CN107100047A - 适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构及施工方法 - Google Patents

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CN107100047A CN201710150702.1A CN201710150702A CN107100047A CN 107100047 A CN107100047 A CN 107100047A CN 201710150702 A CN201710150702 A CN 201710150702A CN 107100047 A CN107100047 A CN 107100047A
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杨新龙
周豫新
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张国强
李程
周建娇
王立波
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Abstract

本发明公开了一种适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构及施工方法，该盐岩卤水路基结构包括自下而上呈梯形依次设置在土基上的透水性土隔断层、盐岩填筑层、下封层和细粒式沥青面层，且梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次设置有防渗保温层和防护层；该施工方法根据盐岩卤水路基结构的特点，自下而上由内至外，根据常规施工方法即可实现。本发明针对干盐湖地区的地质气候条件，因地制宜的利用干盐湖地区的盐岩材料提出一种适用于该地区新型、耐久稳定的路基结构，并提出相应的施工方法。彻底颠覆道路设计中对盐岩的认识，大幅降低干盐湖地区道路建筑成本的同时，为该类地区的道路设计、施工提供了参考。

Description

适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构及施工方法
技术领域：
本发明属于道路施工技术领域，尤其涉及一种适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构及施工方法。
背景技术：
干盐湖地区的形成是一个漫长的过程，首先在地面水、地下水的作用下，不断从周围聚集盐分，形成盐湖，接着由于当地气候的变迁、降雨稀少、水源补充不足和强烈蒸发作用，盐湖的水域面积逐渐缩减，直致最终完全干涸，形成盐岩与盐盖并存的干盐湖地区。近年来，由于国建经济发展和战略部署，需要逐步完善国家路网布局，在干盐湖地区的公路建设基本为空白；且干盐湖地区在漫长地质历史年代的演变过程中，沉积了大量的盐类矿物，蕴藏着大量可开发利用的钾、钠、镁资源。而中国是一个钾肥消费大国，同时又是钾资源相对不足的国家，供需矛盾突出。
但干盐湖地区通常地质条件复杂，地层土质呈现不同程度的盐渍化，而由于盐渍化引起道路路基发生盐胀和溶解性湿陷所引发的病害以成为该类地区道路修筑的一大难题。且干盐湖地区筑路材料、淡水资源极度匮乏，使得干盐湖地区的道路建设困难重重。
因此如何因地制宜、就地取材，利用当地的卤水、盐岩作为筑路材料，采用特殊结构，建成工程造价低，路基强度、水稳定性、抗裂性、耐久性等均能达到使用要求的适用于干盐湖地区的盐岩、卤水路基结构和施工方法，为干盐湖地区道路建设开辟广泛前景，对我国经济发展、战略部署和路网完善都具有十分积极的意义。
发明内容：
本发明的目的在于为干盐湖地区的道路修筑提供技术支持和指导，提供一种适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构及施工方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，包括自下而上呈梯形依次设置在土基上的透水性土隔断层、盐岩填筑层、下封层和细粒式沥青面层，且梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次设置有防渗保温层和防护层。
本发明进一步的改进在于，盐岩填筑层中的易溶盐总量不低于40％，且易溶盐中[Cl-/SO4 2-]值控制在3.0～25.5以内。
本发明进一步的改进在于，防渗保温层由土工纤维材料铺设而成。
