新疆哈密至罗布泊沿线盐渍土特征及其灾害探析

慈 军 ，张远芳，刘 亮 ，那姝姝，刘 威

（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 8 30052）

0 引言

盐渍土是指地表下1m以内，易溶盐含量大于0.5％的土。土中含盐量超过这个标准时，土的物理力学性质将发生很大变化。盐渍土地区公路病害主要有盐胀、翻浆、溶陷和腐蚀等类型［1］。盐渍土的三相组成与一般土不同，液相中含有盐溶液，固相中含有结晶盐，尤其是易溶的结晶盐［2］，可溶盐分在结晶时体积将产生膨胀，溶化时又将产生溶陷。由哈密通往罗布泊地区的线路，对开发沿线矿产、旅游资源、促进东西部地区优势互补将起到积极作用，而素有“大耳朵”之称罗布泊（图1）却是重盐渍土［3］地区，土壤盐渍化往往是一些路基失效的主要破坏方式，对公路及铁路等工程建设的危害性很大，应对该沿线的盐渍化问题有个明确的认识和了解。

图1 罗布泊的卫星云图Fig.1 The satellite cloud graph of Lop Nur

1 沿线地形地貌

哈密至罗布泊线路（图2）北起兰新铁路哈密火车站，沿哈密盆地向南，以路堑通过天山支脉觉罗塔格、库鲁克塔格东部低山丘陵，进入罗布泊平原。沿线经过区域，按地貌可分为哈密盆地冲洪积平原区、觉罗塔格和库鲁克塔格山低山丘陵区、罗布泊湖积平原区。

1.1 哈密盆地冲洪积平原区

哈密盆地为我国最大的内陆盆地之一，地形为北高南低、东西倾斜，北部为天山山脉，南部为低山剥蚀丘陵，中部为南湖戈壁。线路海拔高程为510～700m，地形较平坦、开阔，地面横坡小于5‰。由于气候干旱，降雨量小、蒸发量大，局部地段存在盐渍土现象（图3）。

图3 哈密盆地冲、洪积平原区Fig.3 The diluvial-alluvial plain of Ham i Basin

1.2 觉罗塔格、库鲁克塔格山低山丘陵区

觉罗塔格、库鲁克塔格山为天山东部支脉，地形中间高，为低山丘陵和剥蚀丘陵区，两面低，北部与哈密盆地接壤，为南湖戈壁，南部与罗布泊凹地相接。海拔高程700～1400m，相对高差较小，一般为10～50m，山体平缓，局部呈剥蚀准平原，大部分基岩裸露，局部山间凹地、沟谷为第四系洪积圆砾土。由于气候干旱，降雨量小，蒸发量大，地表植被稀疏，无地表水（图4）。

图4 库鲁克塔格山区风蚀残丘地貌Fig.4 The erosion monadnock geomorphology of Kulukatag

1.3 罗布泊湖积平原区

罗布泊湖积平原位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内，塔里木盆地东部，其行政区划属若羌县管辖。北部以库鲁克塔格山山前洪积扇为界，南至阿尔金山，东边为北山，西边为库鲁克沙漠。盐湖南北长115km，东西宽90km，面积10350km2，是世界上最大的干盐湖之一（图5、6）。

2 沿线气候条件

图5 罗布泊湖积平原区罗北凹地Fig.5 The north hollow of the Lop Nur Lacustrine p lain

图6 罗布泊湖积平原区东台地Fig.6 The east platform of the Lop Nur Lacustrine plain

由于新疆地处亚欧大陆的腹地，远离海洋，因此气候为具有强烈的大陆性干燥气侯，表现为干旱和荒漠化的气候特征。哈罗线路沿线所经地区为哈密盆地和罗布泊地区，属典型的大陆性干燥气侯，一般夏季高温，冬季寒冷，干旱少雨，极端高气温可达43.9℃ ～48℃，最低气温可降到 -32.0℃；最大降水量19.9mm/d，年总蒸发量很大，约4169.1～5065mm，年降水量一般在34.6～38.5mm，降水一般集中于6、7月。其中罗布泊地区尤其以气候干热，昼夜温差大，蒸发量大，降雨量少而著称。昼夜温差最大发生在6月，昼夜温差高达38.2℃，沿线气象资料见表1。

