新疆地區(qū)粗粒硫酸鹽土路基結(jié)構(gòu)變形特征

葛俊雷

（奎屯農(nóng)七師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆 奎屯 833200）

一、路基段結(jié)構(gòu)變形試驗(yàn)

（一）施工準(zhǔn)備

本文采用的試驗(yàn)段位于連霍高速公路石河子往奎屯路段。通過回填施工的方法，建立了三種不同加鹽量的路基試驗(yàn)斷面，探討了不同加鹽量對(duì)路基結(jié)構(gòu)變形特征的具體影響，并設(shè)置了溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度下路基溫度變化的研究。路基置換填料用挖土機(jī)混合，再與水混合燜料。

（二）路基試驗(yàn)段變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

沉降計(jì)可用于基坑監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目以及地下環(huán)境監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目，此外，還能應(yīng)用于測(cè)量道路建設(shè)路基原位形態(tài)中的結(jié)構(gòu)特征沉降變形以及深基坑底部的豎向變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。傳感器由傳感器線圈的勵(lì)磁電路線圈中的相關(guān)驅(qū)動(dòng)設(shè)備構(gòu)成，當(dāng)消除激勵(lì)信號(hào)后，鋼弦仍以其固有頻率持續(xù)延后振動(dòng)至處于工作狀態(tài)的一段時(shí)間。通過電測(cè)位移傳感器收集、分析環(huán)境中的信號(hào)，使其顯示數(shù)據(jù)移位、波動(dòng)的數(shù)值，從而達(dá)到試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的目的。

二、試驗(yàn)過程

（一）試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)特征變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

為了能夠更加深入地探討不同含鹽量對(duì)路基結(jié)構(gòu)變形特征的影響，研究過程中對(duì)無(wú)鹽砂礫、1%鹽砂礫和2%鹽砂礫的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合化的分析。

隨著含鹽量的增加，路基結(jié)構(gòu)的隆起變形程度會(huì)因?yàn)?種試驗(yàn)類型的礫砂路基環(huán)境溫度的升高而逐漸增大。隨著環(huán)境溫度變化，路基中累積鹽的作用力度隨著反復(fù)循環(huán)頻率的提高而逐漸增大；而在自重應(yīng)力作用下，變形值會(huì)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小。一般情況下，無(wú)鹽礫石砂的隆起變形較小，沉降變形程度也隨著變小。

（二）路基試驗(yàn)段溫度監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

當(dāng)溫度監(jiān)控探針處于淺層時(shí)，其實(shí)際所顯示的溫度值變化的頻繁程度就會(huì)更高。當(dāng)路基的埋深深度小于240cm時(shí)，路基土層的全年溫度變化的范圍會(huì)顯著變大，且溫度指標(biāo)通常會(huì)出現(xiàn)頻繁變化。但是，當(dāng)路基的埋深深度超過240cm時(shí)，路基環(huán)境溫度的變化會(huì)逐漸趨于平緩，從而對(duì)鹽漬路基造成的破壞性影響較小。

通過分析，可以看出試樣路基的溶脹溫度在沒有鹽礫石砂的時(shí)是3℃，而當(dāng)溫度小于3℃時(shí)，礫砂鹽漬土的隆起變形則呈現(xiàn)全面的鹽脹變形和凍脹擴(kuò)張變形的綜合狀態(tài)，并且在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，凍脹是路基結(jié)構(gòu)主要的變形形式。

三、影響路基結(jié)構(gòu)變形的因素

（一）環(huán)境溫度

為了能夠基于實(shí)際研究需求，獲得準(zhǔn)確的路基結(jié)構(gòu)變形中礫砂路基的實(shí)際變形程度量值，以及位于路基建設(shè)土體表面下5cm位置處的環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)變化情況，本文利用溫度檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了路基結(jié)構(gòu)溫度檢測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果表明溫度的變化會(huì)影響鹽漬土路基變形結(jié)構(gòu)程度。當(dāng)溫度下降的時(shí)候，路基結(jié)構(gòu)中的硫酸鈉也將會(huì)基于自身結(jié)構(gòu)吸收水分并生成芒硝晶體，從而導(dǎo)致路基土體出現(xiàn)膨脹、破壞路基的情況。但隨著溫度的升高，路基土體冰晶和一些硫酸鈉晶體則會(huì)出現(xiàn)溶解的情況，從而導(dǎo)致土體出現(xiàn)沉積和溶解，進(jìn)而導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定程度的沉降。根據(jù)測(cè)試結(jié)果：當(dāng)環(huán)境溫度為5～20℃時(shí)，鹽漬土路基的變形程度較大，這表明該溫度范圍是鹽在鹽底物中嚴(yán)重膨脹的溫度極限范圍區(qū)間。