本发明进一步的改进在于，防护层的厚度为10cm～20cm，其修筑材料为盐泽土加砂的混合体、化学处理硫酸盐渍土或砂卵石与土混合体。
本发明进一步的改进在于，透水性土隔断层包括自下而上依次设置的第一粗砂反滤层、混合体隔断层和第二粗砂反滤层。
本发明进一步的改进在于，第一粗砂反滤层、第二粗砂反滤层均由粗砂铺筑而成，混合体隔断层由卵石、砾石和砂砾铺筑而成。
本发明进一步的改进在于，梯形盐岩卤水路基结构的两侧还开设有排水沟。
本发明进一步的改进在于，包括以下步骤：
1)先将土基清表30cm，按照岩土调查报告对路段进行处理后碾压至压实度达到93％以上；
2)铺筑第一粗砂类反滤层，铺筑厚度范围为40～70cm；
3)在第一粗砂类反滤层上铺筑混合体隔断层；
4)在混合体隔断层上铺筑第二粗砂类反滤层，铺筑厚度范围为10～25cm；
5)在第二粗砂类反滤层铺筑盐岩填筑层，盐岩填筑层的厚度为18～32cm；
6)在盐岩填筑层上铺设下封层，且下封层采用洒布乳化沥青的方法进行铺设；
7)在下封层上铺设细粒式沥青面层，细粒式沥青面层的厚度为5～10cm；
8)在梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次铺设防渗保温层和防护层，防护层的厚度为10cm～20cm。
本发明进一步的改进在于，步骤6)中，乳化沥青的质量符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的技术要求。
本发明进一步的改进在于，还包括以下步骤：
9)在梯形盐岩卤水路基结构的两侧分别开设排水沟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，该盐岩卤水路基结构包括自下而上呈梯形依次设置在土基上的透水性土隔断层、盐岩填筑层、下封层和细粒式沥青面层，且梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次设置有防渗保温层和防护层，相对与常规的路基结构需要对路基中的盐含量进行控制，盐岩卤水路基结构由于透水性土隔断层、防渗保温层和防护层的设置，以及特殊的气候环境，能够有效的消除路基的溶解湿陷性和盐胀等病害。
进一步，经过XRD组分分析和性能对比发现，路基盐岩填筑层中易溶盐总量不宜低于40％，且易溶盐中[Cl-/SO4 2-]值宜控制在3.0～25.5以内，这样可以使得路基盐岩填筑层具有一个较佳的效果。
进一步，防渗保温层由土工纤维材料铺设而成，其铺设于盐岩填筑层顶面和路基边坡坡面上，防水保温性能强，对减小路基的冻害效果十分显著。
进一步，所述防护层的厚度为10cm～20cm，其修筑材料为盐泽土加砂的混合体、化学处理硫酸盐渍土或砂卵石与土混合体，其铺筑在防渗保温层外侧，并将整个路基结构包裹在内，起到防止边坡松胀和雨水淋溶冲刷的作用，同时也能保持土体温度，防护层的厚度要根据所选材料和当地气候条件而定，此法综合效果好且较为经济。
进一步，透水性土隔断层布置在盐岩填筑层之下，有效解决了干盐湖地区地下水位较高的问题，由第一粗砂反滤层、混合体隔断层和第二粗砂反滤层组成，第一粗砂反滤层、第二粗砂反滤层均由粗砂铺筑而成，混合体隔断层由卵石、砾石和砂砾铺筑而成，透水性土隔断层可防止或减弱毛细作用引起的地下水位升高。
进一步，排水沟的设置有效的保证的道路外部的水分不会进入路基并对路基造成影响。
本发明提供的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的施工方法，该施工方法采用常规的施工方法即可实现，操作简单，并且本发明的施工方法，针对于干盐湖地区的气候、地质条件和筑路材料的特点，因地制宜、就地取材，利用当地的卤水、盐岩材料作为筑路材料，既降低工程造价，又能形成路基强度、水稳性、抗裂性、耐久性等均能达到使用要求的基层结构，为干盐湖地区的道路修筑开辟了新的思路。
附图说明：
图1为本发明适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的示意图。
图2示出本发明一实例中所用到盐岩材料的XRD测试结果。
图3示出本发明一实例中所取岩盐材料的最大干密度和最佳含水率实验结果。
图4示出盐岩路基最低填筑高度计算方法。
