鹽漬土道路新型路基結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與結(jié)果分析
——以阿克蘇市道路為例

羅小雨，張靈通，李寶元，趙新雨

(新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000)

阿克蘇地區(qū)瀝青混凝土道路已經(jīng)形成了以阿克蘇市為中心、以G3012線為主軸、國道314及217線和9條省道為主干的交通網(wǎng)絡(luò)。隨著“一帶一路”倡議的穩(wěn)步推進(jìn)，位于南北疆交通核心地帶的阿克蘇迎來了大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，城市道路和農(nóng)村公路也在不斷新建、改建、擴(kuò)建中。由于阿克蘇地區(qū)分布著大面積鹽漬土，在這些鹽漬土地區(qū)修建道路容易受到鹽漬土鹽脹、凍脹的影響，致使瀝青混凝土路面出現(xiàn)高低不平、車轍、坑洞、龜裂等鹽漬土地區(qū)常見病害[1]。以往施工中，為了減輕鹽脹、凍脹的影響，在路基內(nèi)鋪設(shè)土工布，阻斷地下鹽分向路基內(nèi)遷移，但是也阻止了水分向下滲透，至路基內(nèi)溫度降低0℃以下時(shí)形成凍脹[2]。在鹽漬土嚴(yán)重地段，采用非鹽漬土換填原有鹽漬土作為路基土，但由于該地區(qū)蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，造成土壤鹽分隨著水分蒸發(fā)向上遷移，又在路基內(nèi)不斷聚集，長年累月，原來非鹽漬土也會(huì)變成鹽漬土，鹽脹、凍脹還會(huì)發(fā)生。阿克蘇地區(qū)瀝青混凝土道路以鹽脹、凍脹破壞為主[3]，在路基內(nèi)鋪設(shè)土工布、換填非鹽漬土、保溫材料、設(shè)置路沿石等傳統(tǒng)施工工藝以減輕瀝青混凝土道路鹽脹、凍脹的變形破壞[4]，但傳統(tǒng)路基結(jié)構(gòu)運(yùn)行多年以后，對(duì)于消除道路變形破壞效果并不理想，為此需研究新型路基來解決這一難題。

1 新型路基結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

提出在路基內(nèi)設(shè)置改性隔斷層，創(chuàng)新具有隔斷與疏導(dǎo)功能的新型路基結(jié)構(gòu)。隔斷層以路基全連砂為填料，具有隔斷鹽分向路面遷移疏導(dǎo)路基內(nèi)水分的功能，達(dá)到阻斷鹽分兼顧排水的作用。項(xiàng)目實(shí)施成功后，由鹽漬土引起的各種道路病害將明顯降低，大大延長了瀝青混凝土道路的使用年限，每年可節(jié)約大量資金用來道路維修、維護(hù)，車輛的安全性、舒適度、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)有很大的提高，將為阿克蘇地區(qū)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，也可為正在受鹽脹、凍脹影響的瀝青混凝土道路變形破壞的治理提供有益借鑒。

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

為降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，取得與真實(shí)路基相近的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)采用室內(nèi)路基模型試驗(yàn)，路基模型參考阿克蘇道路路基結(jié)構(gòu)，縮小比例制作完成正V和倒V兩種路基模型，見圖1和圖2。

圖1 正V路基模型Fig.1 Roadbed model of normal V type

圖2 倒V路基模型Fig.2 Roadbed model of reversed V type

長×寬×高=55 cm×15 cm×10 cm。在模型路基上方噴水，模擬自然降水。制作路基土選用干凈河沙，含水量5%，含鹽量1%。底部設(shè)置集水槽，便于集水。集水槽上鋪設(shè)一層濾紗布層，以防止細(xì)顆粒隨水流失?？刂坪酶魯鄬咏嵌?，采用分層壓實(shí)方式填筑試樣，每層不超過5 cm。路基模型內(nèi)不同深度、位置處埋設(shè)鹽溫傳感器，裝填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后將路面整平。路基平面布置圖見圖3。圖中黑點(diǎn)表示鹽溫傳感器。為設(shè)計(jì)出符合要求的新型路基，達(dá)到理想預(yù)期目的，采用正V和倒V兩種不同隔斷層及排水形式，見圖4的1-1斷面圖。隔斷層的坡度初步設(shè)為10°、15°、20°。

