙的膨胀作用，使得混凝土破坏。对混凝土中钢筋的腐蚀属于电化学腐蚀，生成的锈皮较原钢材体积增大很多，随着腐蚀的加深，以致产生足够的内应力使混凝土开裂。

对其它结构中的金属强烈的腐蚀作用亦属电化学腐蚀，特别是对钢铁。其腐蚀是一种电解过程，这一过程中需要有一定的水分提供足够的电解液(比如，在无盐的混凝土中相对湿度低于50%时，腐蚀就会停止，在含有氯化物的混凝土中，腐蚀停止时相对湿度就更低一些)。在腐蚀过程中，的主要作用体现在下三个方面:形成腐蚀电池、加速阳极的腐蚀过程及提高导电率。

氯盐中对水泥制品（砂浆、混凝土等）有腐蚀破坏作用，主要是能分解水泥水化物中起骨架作用的钙，使其发生软化、粉化、降低强度等，其反应方程如下:

（3）

氯盐中铵离子（）对钢铁有腐蚀作用，主要是通过电化学和化学反应与铁生成复合盐;按离子也对水泥制品由腐蚀破坏，其作用原理与作用相同。

土中的钠、钾、钙阳离子自身对金属和非金属没有明显的腐蚀性，但它们在介质（土、水等）存在，将提高介质的导电率，从而加速对金属的腐蚀。

1.3.2 氯盐对建筑材料的物理结晶腐蚀

物理结晶腐蚀是指具有一定矿化度环境水，在毛细作用下，从墙体潮湿一端进入墙体，由暴露在大气中的另一端蒸发，墙体孔隙中的溶液浓缩后结晶析出。在这一过程中，墙体受到盐结晶产生的膨胀压力，但这种膨胀压力随季节气温的差异，及建筑物的干湿状况的变化而周期性变化，而逐渐破坏建筑物的结构。其破坏位置多发生在水位变化区及干湿交替地带。由于物理结晶腐蚀受温度影响很大，若在土体含水量不变的情况下，土中盐的溶解与结晶取决于温度的变化，当温度保持恒定时，盐的溶解与结晶基本上达到平衡，不会产生结晶腐蚀。

1.4 冻胀和翻浆

很多盐渍土分布地区属寒区，含盐的水比不含盐的水的冰点低，但冬季温度低于含盐水的冰点以后也将冻结,所以盐渍土仍然产生冻结现象。当路堤在冬季受到冰结作用时，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。形成冰冻的土层中具有大小不同的冰粒或冰层，使其体积大大超过了土原有的孔隙和含水体积，即冻胀现象。

至春季融冻时，上层冰粒首先融化，而下层一时尚未融化，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，在振动荷载的周期性挤压、冲击作用，就出现翻浆，导致路面泥泞不堪。

2 常见病害防治措施

2.1 设置隔离层法

在路基内设置隔离层，防止水分进入路基上部。如果只是隔断毛细水，可用粗粒渗水材料修筑；如果同时要求隔断毛细水和汽态水，则可用沥青、土工布等不透水材料修筑。隔离层的埋置深度，对高等级公路要满足减少盐胀、冻胀的要求，同时考虑经济性和耐久性，一般以不小于1.0~1.5m为宜。隔断层是处治路基盐胀最有效、最简便的措施,应优先考虑采用。