一、引言
我国盐渍土面积约 3600 万公顷,在新疆、青海、甘肃、内蒙古、宁夏等省区分布尤为广泛。受气候干旱、蒸发强烈、地下水位高、矿化度大等因素影响,盐渍土表现出"盐胀、溶陷、腐蚀"三大工程病害。直接以盐渍土作为路基填料,易产生不均匀沉降、冻胀翻浆、路面鼓起开裂等问题。采用石灰对盐渍土进行改良,是目前工程中最常用、最经济的技术手段。
二、盐渍土的工程特性
2.1 盐分组成与分类
按含盐性质,盐渍土可分为氯盐渍土、亚氯盐渍土、亚硫酸盐渍土、硫酸盐渍土、碱性盐渍土等。其中,硫酸盐渍土的盐胀性最为显著,氯盐渍土的溶陷性最强。
2.2 主要工程问题
1.盐胀性: 硫酸盐在低温下结晶吸水,体积膨胀 2~3 倍,引发路基隆起;
2.溶陷性: 浸水后盐分溶解,土体结构破坏,承载力骤降;
3.腐蚀性: 氯盐与硫酸盐对混凝土、钢筋具有强腐蚀性;
4.水—盐敏感性: 干湿循环下含盐量与含水率剧烈变化,工程性质极不稳定。
三、试验材料与方法
3.1 试验材料
- 盐渍土: 取自新疆某高速公路 K86+400 段,深度 0.5~2.0 m,易溶盐总量 3.8%,其中 SO₄²⁻ 含量 1.6%,Cl⁻ 含量 1.2%,天然含水率 18.5%,液限 32%,塑限 14%,塑性指数 18,属亚硫酸盐渍土。
- 石灰: 当地钙质生石灰,有效 CaO 含量 82%,MgO 含量 4%,活性度 78℃。
3.2 试验方案
石灰掺量按干土质量百分比取 0%、4%、6%、8%、10%、12% 共 6 组,开展击实、液塑限、易溶盐含量、溶陷系数、盐胀率及无侧限抗压强度试验,养生龄期 7 d、28 d。
四、试验结果与分析
4.1 击实特性
| 石灰掺量 (%) | 最大干密度 (g/cm³) | 最佳含水率 (%) |
|---|---|---|
| 0 | 1.78 | 14.6 |
| 4 | 1.74 | 16.2 |
| 6 | 1.71 | 17.5 |
| 8 | 1.69 | 18.4 |
| 10 | 1.66 | 19.0 |
| 12 | 1.64 | 19.7 |
随石灰掺量增加,最大干密度下降,最佳含水率上升,与膨胀土改良趋势一致。
4.2 易溶盐含量变化
| 掺量 (%) | 易溶盐总量 (%) | SO₄²⁻ (%) | Cl⁻ (%) |
|---|---|---|---|
| 0 | 3.80 | 1.60 | 1.20 |
| 4 | 3.05 | 1.28 | 0.95 |
| 6 | 2.42 | 1.02 | 0.78 |
| 8 | 1.86 | 0.78 | 0.62 |
| 10 | 1.42 | 0.60 | 0.48 |
| 12 | 1.15 | 0.49 | 0.39 |
石灰掺入后,易溶盐总量及 SO₄²⁻、Cl⁻ 含量均显著下降。这是因为 Ca²⁺ 与 SO₄²⁻ 反应生成 CaSO₄·2H₂O(石膏),部分 Cl⁻ 与 Ca²⁺ 生成 CaCl₂,后者在后续淋洗中部分流失。
4.3 盐胀与溶陷
| 掺量 (%) | 盐胀率 η (%) | 溶陷系数 δ |
|---|---|---|
| 0 | 3.85 | 0.082 |
| 4 | 2.32 | 0.041 |
| 6 | 1.21 | 0.018 |
| 8 | 0.55 | 0.006 |
| 10 | 0.28 | 0.003 |
| 12 | 0.15 | 0.002 |
掺量 8% 时,盐胀率由 3.85% 降至 0.55%,溶陷系数由 0.082 降至 0.006,均已满足路基填料要求(η < 1%,δ < 0.01)。
4.4 强度
| 掺量 (%) | 7 d UCS (MPa) | 28 d UCS (MPa) | CBR (%) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.21 | 0.25 | 2.1 |
| 4 | 0.58 | 0.78 | 4.2 |
| 6 | 0.95 | 1.32 | 6.5 |
| 8 | 1.32 | 1.78 | 8.6 |
| 10 | 1.45 | 1.95 | 9.4 |
| 12 | 1.36 | 1.81 | 8.8 |
强度变化呈先增后减趋势,8%~10% 为最佳区间。综合盐胀、溶陷与强度指标,推荐掺量 8%。
五、改良机理
1.化学置换反应: Ca²⁺ 与 SO₄²⁻、Cl⁻ 反应生成难溶或微溶盐,降低易溶盐含量;
2.离子交换与絮凝: 同膨胀土改良机理,土粒扩散层减薄,塑性降低,水稳性提高;
3.火山灰与碳酸化反应: 生成 C-S-H、CaCO₃ 等胶结物,形成稳定骨架;
4.包裹与封闭作用: 火山灰产物包裹盐分结晶,抑制盐胀发育。
六、施工与防护建议
1.施工季节: 避开雨季与冬季,以减少盐分迁移与冻胀;
2.路床处理: 在改良土路床顶面铺设 20~30 cm 砂砾石或碎石隔断层,阻断毛细水携盐上升;
3.排水设计: 加大路基两侧边沟深度与坡度,降低地下水位;
4.包边与封层: 必要时采用"核心改良+外包非盐渍土"的填筑结构,削弱环境干湿循环影响;
5.防腐设计: 桥涵构造物采用耐腐蚀混凝土或增加保护层厚度。
七、结论
石灰能有效改良硫酸盐渍土的工程性质,显著降低其易溶盐含量、盐胀率与溶陷系数,并大幅提升强度与水稳性。在本试验条件下,推荐石灰掺量为 8%,此时盐胀率 0.55%、溶陷系数 0.006、28 d UCS 达 1.78 MPa,可作为高速公路、一级公路路床填料。结合完善的排水与隔断防护措施,石灰改良盐渍土路基能够满足重载交通条件下的长期稳定性要求。
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