表1 沿线气象资料统计表Table 1 The table of climate from Hami to Lop Nur

3 沿线水文特征

线路通过区地表水为季节性水，区域内无大的河流。其中大南湖水库，水量具有明显的季节性。沿线地下水主要有第四系孔隙潜水、承压水、基岩裂隙水。

3.1 第四系孔隙潜水

第四系孔隙潜水主要分布于哈密至大南湖乡间农田区以及罗布泊湖区。罗布泊湖区地下潜水，水位变化较大。主要受罗布泊钾盐矿不断抽取卤水的影响及气候的变迁，总的趋势是水位不断下降。

3.2 承压水

承压水主要分布于罗布泊，共分布有6层承压卤水。分别赋存于第四系上更新统中部、中上部及下部的钙芒硝层中，且均为饱和卤水，具有强烈的侵蚀性。

3.3 基岩裂隙水

赋存于觉罗塔格、库鲁克塔格山部分断层构造及基岩节理、裂隙中，主要接受大气降水的补给，由于降水量稀少，地下水相对贫乏或水量不大。

4 沿线盐渍土特征

罗布泊因第四系以来气候持续干旱少雨，已经成为一个干涸的湖泊，地表分布着厚厚的盐层，含盐量一般在65％ ～95％，形成一层坚硬的盐壳，并且近年来持续不断地开采地下卤水，盐壳不断增厚，盐层的强烈毛细水上升高度约0.6m。由相关资料可知［4］，CL-含量一般在2.856～4.056g/100g，SO42-含量一般在1.443～14.62g/100g，Ca2+含量一般在5.27～5.41g/100g，总含盐量含量一般在6.688～20.66g/100g，各层含盐量均大于5g/100g。其盐渍土主要为强氯盐渍土，具有强侵蚀性。

4.1 盐胀

在罗布泊湖区，广泛分布的盐层中含大量芒硝，局部呈层状分布，层厚1.0～2.0m。芒硝的主要成分是带有十个结晶水的十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O），在干旱少雨季节会失去水而收缩，降雨时会吸水导致膨胀。同时罗布泊昼夜温差极大，在每年的6月份，白天最高气温达42.5℃，夜间最低气温为4.3℃，昼夜温差达38.2℃，在温度急剧变化下十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）会因温度升高而失去结晶水形成小的孔隙，也会因温度降低吸收空气中水蒸气而膨胀，使土粒间的孔隙增大，土粒松散，形成盐结壳剥离的蓬松层。实验表明当温度在32.4℃时芒硝放出水分，成为无水芒硝，体积减小。盐胀的反复作用，促使路基土体的结构遭到破坏，致使路面形成波浪、鼓包甚至开裂，路面的平整度严重下降，同时路基整体强度和稳定性也严重受到影响（图7）。

图7 罗布泊湖区盐胀Fig.7 The salt expansion of the Lop Nur Lacustrine plain

4.2 盐岩

盐岩主要是由易溶于水的钾、钠、钙、镁的卤化物和硫酸盐所组成的化学沉积岩。哈罗沿线的盐岩主要成份为钙芒硝沉积物、石盐沉积物、石膏沉积物和黏土沉积物。主要分布于罗布泊湖积平原区罗北凹地一带。盐岩在地下水及地表降水作用下发生溶蚀，呈现出蜂窝状孔洞，导致土体强度逐渐丧失。对沿线公路、铁路、建筑等工程的危害主要表现为盐溶陷穴、盐溶孔隙、溶陷及对混凝土和金属材料的侵蚀性（图8、9）。

