赵振国 么玉鹏 邓广辉 杨伟 田义斌

中交公路规划设计院有限公司

摘 要：基于盐岩的物理力学试验成果，对干盐湖地区公路路基填筑技术方案进行了研究，并对“两铺一压”和“两铺两压”2种盐岩路基压实工艺进行了分析。结果表明：“两布一膜复合土工布作为隔断，隔断层以下采用盐岩填筑，隔断层以上采用砂砾土填筑”的路基填筑方案经济性好，能够满足公路路基的各项技术指标要求。压实工艺上，2层虚铺、2次压实的压实效果虽优，但因地基承载性差易导致基底破坏，盐岩压实推荐采用2层虚铺、1次压实控制的工艺。经过试验段检测，盐岩填料的松铺系数位于0.94～1.44之间，其中“两铺一压”路床顶松铺系数离散度小，压实效果较好。盐岩填料压实后的弯沉值满足路床顶部低于160(10-2mm)的要求，K30载荷板试验满足地基系数不低于110 MPa/m的要求，研究提出的盐岩填筑方案和压实工艺可为干盐湖集料缺乏地区路基工程建设提供参考。

关键词：公路工程;盐岩路基;填筑方案;压实工艺;压实度;弯沉;

盐岩中含有大量的易溶盐，遇水时极易发生溶解，导致盐岩强度迅速降低，然而在板结情况下，盐岩强度很高，能够作为很好的路基填料和基础持力层[1,2]。境内使用盐岩作为路基填料的道路主要分布在青海、新疆、西藏等地区，包括省道235干盐湖段、青藏铁路察尔汗盐湖地区路基工程、哈罗铁路干盐湖段等，经实践证明效果良好，在保证路基填筑质量的同时大大节省了项目投资，缩短了建设工期。目前关于铁路盐岩路基的填筑方案和施工工艺已有较多研究，刘军勇等[3]通过物理力学试验、扫描电镜等手段研究了察尔汗盐湖盐岩的工程特性，根据试验路段总结了盐岩路基填筑技术和病害防治措施；刘贺业等[4]以哈罗铁路项目为依托，通过修筑试验段对比了4种盐岩路基基底处理方法，提出了利用盐岩作为铁路路基填料的方案，但现阶段关于公路盐岩路基填筑方案的分析很少，不同压实工艺下盐岩路基压实效果的研究不足[2,5,6]。文章拟通过公路盐岩路基填筑方案研究和不同压实工艺比选，形成公路盐岩路基填筑技术及压实工艺体系，为减轻既有盐岩路基病害及盐岩路基推广应用提供技术支撑。

1 盐岩物理力学特性

研究区位于新疆巴州某干盐湖地区，场地地势平坦开阔，地表全部为蒸发作用所形成的盐壳，成分主要为石盐，灰白色，板状结晶，硬度较大，含有少量的泥砂和其他盐类，厚度0.1～0.8 m。盐壳下部主要以粉土、粉细砂、粉质黏土为主，局部地段含水量高，饱和度超过80%。区内地层性质及分布特征如表1所示。

表1 研究区土体性质及总体分布情况 导出到EXCEL

本次研究选取拟建项目K106+400～K106+800为试验段。为了确定盐岩填料的物理性质、工程力学性质和技术参数，在试验段间隔开挖3个探坑，每个探坑0～0.05 m、0.05～0.25 m深度取得盐岩样品进行易溶盐测试。经检测，样品平均含盐量29.94%,平均氯硫比14.77,为氯化物过盐渍土。盐渍土中各离子含量如表2所示。

表2 填料易溶盐试验结果 导出到EXCEL

对试验段盐岩填料进行土工测试，测试项目包括含水率、击实试验、CBR试验等。测得试验段内盐岩天然含水率为1.5%,天然密度为1.521～1.530 g/cm3,最佳含水率为7.5%,最大干密度为1.66 g/cm3,CBR值为17.7%。

其结果见表3。

表3 填料土工试验结果 导出到EXCEL

2 公路盐岩路基填筑方案

在盐渍土地区填筑路基时，一般需要提前将表层盐壳清除，但在干盐湖地区，由于地下水呈饱和状态，无法再溶解盐壳，可不进行清除。青藏铁路察尔汗盐湖南端至格尔木间超氯盐渍土地区、哈若公路干盐湖段在路基填筑时未清除表层盐壳，在原地表撒卤水碾压后直接填筑砂黏土、砂土等路基填料，实践证明效果较好[7]。参照此填筑思路，原设计方案采取不清除地表盐壳，盐壳经喷洒卤水碾压密实后，天然砂砾加两布一膜土工布隔断在原地面直接填筑，路基填土高度按1.2 m左右控制，填筑方案如图1所示。

采用此填筑方案对K102～K109段原地基进行洒卤水碾压处理时，出现盐岩无法板结、重型车辆行驶轮迹深及“弹簧土”现象。基于土工试验结果及地质条件进行分析，无法板结及弹簧土现象产生的主要原因包括：