（二）礫砂含鹽量

根據(jù)內(nèi)部沉降儀提供的溫度探針監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過仿真的方式繪制了無(wú)鹽礫砂和存在1.0%礫石鹽水的路基結(jié)構(gòu)的變形程度與溫度變形的關(guān)系。能夠觀察到所列舉的兩組數(shù)據(jù)集的離散創(chuàng)建了兩個(gè)磁滯曲線，并且其隨著路基環(huán)境溫度的不斷升高，變形的量值逐漸減少，當(dāng)溫度逐漸降低時(shí)，路基結(jié)構(gòu)的變形量值逐漸增加。通過對(duì)比分析兩組數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在明顯的差異，即：含1%鹽的礫砂路基結(jié)構(gòu)的最大變形程度量值要稍微大于普通礫石的最大變形程度量值。

根據(jù)路基的凍結(jié)和凍融兩個(gè)數(shù)據(jù)集的兩個(gè)周期過程，將兩個(gè)數(shù)據(jù)分別基于時(shí)間階段的選擇集劃分為三個(gè)時(shí)間跨度。兩組類型的數(shù)據(jù)周期線性匹配的具體擬合公式如下：

s=aT+b

在上述公式中：s代表的是變形量，T代表的是溫度，而a、b代表的是調(diào)節(jié)參數(shù)，其中a的絕對(duì)值表示路基變形對(duì)環(huán)境溫度的敏感性。比較每個(gè)公式中的a值，可以觀察到含1%鹽的礫砂石路基對(duì)于環(huán)境溫度的依賴程度要強(qiáng)于不含鹽的礫砂路基。同時(shí)，與含1%鹽的礫砂石路基相比，無(wú)鹽礫石基質(zhì)的兩種凍結(jié)和解凍類型的最大位移變形程度有很大不同，其中無(wú)鹽漬的路基變形程度值較大。而在路基結(jié)構(gòu)的凍融循環(huán)期間，隨著冷凍和融化循環(huán)次數(shù)的增加，不含鹽化基質(zhì)對(duì)變形溫度的敏感性會(huì)逐漸呈現(xiàn)出降低的態(tài)勢(shì)。這兩種路基類型具有不同的破壞形式，其中含1.0%鹽的礫砂路基對(duì)變形溫度的敏感性更強(qiáng)，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，沉降這一路基變形方式是破壞路基結(jié)構(gòu)的重要原因之一。

四、結(jié)語(yǔ)

研究表明，不同含鹽量的三種礫砂路基結(jié)構(gòu)隨著溫度的變化均在一定程度上出現(xiàn)隆起沉降變形。不含鹽礫砂路基的隆起變形小于其他兩種路基類型，但沉降變形較大。與其他兩種路基相比較而言，加鹽2.0%礫砂路基的隆起變形值較大，沉降變形值較小。

根據(jù)本文試驗(yàn)結(jié)果來看，可將礫砂鹽漬土路基變形劃分為4個(gè)區(qū)域。I區(qū)域是一個(gè)溫度小于3℃的區(qū)域，該區(qū)域出現(xiàn)于11月中旬至次年3月初，分布在路基表面以下300cm的范圍內(nèi)，此時(shí)的路基變形情況主要是因?yàn)閮雒浺鸬?。Ⅱ區(qū)域溫度范圍為-3至5℃時(shí)，該區(qū)域的出現(xiàn)時(shí)間為3月初至4月初、10月初至11月底時(shí)間段，其分布于路基表面至路基以下425cm的范圍內(nèi)，此時(shí)區(qū)域中的路基結(jié)構(gòu)變形情況主要是由鹽膨脹所引起的。Ⅲ區(qū)域中的整體溫度條件大于20℃，并且該區(qū)域溫度變化的條件因素出現(xiàn)的具體時(shí)間為5月中旬至8月中旬這一時(shí)間段，分布在路基表面至路基深度300cm以內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果顯示這一區(qū)域中的路基鹽脹的結(jié)構(gòu)變形程度較小。而Ⅳ區(qū)域的溫度為5～20℃，此區(qū)域分布涉及全年，4月初至5月中旬、9月初至10月初為區(qū)域中的路基結(jié)構(gòu)鹽膨脹敏感期，此時(shí)大部分路基處于冷卻狀態(tài)，同時(shí)路基結(jié)構(gòu)在此階段形成隆起變形。