(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院,新疆 烏魯木齊 830006)
羅布泊位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州東南部。20世紀中后期塔里木河和孔雀河下游流量銳減,羅布泊在水源補給不足和強烈蒸發(fā)的作用下,湖心處鹽類大量沉積,形成鹽巖與鹽蓋并存的干涸盆地。羅布泊區(qū)域地表呈干鹽湖鹽殼地貌,強鹽漬土及鹽巖分布廣泛,地下水則以飽和鹵水為主,區(qū)域內(nèi)無可供施工使用的水、砂、礫石等筑路材料。
省道235線按照三級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),是目前連接哈密和若羌的重要公路通道,其中k320~k510段合計190km,位于羅布泊干鹽湖區(qū)段內(nèi),以鹽巖填筑路基并作為路面使用。近年來,隨著交通量的迅猛增長,以鹽巖填筑的路基穩(wěn)定性逐年衰減,道路結(jié)構(gòu)損傷嚴重,溶洞、鹽脹等病害多發(fā),通行能力及服務(wù)水平降低,難以支持“東疆與南疆”交通運輸需求,成為區(qū)域路網(wǎng)中通而不暢的瓶頸路段。
羅布泊是典型的封閉內(nèi)陸干鹽湖,主要水源是孔雀河。20世紀60年代由于尉犁縣周邊興建水庫,利用大壩攔水,導(dǎo)致孔雀河下游斷流。而且羅布泊地區(qū)蒸發(fā)強烈,水分不斷蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶,經(jīng)過長期演變,形成了各種鹽分集聚而成的由鹽巖和粒狀、散鹽夾雜泥沙組成的固體地層,形成羅布泊鹽湖。
羅布泊鹽湖出露地層主要為第四系全新統(tǒng)(Q4),巖性為沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂和細砂。鹽湖地表為厚0.4m~1.2m堅硬的結(jié)晶鹽粒的鹽殼,其下為鹽晶體、黏土、粉質(zhì)黏土、含有機質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂層。地基土質(zhì)按含鹽量分類為氯化物—過鹽漬土,鹽化學(xué)成分分類屬:亞氯鹽、氯鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽。地表易溶鹽試驗如表1所示。
鹽巖是含鹽量較高的沉積物經(jīng)物理化學(xué)作用形成的沉積巖,含有氯化鹽、硫酸鹽等鹽分,與鹽漬土具有相近的工程特性。
1.溶蝕性:在干燥的情況下鹽巖的壓縮性小,但鹽巖中的鈉鹽、鉀鹽等氯化鹽易溶于淡水,在荷載和自重的作用下會產(chǎn)生不同程度的溶蝕。羅布泊鹽湖部分地區(qū)地下水位較淺,在1.1m~1.6m之間,但是地下水主要為飽和鹵水,對鹽巖路基影響較小。羅布泊地區(qū)日最大降水量可達21mm,鹽巖路基頂面無瀝青路面等隔斷層,部分鹽巖溶解于大氣降水,在車輛荷載作用下形成坑槽或在自重作用下形成溶洞。
2.鹽脹性:鹽巖中含有大量十水硫酸鈉(Na2SO4·10H2O),其受溫度影響極大,當(dāng)環(huán)境溫度高于32.4℃時,會脫水形成無水硫酸鈉;當(dāng)環(huán)境溫度低于32.4℃時,每個無水硫酸鈉分子又會結(jié)合10個水分子形成十水硫酸鈉,體積變?yōu)樵瓉淼?倍。根據(jù)羅布泊羅中氣象觀測站的觀測資料顯示,羅布泊白天最高氣溫可達48℃,夜間最低氣溫為9.2℃,晝夜溫差可達38.2℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于32.4℃時,便會出現(xiàn)鹽脹現(xiàn)象。