图8 罗布泊湖积平原区盐岩Fig.8 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

图9 罗布泊湖积平原区盐岩Fig.9 The salt rock of the Lop Nur Lacustrine plain

4.3 盐溶及翻浆

季节性冻土区由于融化的水下渗，在解冻层和未解冻层之间形成自由水，这部分自由水不能及时排出，在车辆荷载的作用下使路面出现臌包、唧泥等翻浆现象。与季节性冻土地区的翻浆有所不同的是，沿线所经过的盐渍土区域，在地表水及地下水的影响下，原本在干燥状态时具有较高强度的晶体盐岩浸水后发生溶解，致使地基土的强度大幅下降，同时氯化盐渍土具有明显的保湿性，使地基土处于潮湿、饱和状态，易产生“液化”现象［5］，在上部车辆荷载作用下易造成路面溶陷，泥浆从裂缝中冒出，致使路面出现翻浆现象（图10、11）。

图10 建筑物周边出现的盐溶Fig.10 The salt solution which surrounding the buildings

图11 公路路面上出现的盐溶Fig.11 The salt solution which occurs on the road

4.4 腐蚀

罗布泊湖积平原区罗北附近的盐渍土中含大量的氯离子及硫酸根离子，这些易溶盐在潮湿的环境中以溶液的状态通过毛细作用渗入到混凝土孔隙中，当建筑物处于干湿交替或早晚温差较大的环境中时，水分的蒸发使得结构物孔隙中的盐类发生结晶膨胀而产生很大的拉应力，致使混凝土发生疏松、开裂以致脱落，从而导致里面的钢筋暴露于侵蚀环境，容易被渗入的各种易溶盐所侵蚀，引起钢筋混凝土等结构设施的开裂和破坏（图12）。

图12 建筑物遭受盐渍土腐蚀Fig.12 The building suffered from saline soil corrosion

5 结论和建议

（1）针对哈密盆地冲洪积平原区，地下水位埋深一般为1～5m，水质局部具有弱侵蚀性。在花园乡附近分布有盐渍土，南湖戈壁地表下5～50cm存在石膏土，此段可采用耐腐土工膜形成封闭隔断层，隔绝毛细水对路基不利影响。

（2）针对觉罗塔格、库鲁克塔格低山丘陵区，本段主要不良地质现象为风沙流和风蚀，路基应采取防风固沙和防风蚀等措施。

（3）针对罗布泊湖积平原区，地下水水位变化较大，罗北洼地水位埋深一般在1～3 m，东台地水位埋深一般8～10 m，水质极差，具强侵蚀性。盐岩及在其中形成的盐溶陷穴、盐溶等较发育。地基土建议进行翻晒处理［6-7］，并碾压夯实，必要时可考虑喷洒适量水，以消除浅层盐溶孔隙，降低地基土的压缩性和溶陷性。

［1］徐学祖.土体冻胀和盐胀机理［M］.北京：科学出版社，1995：25-26.XU Xuezu.Mechanisms of frost heaving and salt expansion of soils［M］.Beijing：Science Press，1995：25-26.

［2］王小生，章洪庆，薛明，等.盐渍土地区道路病害与防治［J］.同济大学学报，2003，31（10）：1178-1182.WANG Xiaosheng，ZHANG Hongqing，XUE Ming，et al.Road disease and treatment in saline soil area ［J］.Journal of Tongji University，2003，31（10）：1178-1182.

［3］新疆交通科研所.重盐土地区公路盐胀病害防治［R］.1990，5：8-10.The Traffic Research Institute of Xinjiang.Saline soil salt expansion disease prevention and treatment of highway［R］.1990，5：8-10.

［4］新疆罗布泊钾肥基地年产120万吨钾肥项目采输卤工程初步设计［R］.2006.Xinjiang Lop Nor potash fertilizer production base with an annual output of 1200000 tons of potash fertilizer project preliminary design of brine extraction and transportation engineering［R］.2006.

［5］包卫星.喀什地区盐渍土工程性质试验研究［D］.西安：长安大学，2005.BAO Weixing.Kashi saline soil research on engineering properties［D］.Xi'an：Chang'an University，2005.

［6］罗伟甫.盐渍土地区公路工程［M］.北京：人民交通出版社，1980：146-152.LUO Weipu.Saline soil area of highway engineering［M］.Beijing：China Communications Press，1980：146-152.

［7］徐攸在.盐渍土地基［M］.北京：中国建筑上业出版社，1993：33-38.XU Youzai.Saline soil foundation［M］Beijing：China Architecture and Building Press，1993：33-38.