第1章 绪论
1.1 盐渍土定义及分类
土体中所含盐量达到一定数量的土即可称为盐渍土[1]。土的含盐量可用百分数来表示，其大小为一定体积土体内盐分与其干土重量的比值[2]。盐渍土一般较普通土中的盐含量高或者其含有特殊盐分。 根据我国交通部《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）的有关规定，当地表下 1m 范围内易溶盐含量超过 0.3%的土体称为盐渍土，就视该类地基为盐渍土地基，则此时就应当按照盐渍土地基进行一系列的勘察、设计和施工等工作。根据工程性质的不同，盐渍土一般有以下几种分类方式： ⑴ 根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007）的规定，根据盐渍土中各离子在 100g 盐渍土中所含的毫克当量数的不同，可将盐渍土按照所含盐分性质分为如表 1-1 的不同形式。
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1.2 盐渍土的分布
据估计，全球范围内的盐碱土面积约占地球陆地面积的 7.26%，达到 9.5×108hm2，而我国盐碱土总面积为世界盐渍土面积的 10.53%，约为 1.0×108hm2。土壤盐渍化不仅与资源利用问题、生态环境及保护问题有关，而且与人类的生活也有密切关系，因此盐碱土的研究工作应得到更多国家和地区的重视，以帮助解决人口迅速增长、资源逐渐减少、在盐渍土地区的工程建设越来越多而带来的一系列危害等问题。 盐渍土在大洋洲、亚洲、美洲、非洲和欧洲均有分布[4]。各大洲所占全球盐渍土的面积如图 1-1 所示：就国家而言，大洋洲的澳大利亚等；美洲的阿根廷、巴拉圭、加拿大、美国、智利等；亚洲的伊朗、印度、印度尼西亚等；非洲的埃塞俄比亚、埃及等均有分布；欧洲的法国、西班牙、意大利、匈牙利等，但分布面积较小。我国的盐渍土主要分布在滨海、内陆到荒漠地带，包括东北的辽、吉、黑地区，其中吉林省西部的镇赉、乾安、大安、长岭、通榆、农安和前郭等地都有不同程度的盐渍土分布[5]；中西部的陕西、甘肃、宁夏地区；北部的内蒙古地区；西部的西藏、新疆地区以及沿海地区的广东、福建等地区。
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第 2 章 农安碳酸盐渍土的物质组成及物理化学性质
2.1 野外取样
作者分别于冬季土壤完全冻结前即 2014 年 10 月底及 11 月底对农安地区的碳酸盐渍化较明显地区的敖宝图泡及省道 S001 附近的两处旱地进行了实地调研和土样的采集工作。调研发现该地区盐渍化程度非常大，由于大量易溶盐在地表产生的结晶现象，则有些干燥的地表出现了断断续续呈块状的灰白色的现象，而在该地区盐渍土上生长的庄稼及其他植被生长态势弱，庄稼产量低，给当地农业和畜牧业生产带来了很坏的影响。其自然面貌如图 2-1 所示，在进行比较分析后，选取十一月底取样土坑的土样为研究对象，如图 2-2 所示。
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2.2 农安地区碳酸盐渍土的物质组成
2.2.1 粒度成分
土中不同大小粒径的土粒的相对含量即可称为土的粒度成分[44]，是影响土体工程地质性质的重要因素之一，其可直接影响土体冻胀，例如土体中粉粒含量较多，毛细作用较强，土体冻胀性也就越强；而土体中粘粒含量较多时，粘粒之间的结合水膜的阻力较大，毛细作用降低，土体冻胀性也就越低。根据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007）的有关规定，筛分法适用于土颗粒粒径大于 0.075mm的土体，比重计法适用于土颗粒粒径小于 0.075mm 的土体，则本试验采用《公路土工试验规程》(JTG E40-2007）的相关规定执行。本次试验所用分散剂为六偏磷酸钠[45-47]。根据所挖土层情况，记录结果如表 2-1 所示： 由表 2-1 可知，当加入六偏磷酸钠后，取样点所有土层土颗粒的粘粒含量均有不同程度的增长，溶液中拥有了大量可以交换的 Na＋，由于阳离子交换作用的存在，结合水膜会在土颗粒周围形成，厚度一般比较大，从而削弱了颗粒之间结合水的连接作用，使分散在粉土区间的土颗粒分散[48]。由于粒组含量发生变化，根据地矿部 DT-92 规程，加入六偏磷酸钠后土的定名也会发生变化，如未加分散剂的 50cm 的土为粉土，加入分散剂后，粘粒增多，此时的土即为粉质轻粘土。由试验结果得出，取样时土体中粉粒含量较多，此时土体的冻胀性明显，这为道路路基在冻融循环条件下发生冻胀创造了条件。
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第 3 章 无荷载作用下竖向冻胀率和法向冻胀力试验 ......... 21
3.1 试验仪器 ......... 21
3.2 无荷载作用下竖向冻胀率试验 ........ 21
3.3 无荷载作用下法向冻胀力试验 ........ 29
3.4 小结 .......... 36
第 4 章 超声波速检测试验 ...... 37