图中：1-盐岩填筑层，2-第一粗砂类反滤层，3-混合体隔断层，4-防护层，5-细粒式沥青面层，6-排水沟，7-下封层，8-土基，9-透水性土隔断层，10-第二粗砂类反滤层，11-防渗保温层。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，该盐岩卤水路基结构由盐岩填筑层1、透水性土隔断层9、防渗保温层11和防护层4组成。盐岩卤水路基结构的最顶层为盐岩填筑层1，主要由破碎到一定级配要求的盐岩材料在喷洒饱和卤水至最佳含水量碾压后成型，为整个路基承载能力的主要提供者，在其顶面洒布下封层7后即可成型细粒式沥青面层5；所述透水性土隔断层9布置在盐岩填筑层1之下，由第一粗砂反滤层2、混合体隔断层3和第二粗砂反滤层10组成，第一粗砂反滤层2、第二粗砂反滤层10均由粗砂铺筑而成，混合体隔断层3由卵石、砾石和砂砾铺筑而成，透水性土隔断层9可防止或减弱毛细作用引起的地下水位升高；所述防渗保温层11布置在整个路基结构的边坡外侧，由土工纤维材料铺设而成，可起到隔断外部水流侵入路基结构并同时能够保持路基结构内部温度的作用；所述防护层4铺筑在防渗保温层11外侧，并将整个路基结构包裹在内，起到防止边坡松胀和雨水淋溶冲刷的作用，同时也能保持土体温度，防护层的厚度要根据所选材料和当地气候条件而定，此法综合效果好且较为经济。
施工时首先将土基清表30cm，按照岩土调查报告对特殊路段进行处理后碾压至压实度达到93％以上。
然后铺筑第一粗砂类反滤层2，该层具有隔断地基土对透水性土隔断层污染的效果，并需要对地基进行初步找平的作用，故层厚比较大，材料一般以粒径小于4.75mm的砂砾，避免采用含泥量超标或粉质材料含量过大的砂砾材料，以防止对透水性土隔断层9的直接污染；铺筑厚度推荐范围为40～70cm。
在第一粗砂类反滤层2上铺筑混合体隔断层3，混合体隔断层3一般采用粒径较大的天然砾石或碎石，能够碾压成型后形成骨架结构，具备一定承载能力的同时保证有足够大的孔隙率防止毛细水的上升；所用砾料粒径要求13.2mm～26.5mm含量超过75％，但要严格控制超粒径集料的含量，同时集料的含泥量、
坚固性、压碎值和硫酸盐含量等指标需满足《公路路面基层施工技术规范》
(JTG/T F20-2015)；混合体隔断层3的设置层厚可根据下面的计算方法计算得到，也可根据经验推荐范围取值。经验法取值范围如表1所示：
表1混合体隔断层厚度参考值
地基土质类别 砂砾土 粗、中砂 风积沙 粉质土 粘质土
设置层厚(m) 0.20 0.30 0.40 0.5～0.8 0.6～0.9
混合体隔断层厚度与所用透水性土的颗粒级配、粉土含量以及地下水位埋深和路基高度有关。其值可以参考已有公路路基上的混合体隔断层确定，亦可由土基的地质层构成，通过计算求其毛细水上升高度后，获得混合体隔断层厚度的最小值。由于过去没有确定的厚度计算方法，有的地段设置厚度不够，起不到隔断毛细水的作用，有的地段设置太厚，浪费材料。为此，给出下列相关计算公式(摘自铁道部第一勘测设计院主编《铁路工程设计技术手册·路基》)如果路基为匀质层：
(1)粘性土。
Hc＝0.59+0.0485Ip+1.6963d10-0.328+2.293dcp-0.229 (1)
式中:
Hc——毛细水强烈上升高度(m)；
Ip——土的塑性指数d10——有效粒径(μm)；
dcp——平均粒径(μm)；
(2)砂类土。
Hc＝0.29+0.0567Wm+1.5457d10-0.240+1.409dcp-0.198 (2)
式中:
Hc——毛细水强烈上升高度(m)；
Wm——最大分子含水量(粉、细砂用吸水介质法或离心含水当量法。中粗砂等采用高柱法)
其他符号含义同上式。
如果路基为非匀质层：
假设h1、h2…hn为已知各土层厚度，H1、H2…HN为已知相应均质土层的毛细水强烈上升高度。假设毛细水强烈上升高度(Hc)的顶点距第n层顶面的距离为△h。
为了求得△h的值，按毛细水强烈上升高度的物理量相等原则，以其中某一土层的毛细水上升高度(HP)为标准，与其他各土层的毛细水强烈上升高度的比值，将各土层的厚度换算为该土层的相对厚度。则的Hc与Hp的物理量相等，故可以用下式表示。
式(2)代入式(1)，即可求得Hc
计算步骤：
第一步、按式(1)或式(2)计算各均质上层毛细水强烈上升高度；
第二步、确定n层。当时，则参与计算的最后一层(从地下水位开始往上计算)Ht
便为所求的第n层。
第三步、按式(5)计算非均质层毛细水强烈上升高度Hc。
则混合体隔断层厚度的最小值D＝h1+Hc-h。其中h1冻前地下水位，Hc为土基毛细水强烈上升高度，h为混合体隔断层底部高度。