图1 天然砂砾路基填筑方案 下载原图

(1)闷料所用盐岩粒径、易溶盐含量及卤水矿化度达不到要求；

(2)盐壳厚度不足、不成大面积板状；

(3)盐壳层下部土层为饱和土，承载力不足，较薄的盐壳无法承受上部荷载。

天然砂砾填筑方案虽然能够保证优质路基填料的压实厚度，但并不适用于区内地质情况，且远运天然砂砾造价高昂，建设工期长。《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)、《盐渍土地区公路设计与施工指南》均规定干盐湖地段可采用盐岩填筑路堤，哈罗铁路干盐湖段也采用了盐岩作为路基填料，并保证了0.6 m厚的B类填料厚度[8,9,10]。综合考虑建设成本、施工周期、地质条件及可行性，形成盐岩路基填筑方案：采用两布一膜复合土工布作为隔断，隔断层以下路基采用盐岩填筑，隔断层以上采用砂砾土填筑，路基填土高度按1.2 m左右控制，隔断层以上砂砾土高度按0.8 m控制。考虑道路的安全性，应合理降低路基高度，填方边坡坡率采用1∶1.5、1∶1.75和1∶2.0,挖方边坡采用1∶1.5、1∶1.75[8,10],见图2。

图2 盐岩路基填筑方案 下载原图

本方案隔断层以上填土为砾类土，隔断层以下为盐壳，路堤填土高度满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)不小于0.3 m的要求[8]。施工单位重新进行了压实检验，盐岩压实度可达到96%以上、弯沉值低于160(10-2mm)。

经过试验路段检验，盐岩路基填筑方案能够满足公路路基的压实度和弯沉等各项技术指标要求，避免了大量土石方的远运，经济性良好，有较强的推广应用价值，本项目路基本体结构决定采用盐岩路基填筑方案。

3 盐岩路基压实工艺研究

为了确定盐岩填料压实工艺及施工参数，将K106+400～K106+800试验段均分为2段，按照2种不同的工艺流程进行施工工艺比选。

试验段1:K106+400～K106+600段，路基填筑按2层虚铺、2次闷料、1次压实控制，压实厚度控制为47 cm。

试验段2:K106+600～K106+800段，路基填筑按2层虚铺、2次闷料、2次压实控制，其中第一层压实厚度控制为20 cm, 第二层压实厚度控制为27 cm。

3.1原地面处理

对K106+400～K106+800试验段原地面整体进行整平压实处理。首先用推土机进行剥离初平，再采用装载机牵引平地装置进行整平。撒布卤水充分闷料后，为防止盐壳破坏，在施工过程中采用压路机静压2遍处理。

原地面平整压实后，每段选取5个点检测压实度，测得2个试验段的原地面平均压实度分别为92.74%、92.34%,压实度符合要求，但压路机及洒水车行进时均出现弹簧现象。

3.2试验段1盐岩铺筑工艺(两铺一压)

(1)初次破碎处理。

采用挖机对线路周边盐岩层进行初次剥离、破碎，将盐壳破碎至不大于15 cm粒径的粒料。

(2)第一层填料摊铺。

将填料运至K106+400～K106+600试验段，用推土机进行第一层摊铺、初平，松铺厚度控制在28～30 cm之间。填料推至填筑面后，进行第二次破碎、填充。

(3)第一层洒卤水闷料。

第一层填料充分破碎、细料密集填充、标高达到虚铺高度后，采用推土机进行初次碾压。

初步碾压后洒卤水闷料，卤水洒布量按照土工试验成果(表3)进行控制。最佳含水率取7.5%,天然含水率取1.5%,最大干密度取1.66 g/cm3,经计算现场按照100 m长度洒布26 m3卤水进行控制，所有试验路段填筑时统一从固定的卤水坑取水，洒水车行驶速度控制在5 km/h内慢速行驶，分3次进行重复洒布。

(4)第二层填料摊铺及洒卤水闷料。

第一层填料闷料24 h后，检测达到碾压要求，采用压路机静压1遍，以进一步破碎填料，根据工序流程进行第二层铺料施工。第二层铺料完全按照第一层的工艺进行，整体初平后进行洒卤水闷料。闷料24 h后检测填料含水率，经检测填筑断面范围内平均含水率为7.2%。

(5)填料碾压。

两层填料填筑和闷料完毕后进行碾压，共碾压8遍。初压包括静压1遍、弱振1遍，复压为强振5遍，终压为静压收光1遍。

3.3试验段2盐岩铺筑工艺(两铺两压)