1.表面龜裂、網(wǎng)裂。鹽巖路基表面在水分蒸發(fā)后形成的龜裂、網(wǎng)裂現(xiàn)象。
2.鹽脹。土體內(nèi)硫酸鈉在低溫下溶解度下降吸大量水結(jié)晶而造成土的體積膨脹,土顆粒間孔隙增大,土粒松散。鹽脹可導(dǎo)致鹽巖路基拱曲變形、膨脹開裂,邊坡、路肩在鹽脹的作用下易松散、剝蝕。
表1 省道235線沿線地表易溶鹽試驗
3.溶蝕孔洞。施工過程,鹽巖路基中的鹽塊未均勻破碎,鹽塊間形成較大空隙。路基表面受大氣降水浸濕后,鹽塊逐漸溶蝕,雨水迅速在路基空隙中形成排水通道,在路基表面形成大小不一的坑槽,進而在路基范圍內(nèi)中形成孔洞。
4.車轍。該段交通量以大型車為主,主要是鉀鹽礦對外的公路運輸車輛。大型車輛多居中行駛,輪跡處長時間受到降水和車輛荷載的共同影響造成表層磨損,形成磨耗型車轍,影響行車安全。
5.坑槽。鹽巖路基表面不平整,部分鹽巖溶解于大氣降水,并在車輛荷載作用下形成坑槽。
6.表面起皮。鹽巖路基在干燥條件下強度高,板結(jié)性良好。施工過程中采用薄層貼補的方法在路基頂面進行找平,無法膠結(jié)在一起,將會在貼補層和原路基頂面形成“兩張皮”。表層在車輛荷載作用下逐步起皮、碎裂。
7.表面泛潮打滑。在降水天氣條件下,鹽巖路基表面的易溶鹽溶于降水,路表變得光滑,車輛行駛過程中易打滑、側(cè)滑。
8.邊坡的風(fēng)蝕和沖刷。鹽巖易溶于水,在大氣降水的作用下,邊坡易產(chǎn)生沖刷。
1.表面龜裂、網(wǎng)裂防治。小范圍可采用飽和鹵水及鹽巖粉末拌和漿液進行灌縫;大范圍應(yīng)采用銑刨機對裂縫區(qū)域的路基整體進行銑刨。
2.路基鹽脹防治。鹽脹現(xiàn)象集中出現(xiàn)在路基邊坡和路肩,應(yīng)對松散、剝蝕的路肩和路基邊坡及時整修和碾壓。
3.路基溶蝕孔洞防治。在施工過程中應(yīng)嚴格控制路基鹽巖填料的破碎程度,鹽巖填料的粒徑應(yīng)小于15cm。在反復(fù)破碎過程中使鹽巖填均勻料拌和,攤鋪過程中避免離析,按照最佳含水率均勻灑布飽和鹵水并碾壓,避免出現(xiàn)集水現(xiàn)象。對于路基孔洞病害,及時采用粉碎加飽和鹵水?dāng)嚢?,填入孔洞并充分夯實,夯實后壓實度?yīng)不小于95%。
4.車轍防治。加強路基的橫向排水,并對車轍及時修復(fù)。在行車明顯擺動或顛簸的路段,將路基隆起的部位銑刨清理,嚴禁采用“薄層貼補”的方法修補車轍輪跡。
5.路基表面起皮破壞防治。在鹽巖路基的表層施工時,嚴格控制碾壓厚度不小于15cm,禁止采用“薄層貼補”的方法找平。對現(xiàn)有路基起皮病害,應(yīng)及時采用銑刨機銑刨或者采用平地機刮平。
6.路基表面泛潮打滑防治。首先,應(yīng)增加路基的橫向排水,避免降水在路表形成水坑。其次,在雨天禁止車輛通行,保證車輛的安全。
7.邊坡的風(fēng)蝕和沖刷防治。鹽巖路基采用緩邊坡,邊坡坡率緩于1:4,施工時在標(biāo)準(zhǔn)路基寬度的基礎(chǔ)上每側(cè)幫寬碾壓0.3m。路基邊坡整修完畢后,再對邊坡碾壓成型,減小降水對邊坡的沖刷影響。
8.地表水隔斷防治。在鹽巖路基上鋪筑瀝青路面和下封層,阻斷降水滲入路基,可有效解決大氣降水對鹽巖路基的溶蝕問題。
根據(jù)羅布泊地區(qū)鹽巖成分和氣候特點,以及鹽巖溶蝕性、鹽脹性的特點,綜述了鹽巖路基常見的病害類型及成因,總結(jié)了羅布泊鹽巖路基的病害主要有表面龜裂(網(wǎng)裂)、鹽脹、溶蝕孔洞、車轍、坑槽、表面起皮、表面泛潮打滑、邊坡的風(fēng)蝕和沖刷等。針對羅布泊鹽巖路基的病害類型,提出相應(yīng)的防治技術(shù),為鹽巖路基的養(yǎng)護和后期改擴建提供了技術(shù)參考。