4.1 试件制备及试验仪器 .......... 37
4.1.1 试件的制备 ..... 37
4.1.2 试验仪器 ......... 38
4.2 超声波速测试 ........ 38
4.3 小结 .......... 44
第 5 章 碳酸盐渍土路基的冻胀病害及防治 ...... 45
5.1 冻胀病害及其原因分析 ...... 45
5.2 碳酸盐渍土路基冻胀主要防治措施 ....... 45
5.3 工程实例 ......... 51
5.4 小结 .......... 52
第 5 章 碳酸盐渍土路基的冻胀病害及防治
5.1 冻胀病害及其原因分析
在我国北方的农安地区，冻胀和翻浆是道路建设中的主要病害，且冻胀和翻浆可以作为判定基础埋置深度的依据。近些年来，由于车辆超载及车流量的增多，道路冻胀和翻浆的现象更加严重。 在农安地区碳酸盐渍土的土质中存有较多细颗粒，冻结时，土体会有原位冻胀和分凝冻胀的产生。从工程实践来看，虽然土体孔隙水的原位冻结会使土体体积膨胀，但实际观测到的土体由于冻胀产生的体积增加量却大得多，因此原位冻胀可以忽略。土体产生冻胀的主要原因之一是水分迁移，由于外界可以源源不断的补给水源，在寒冷天气条件下，当水体迁移到某个位置时产生冻结，此时土体体积将因冻结而产生膨胀。 土体产生冻胀必须具备三个必不可缺的条件，即冻胀敏感性土体、水源补给、较低温度。通过对农安省道 S100 道路不远处的路基土进行粒度成分的测定后发现，此时的土体以粉性土为主，属于冻胀敏感性土类，在不同击实度、不同含水率、不同含盐率情况下，会产生不同程度的冻胀。进入 11 月份，温度降低，水分围绕水中杂质形成结晶。 土体产生冻胀过程中的孔隙水结晶，并在冻结锋面附近形成聚冰层和冰夹层，这与土体中原始水分及迁移来的水分的结晶作用密切相关。土体的最大冻胀量包括冻结锋面上形成的聚冰层和未冻水结晶形成的分凝冰体产生的冻胀量。若在冻结锋面上同时增大体积和冻胀应力，当上部有冻土层存在时，冻胀应力会压密下卧层的未冻结土体，因此，地表外观冻胀量是在完成对非冻结土层压缩作用后而表现的冻胀增量。由于冰晶的“提纯”作用，许多杂质会从处于分凝结晶作用的冰晶上排出，包括土颗粒及其他较小的固体颗粒等。冻结过程中土颗粒在冻结界面前线产生移动的原因就是由于晶体的“提纯”作用的存在，“提纯”作用越强烈，结晶越缓慢。因此，土体产生冻胀现象的另一个原因是土颗粒产生位移，冰夹层一层层地垒叠起来的缘故。
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结论
本文通过对农安地区的碳酸盐渍土进行基本工程性质、冻融循环下的超声波速变化、竖向冻胀率、法向冻胀力等室内试验以及室外调研工作，对试验结果进行整理后，研究了碳酸盐渍土路基的冻胀特性。通过参阅前人设计和施工经验总结了目前在用的治理碳酸盐渍土路基冻胀的措施，结合实际工程项目吉林省嫩丹高速坦途至黑水段 B3 标段的碳酸盐渍土（起讫桩号为 K60+780-K61+440 和K61+760-K63+000）路段的防治冻胀的措施，在一定程度上验证了防治碳酸盐渍土路基冻胀措施中的换填法与设置隔断层法结合运用的实用性。具体如下：
（1）通过对农安取样地点各地层土样的分析，得出各地层土样存在时的自然物理状态；通过对各地层酸碱度的测试，得出其 PH 值最大值 8.86，最小值7.48，属于弱碱性；通过对各地层内易溶盐离子含量的测定，得出其阳离子以Na+为主，而其（HCO3-+CO32-）/（Cl-+SO42-）的范围在 0.35~0.846 之间，均大于 0.3，则该取样点的盐渍土属于碳酸（氢）盐渍土；加入六偏磷酸钠后的土颗粒的粘粒含量均有不同程度的增长；通过 X 射线衍射分析法测得取样点不存在角闪石及蒙脱石且伊利石、高岭石含量较低，具有亲水性不强的特点。
（2）通过对农安取样地点各地层土样进行竖向冻胀率试验，得出含盐率、含水率、击实度都对该地区路基冻胀产生了影响，且在含水率为 16%时的土样大都出现了收缩的现象。除去含水率为 16%的试件中，其他试件的冻胀率随温度控制的变化形成的变化趋势基本一致，即在 5℃~-7℃之间，试件的冻胀率增长较为剧烈，其中在 5℃~-3℃之间时的试件的冻胀率增长最为剧烈，而随着温度继续降低，试件的冻胀率增长值逐渐变缓，当降低至-10℃并保持 6h 之后，土体的冻胀值增长变得异常缓慢，这说明农安地区的碳酸盐渍土土体冻胀现象较明显的温度变化范围基本维持在由正温变成负温直至-10℃之间。
（3）通过对相同含盐量、相同含水率、不同击实度的试件进行比较后发现：击实度越大，即试件越密实，在相应温度变化后，其产生的法向冻胀力相对较大，说明在一定程度上，法向冻胀力与击实度之间存在一定的正比例关系，但是在另外一些情况下，法向冻胀力与击实度之间并不存在正比例关系；通过对相同含盐量、相同击实度、不同含水率的试件进行比较后发现：含水率越高，则试件土体间空隙被水分填充越饱满，随着温度降低，其冻胀现象越明显，会出现冻胀率大、法向冻胀力也大的现象，说明在一定程度上，法向冻胀力与含水率之间存在一定的正比例关系。
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参考文献(略)