(1)第一层填料摊铺。

第一层填料的破碎、摊铺、洒卤水闷料按照K106+400～K106+600段施工工艺进行。

(2)第一层填料碾压。

在洒完卤水、闷料24 h后进行含水量检测，达到碾压要求。进行2遍碾压施工，第1遍为静压，第2遍弱振试压时出现“弹簧”现象，实测压实度89.7%,未达到设计要求。为避免破坏原地面结构未进行下一步碾压，采取静压2遍的方式，测得2次静压后的平均压实度分别为91.1%、93.2%。

(3)第二层填料摊铺。

完成第一层试验检测后，开始第二层铺料施工，压实厚度按照27 cm控制，松铺厚度控制在32～34 cm之间。第二层铺料完全按照第一层的工艺进行，整体初平后洒布卤水闷料，闷料24 h后检测填料含水率，经检测填筑断面范围内平均含水率为7.4%。

(4)第二层填料碾压。

填筑和闷料完成后进行第二层碾压施工，共碾压8遍，初压包括静压1遍、弱振1遍，复压为强振5遍，终压为静压收光1遍。

3.4路基压实效果分析

针对K106+400～K106+600和K106+600～K106+800的2个试验段，在控制相同的最终压实厚度条件下，每段每完成1遍碾压后选取6个点实测盐岩路基压实度，最终求得每次碾压后的平均压实度，绘制平均压实度与碾压遍数关系曲线，如图3所示。

图3 试验段碾压遍数与平均压实度关系 下载原图

从图3可以看出，最终压实厚度相同且最上层达到95%以上的压实度要求时，“两铺一压”和“两铺两压”2种压实工艺的压实遍数分别为7遍和6遍；相同压实遍数下，“两铺两压”的压实度比“两铺一压”平均高约1.6%,说明盐岩路基分2遍压实的效果要优于1遍压实。但由于研究区地基软弱，含水率高，松铺厚度较薄容易出现弹簧现象，压实度检测不合格，甚至可能导致地基结构发生破坏，同时2次压实也增加了施工成本，因此，研究区内选择2次虚铺、2次闷料、1次压实、控制最终压实厚度为47 cm的施工工艺。

从松铺系数散点图(图4)可以看出，研究区盐岩松铺系数位于0.94～1.44之间，平均值1.10,其中K106+400～K106+600段(试验段1)第一层和第二层的松铺系数平均值为1.13、1.08,K106+600～K106+800段(试验段2)第一层和第二层的松铺系数平均值为1.12、1.08。在不同试验段的同一个铺筑层，不同里程的松铺系数总体差异性显著，其中试验段1松铺系数分布均匀、离散度相对较小，试验段2分布杂乱、离散度较大；说明在排除压实机械、测量人员水平等因素的影响下，“两铺一压”工艺各压实层平整度高，压实效果好，而“两铺两压”的铺筑厚度薄，各层压实的平整度较差，压实效果不佳。

图4 两种填筑方案松铺系数分布 下载原图

对试验段1成型后的左右两幅路基进行了弯沉检测(图5),可以看出盐岩填料压实后的回弹弯沉值总体分布于100～156(10-2mm)之间，满足路床顶不高于160(10-2mm)的要求，同时路床顶横向和纵向差异性比较小，路基总体压实比较均匀。路基压实完成后开展了地基系数测试，K30载荷板试验结果为：256 MPa/m、240 MPa/m、129 MPa/m、224 MPa/m、216 MPa/m、156 MPa/m, 全部满足设计及规范中砂类土地基系数不低于110 MPa/m的要求[11,12]。

图5 K106+400～K106+600左右幅弯沉值散点图示 下载原图

4 结语

(1)研究区盐壳层较薄，下伏地质条件差，“直接撒卤水碾压后填筑天然砂砾”的填筑方案容易产生深车辙和弹簧土现象。路基填筑推荐采用“两布一膜复合土工布作为隔断，隔断层以下路基采用盐岩填筑，隔断层以上采用砂砾土填筑”的方案，路基填土高度按1.2 m左右控制，隔断层以上砂砾土高度按0.8 m控制。方案能够保证充足的地基承载力，经试验段检验效果良好，具有较好的经济性和推广价值。

(2)经压实度检测，“2层虚铺、2次压实”工艺的总体压实效果略优于“2层虚铺、1次压实”,但“两铺两压”工艺在第一层碾压时盐壳层较薄，弱振碾压时出现弹簧土现象且压实度检测不合格，压实工艺不适用，研究区路基施工推荐采用2层虚铺、1次压实的工艺。

(3)研究区盐岩路基松铺系数位于0.94～1.44之间，平均值为1.10,其中“两铺一压”路床顶松铺系数比“两铺两压”离散性小，表明路基的平整度高、压实效果好。盐岩填料压实后的回弹弯沉值分布在100～156(10–2 mm)之间，满足设计路床顶低于160(10–2 mm)的要求，K30载荷板试验满足地基系数不低于110 MPa/m的要求，说明“两铺一压”填筑工艺能满足设计要求的强度和承载力。

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