鹽漬土地區(qū)水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面拱脹原因調(diào)查分析

鄒新華、胡進軍、王志成、馬坤

（中煤新疆天河工程建設有限公司，新疆圖木舒克 843900）

0 引言

我國是一個鹽堿地多發(fā)的國家，其中新疆南疆地區(qū)鹽堿化程度較重，鹽漬土分布廣泛。公路作為基礎設施建設中重要的交通工程，其建設質(zhì)量和使用壽命直接關系到地區(qū)經(jīng)濟、社會發(fā)展以及人民出行的便利程度。然而，鹽漬土地區(qū)的路面施工存在一些問題，如水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面拱脹現(xiàn)象，影響道路的正常使用。因此，本研究以新疆南疆地區(qū)某公路項目為例，探討水泥穩(wěn)定碎石基層與面層結合方式，分析拱脹現(xiàn)象的原因，并提出相應的治理對策，對于今后在鹽漬土地區(qū)開展公路建設具有一定的參考價值。

1 鹽漬土地區(qū)水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面拱脹原因分析

1.1 水泥穩(wěn)定碎石基層的影響因素

水泥穩(wěn)定碎石基層主要是采用級配瓦礫作為骨料，通過調(diào)整相應量的膠凝材料和灰泥體積來填補骨材間隙，再根據(jù)嵌擠理論平攤并壓實。水泥穩(wěn)定碎石基層的形成機理如圖1 所示[1]。水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量較差的主要原因是缺乏完善的檢驗手段，在規(guī)范中沒有進行施工強度評定，導致室內(nèi)試驗強度并不符合要求，返工也較多。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石基層的形成原理

1.2 鹽脹引起的水穩(wěn)層應力變化

鹽漬土路基鹽脹力主要是在周圍氣象轉變造成的溫度驟減，然后土中硫酸鈉在吸收≥10 個水分子結晶析出之后，使得整個土體體積逐漸膨脹，造成鹽漬土路面開裂。當硫酸鈉轉變成固相芒硝（Na2SO4·10H2O）晶體后，鹽漬土中的鹽脹特征會更加明顯。隨著氣溫的下降和鹽晶的增多積聚，鹽脹力呈逐步上升的趨勢。

1.3 路面拱脹現(xiàn)場調(diào)查及原因分析

瀝青路面的主要病害有：網(wǎng)狀裂縫、橫裂、縱裂、沉降、拱脹等。公路病害頻發(fā)，給公路帶來極大的破壞，甚至造成長期交通堵塞，經(jīng)濟損失嚴重。瀝青路面的路面損害的分類見表1。

表1 路面損害的分類

通過對有關資料的分析，造成瀝青混凝土路面損壞的原因主要有：

1.3.1 設計原因

受經(jīng)濟因素的制約，目前高速公路在修建過程中，多是采用比較輕的、單層的瀝青面層，加之在瀝青的質(zhì)量和骨料的選擇上存在一些技術問題，在施工過程中瀝青與地面之間的黏性不足，很容易導致路面損壞，縮短路面的使用壽命。

1.3.2 建設管理原因

由于水質(zhì)、石料、砂礫料等物質(zhì)的鹽分都相對較高。當膨脹變形量足以支撐路面時，路面表層就會出現(xiàn)脹縫，降低了實際路面的使用性能。

1.3.3 氣候條件原因

通過分析實測巖心數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)路面受溫差影響很大。在降溫過程中，路基在溫度梯度作用下發(fā)生溫縮，從而產(chǎn)生沿高速公路表層向下擴展的溫度裂縫。

1.3.4 行駛荷載原因

從“溫度—荷載—時間”變化的內(nèi)在聯(lián)系來看，由于輪胎在路面上滾動，與路面產(chǎn)生摩擦，在重復行駛荷載下，路面結構層會發(fā)生明顯的彎曲沉降，導致路面底部出現(xiàn)明顯的彎曲和拉應力。

2 案例分析及功能優(yōu)化

2.1 新疆南疆喀什地區(qū)公路建設情況

2.1.1 項目背景

新疆南疆喀什地區(qū)瀝青混凝土道路受路基鹽漬土的影響，破壞較為嚴重，每年還要花費大量的人力、財力、物力，對破壞嚴重的路段進行修復或重建[2]。針對上述難點，以新疆南疆地區(qū)某公路項目展開公路建設計劃，對受到破壞的道路進行有效的修護與改造，延長鹽漬土地區(qū)瀝青混凝土道路的使用年限。

2.1.2 有關研究工作基礎與工作條件

（1）地理位置

鹽漬土的形成與其所處的地理位置密不可分。在內(nèi)陸地區(qū)，鹽漬土主要分布在盆地和局部洼地。新疆南疆地區(qū)的鹽漬土分布范圍廣泛。

（2）氣候條件

國內(nèi)的鹽漬土主要分布在西北地區(qū)，含鹽量較低，泥沙的沉積物較多。地下水中的鹽分隨著水分蒸發(fā)而不斷向表層聚集，由于年降水量較少，淋洗作用不明顯，因此形成廣泛的鹽漬土。

（3）地下水位

土層中易溶鹽的富集程度與地下水水位的高低、溶于水中的鹽量及鹽的性質(zhì)具有相關性。地下水水位埋藏淺，溶于水中的含鹽量高，其土壤上層聚積鹽分的速度就越快，形成的鹽漬土層不但含鹽量高而且厚度深。