圖3 路基平面鹽溫傳感器布置圖Fig.3 Arrangement diagram of salt-temperaturesensor of roadbed surface

圖4 路基模型1-1斷面圖Fig.4 1-1 cross-section diagram of roadbed model

1.3 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)過程中，通過鹽溫傳感器探頭測量出不同深度、位置測點(diǎn)變化值，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析路基內(nèi)鹽分的遷移規(guī)律。對(duì)集水槽收集的鹽水進(jìn)行含鹽量測定，分析比較兩種隔斷層的排鹽效率，選出最佳試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃透魯鄬咏嵌取?/p>

1.4 試驗(yàn)過程

使用噴淋裝置在模型路面以相同恒定的速率灑水，模擬自然降雨，記錄試驗(yàn)開始時(shí)間、各探頭讀數(shù)值。每間隔1 min記錄一次各鹽溫探頭讀數(shù)值，當(dāng)有滲水流到集水槽時(shí)記錄時(shí)間，并每隔1 min測量排水的體積，并測試、記錄其含鹽量。當(dāng)達(dá)到以下條件時(shí)終止本次試驗(yàn)，即：鹽溫傳感器連續(xù)三次讀數(shù)小于0.01，集水槽含鹽量相差小于0.1%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在兩種不同路基模型上方，以相同水流量進(jìn)行噴淋，記錄路基模型不同隔斷層角度開始滲水時(shí)間、殘留水量、單位土體排鹽量的影響，分別見圖5、圖6、圖7。

圖5 開始滲水時(shí)間圖Fig.5 Start time to seepage

圖6 路基殘留水量Fig.6 Roadbed residual water

圖7 路基單位土體排鹽量Fig.7 Salt discharge unit soil of roadbed

從圖5可以看出，兩種路基模型隨著隔斷層坡度的增大，開始滲水時(shí)間相對(duì)較短，這是因?yàn)楦魯鄬悠露却?，水流下滲時(shí)速率增大。相同角度，倒V比正V的開始滲水時(shí)間短，說明倒V比正V疏導(dǎo)水分效率高。

從圖6可以看出，兩種路基模型殘留水質(zhì)量隨加水時(shí)間的增加成線性關(guān)系，坡度越小殘余水量增長越快，這是因?yàn)楦魯鄬悠露刃?，水量速率慢，易于積聚于路基土內(nèi)。在相同角度時(shí)，倒V比正V排水效果好，這是因?yàn)榈筕隔斷層向路基兩邊集水溝排水，疏導(dǎo)水分效率更高，排水效果好。

從圖7可以看出，兩種路基模型隔斷層坡度10°和15°的排鹽效果比坡度20°排鹽效果好，這是因?yàn)槠露仍酱?，排水速度相?duì)較快，滲流過程中沒有充分溶解鹽分將路基內(nèi)更多的鹽分溶水排出。15°坡度隔斷層累計(jì)排鹽效果在初步設(shè)置的3個(gè)坡度中最佳。隔斷層角度相同時(shí)，倒V型路基模型的排水排鹽效果要優(yōu)于正V型路基模型，即向路基兩邊集水溝排水“雙排”比向路基中間集水溝“單排”效果更好。

3 結(jié)論

通過兩種不同試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、不同角度隔斷層的設(shè)置，模擬自然降水，通過排水排鹽對(duì)比試驗(yàn)，從開始滲水時(shí)間在相同測量次數(shù)時(shí)路基殘留水量、單位土體排鹽量分析數(shù)據(jù)可知倒V型隔斷層路基模型比正V型路基模型在坡度相同時(shí)排水排鹽效果好。設(shè)置的坡度中，路基隔斷層坡度15°效果最佳。這是因?yàn)樵O(shè)置坡度相對(duì)適中，路基內(nèi)鹽分能較為充分溶于水中，鹽隨水“走”，水鹽被排出。由于選擇角度有限，下一步將對(duì)隔斷層角度、埋設(shè)位置、填筑材料不斷進(jìn)行改進(jìn)，修筑瀝青混凝土道路試驗(yàn)路段。通過后期的長期監(jiān)測來不斷優(yōu)化、探索新型路基結(jié)構(gòu)，以期從根本上解決鹽漬土地區(qū)瀝青混凝土道路變形破壞問題。