接着在混合体隔断层3上铺筑第二粗砂类反滤层10，第二粗砂类反滤层10的铺筑材料和第一粗砂类反滤层2的相同，只是作用有差异，用于防止上层的盐岩填筑层1与透水性土隔断层9之间的直接接触造成对透水性土隔断层9的成分污染，且由于盐岩填筑层1的材料组成可控情况单一，第二粗砂类反滤层10的层厚也相对较薄，推荐为10～25cm。
在第二粗砂类反滤层10铺筑盐岩填筑层1，盐岩填筑层1是将符合要求的岩盐材料经过破碎、破碎层精平、洒饱和卤水、碾压和表面收光等步骤将岩盐材料碾压成压实度不低于95％的基层，盐岩填筑层1的厚度应在18～32cm内。对材料的要求以及整个盐岩路基的高度如下。
所述盐岩路基最低高度(m)可采用下式确定：
Hmin＝h1+h2+h3+h0 (1)
式中：Hmin—为最低设计标高；
h1—为冻前地下水位标高；
h2—为毛细水上升高度；
h3—为临界冻结深度；
h0—为安全高度(一般采用0.3～0.5m)。
安全高度h0是考虑使毛细水强烈上升高度的顶点与临界冻结深度的底部之间要留出一定的距离，以免毛细水强烈向上转移。图4为盐岩路基最低填筑高度计算示意图。
所述路基盐岩填筑层1用盐岩材料，经过XRD组分分析和性能对比发现，岩盐材料中易溶盐总量不宜低于40％，且易溶盐中[Cl-/SO4 2-]值宜控制在3.0～25.5以内；盐岩以双层塑料袋保湿、恒温(20℃)、相对空气湿度为60％～70％的不浸水养生7天、95％压实度条件下无侧限抗压强度不得低于0.5MPa时使用效果最佳。对于复测后部分地表土质含盐量仍低于40％的路段，可结合试验采用润洒饱和卤水晾晒蒸发后作为顶层0.2m厚盐岩路基的填料。若使用效果不佳，也可采用远运盐岩作为顶层0.2m厚盐岩路基的填料。如图2示出本发明一实例中所用到盐岩材料的XRD测试结果。
所述路基盐岩填筑层1用盐岩材料，其最大干密度与最佳含水率应由当地盐岩材料取样后经试验确定。图3示出本发明一实例中所取岩盐材料的最大干密度和最佳含水率实验结果。
在所述盐岩填筑层1上铺设下封层7，下封层7采用洒布乳化沥青的方法进行铺设，所用乳化沥青的质量符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的技术要求；推荐洒布量为0.8～1.0kg/m2。
所述细粒式沥青面层5铺筑在整个盐岩卤水路基结构的顶面，作为面层，有着提供平稳舒适行车环境、直接承受车辆荷载和抗滑等功能性作用，由于干盐湖地区交通量较小，气候环、地质情况境特殊，选用耐久、防渗能力好的细粒式沥青混合料铺筑，所用细粒式沥青混合料应符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的技术要求；推荐铺筑厚度为5～10cm。
所述防渗保温层11铺筑在盐岩填筑层9上，由土工纤维材料铺筑而成，铺设于盐岩填筑层顶面和路基边坡坡面上，防水保温性能强，对减小路基的冻害效果十分显著。在本发明的一个实例中，所选用土工纤维材料的物理力学性能指标应符合表1中的技术要求。
表1用于隔断层的土工合成材料物理力学性能指标
所述防护层4的厚度一般为10cm～20cm，可根据材料特点和铺筑方式进行调整，防护层4的修筑材料一般为盐泽土加砂的混合体、化学处理硫酸盐渍土、砂卵石与土混合体等，但最终由当地气候条件和筑路材料确定。
所述土基8的排水设计为自路基中线向两侧的2％的横向坡面。当土基的自由含水率大于液限时，如其厚度小于1m时，设计中应注明全部清除并换填渗水土壤；其厚度大于1m时，则按照软土路基有关规定进行设计。对于地下水为较高的过盐渍土地区，路肩高程应高出最高地下水位加毛细水强烈上升高度加最大蒸发深度加0.5m。作为优选，用于填筑的盐岩材料中应严格控制硫酸盐的含量(应小于0.3％)，且由于盐岩材料中氯盐含量超过临界溶解含量时，则以晶体状态析出，同时对材料产生胶结作用，使材料的力学强度提高；因此选择填料时应优选氯盐含量较高的料场。
本发明提供的一种适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)盐岩材料破碎
首先将盐岩材料按照1.4～1.6的松方系数倒置于平整后的土基上，用230推土机推开料，依靠推土机的自重及履带来回碾压，将块状盐岩材料碾碎，同时推土机的铧犁将掩埋在底层的块状盐岩材料翻出，反复此工序直至将块状盐岩材料的粒径破碎到15cm以下。压实厚度在20～23cm的范围内破碎效果最佳。图4示出本发明一实例中岩盐材料破碎过程。
(2)盐岩破碎层精平
将盐岩材料破碎并达到要求后，在采用平地机对盐岩破碎层进行精平，压实系数控制在1.04～1.12的范围内。
(3)洒饱和卤水
采用边洒边浸润的方法洒饱和卤水，按最佳含水量控制饱和卤水的喷洒量(未考虑蒸发)，压实厚度不超过20cm时润湿效果最佳。
(4)碾压
在进行碾压之前首先对饱和卤水的洒布量进行检测，保证岩盐材料层表面没有水迹，再进行碾压，先弱振、后强振、再弱振，每条碾压带之间重叠20cm，碾压速度以不超过4km/h为宜。
(5)重复(1)～(4)工序，直至路基顶面。
(6)表面收光
待压实度检测完后，可在表面少洒点卤水，以弱振一遍收光路的表面。
(7)铺设防渗保温层
铺设防渗保温层时，应平展紧贴下承层，不允许有褶皱低的一幅接头在下，高的一幅接头在上，铺设完成后要仔细检查有无破损，如有破损应在破损处的上面加铺一块大小适当，能防止破损处漏水的土工合成材料补强。
(8)修筑防护层
根据当地的筑路材料和气候特点确定防护层的修筑材料、结构形式和厚度后，在防渗保温层上成型防护层，施工时应注意对防渗保温层采取保护措施。

Claims (10)

1.适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，包括自下而上呈梯形依次设置在土基(8)上的透水性土隔断层(9)、盐岩填筑层(1)、下封层(7)和细粒式沥青面层(5)，且梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次设置有防渗保温层(11)和防护层(4)。
2.根据权利要求1所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，盐岩填筑层(1)中的易溶盐总量不低于40％，且易溶盐中[Cl-/SO4 2-]值控制在3.0～25.5以内。
3.根据权利要求1所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，防渗保温层(11)由土工纤维材料铺设而成。
4.根据权利要求1所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，防护层(4)的厚度为10cm～20cm，其修筑材料为盐泽土加砂的混合体、化学处理硫酸盐渍土或砂卵石与土混合体。
5.根据权利要求1所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，透水性土隔断层(9)包括自下而上依次设置的第一粗砂反滤层(2)、混合体隔断层(3)和第二粗砂反滤层(10)。
6.根据权利要求5所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，第一粗砂反滤层(2)、第二粗砂反滤层(10)均由粗砂铺筑而成，混合体隔断层(3)由卵石、砾石和砂砾铺筑而成。
7.根据权利要求1所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构，其特征在于，梯形盐岩卤水路基结构的两侧还开设有排水沟(6)。
8.适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先将土基(8)清表30cm，按照岩土调查报告对路段进行处理后碾压至压实度达到93％以上；
2)铺筑第一粗砂类反滤层(2)，铺筑厚度范围为40～70cm；
3)在第一粗砂类反滤层(2)上铺筑混合体隔断层(3)；
4)在混合体隔断层(3)上铺筑第二粗砂类反滤层(10)，铺筑厚度范围为10～25cm；
5)在第二粗砂类反滤层(10)铺筑盐岩填筑层(1)，盐岩填筑层(1)的厚度为18～32cm；
6)在盐岩填筑层(1)上铺设下封层(7)，且下封层(7)采用洒布乳化沥青的方法进行铺设；
7)在下封层上铺设细粒式沥青面层(5)，细粒式沥青面层(5)的厚度为5～10cm；
8)在梯形盐岩卤水路基结构的两侧边坡上由内至外依次铺设防渗保温层(11)和防护层(4)，防护层(4)的厚度为10cm～20cm。
9.根据权利要求8所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的施工方法，其特征在于，步骤6)中，乳化沥青的质量符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的技术要求。
10.根据权利要求8所述的适用于干盐湖地区的盐岩卤水路基结构的施工方法，其特征在于，还包括以下步骤：
9)在梯形盐岩卤水路基结构的两侧分别开设排水沟(6)。
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