（4）地質(zhì)構造

鹽堿地表層土壤主要發(fā)育在新生代第四系。該時期正是構造松動的時代，洪積層、風積層和沼澤沉積層等土壤層位，極易發(fā)生鹽分沉積。鹽堿土中的高鹽含量使微生物的生長條件受到嚴重影響，其碳、氮含量及微生物群落與一般的耕地相比存在較大差異，其理化性質(zhì)出現(xiàn)一系列劣化現(xiàn)象，從而導致土壤的鹽漬化。

（5）地表覆蓋植被

地表覆蓋植被水分聚積在土層上層，上層礦化度不斷增加，使得土壤深處的鹽分隨著鹽漬化不斷加大。當植物死亡后或落在土壤里的枯枝敗葉腐爛分解后，其自身從土層里吸收的鹽分又重新返回到上層土壤里，為上層土壤又完成了一次積鹽。

2.1.3 擬采用的關鍵技術

為了預防并減輕新建公路鹽脹破壞的發(fā)生及發(fā)生后的維修養(yǎng)護措施，該項目研究已建（擬建）公路沿線鹽漬土的類別、瀝青混凝土道路破壞類型、水樣礦化度。選擇三師公路和市政道路，按照0～10cm，10～20cm，20～40cm，40～60cm，60～100cm，對5 個土層的土樣進行八大離子試驗，按照規(guī)范要求，劃分出被破壞的公路和市政道路。對三師城區(qū)公路的破損情況進行調(diào)查，并對路基、橋涵、沿線附屬設施和交通安全設施進行實地考察。分析瀝青混凝土路面的主要病害；采用干燥器在室內(nèi)干燥，并對不同區(qū)域的水質(zhì)進行測定。

2.1.4 新疆南疆鹽漬土具體的技術路線明細

新疆南疆鹽漬土技術路線如圖2 所示。

圖2 新疆南疆鹽漬土技術路線

2.2 針對拱脹問題的治理對策

新疆南疆鹽漬土路基的病害嚴重程度與其內(nèi)部含鹽量、鹽度、含水量、溫度和壓實度等因素密切相關，因此，在新疆南疆地區(qū)修建瀝青混凝土公路時，必須對其進行特殊的整修，阻斷路基水分，加強路基結構的壓實度，并在路基內(nèi)加一層絕緣和保溫層[3]。

2.2.1 換填法

因為換填法的工程量比較大，所以通常情況下，適用于強鹽漬土或者超級鹽漬土，埋藏淺，且在路基施工范圍內(nèi)，對工程有很大影響。為了消除因鹽分而引起病害的可能性，可以采用換填法進行施工。路基換填法施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 路基換填法施工工藝流程

在換填法中，必須經(jīng)過全面的技術、經(jīng)濟比較，才能決定采用何種施工方法。主要的考量因素如下：

（1）確保填筑物的深度比出現(xiàn)病害的地基土層的厚度大；在較松軟、較厚、較薄的情況下，路基的橫向變形和沉降量均較大。

（2）要確保換填后殘余鹽的拱脹不超過路堤允許的變形范圍；對含重金屬和酸堿值不平衡的土壤，可采取化學處理方法，添加一定濃度的溶液，降低其酸堿值。

（3）要確保填筑層在浸泡后的承載力大于下臥層頂面的壓強，從而實現(xiàn)地基的穩(wěn)定。

（4）在小范圍內(nèi)進行填筑，以確保填筑區(qū)周邊土體在出現(xiàn)溶蝕時，填筑區(qū)仍能保持一定穩(wěn)定性。同時，對于可能發(fā)生的漏漿、塌方等，要及時采取相應的措施，如有需要，可以采用回填法。

2.2.2 浸水預溶法

浸水預溶法是指在工程開始之前，先在路基中注入一定數(shù)量的水，使易溶解的鹽分在水中溶解后，再向更深的路基中滲透，以減少鹽分對路基的破壞。這種方法適用于鹽漬土厚度較小或滲透性能較好的區(qū)域。

2.2.3 化學處治

化學處治是以高鹽度和厚鹽層的硫酸鹽漬土為研究對象，其基本原理是利用化學處理手段，改變土壤中鹽分（以硫酸根為主）的特性，從而抑制鹽脹，降低其對道路的破壞作用。

2.3 應用成效

三師地區(qū)的公路和市政道路常因鹽漬土破壞而導致路面損壞。為了深入研究鹽漬土的成因和影響，進行一系列的試驗和調(diào)查。首先，針對遭受鹽脹破壞的公路、市政道路，在不同深度處分層取樣，共5 個土層，并進行八大離子試驗，結果見表2。

表2 八大離子試驗

結果表明，隨著深度范圍的逐漸加大，根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，可以看出不同深度范圍內(nèi)土壤離子含量的差異。在0～10cm 深度范圍內(nèi)，Na+、Cl-和Ca2+含量較高，而K+、Mg2+、SO42-、HCO3-和CO32-含量相對較低；隨著深度的增加，土壤中的離子含量逐漸降低，其中Na+、Cl-和Ca2+的降幅較小，其他離子的降幅較大。這說明鹽漬土破壞主要與Na+、Cl-和Ca2+等離子的積累有關。需要注意的是，單純依據(jù)離子含量判斷鹽漬土的程度并不準確，還需要考慮其他因素，如土壤結構、水分狀況等。因此，在進行鹽漬土的分析和評估時，需要綜合考慮多種因素以得到準確的結果?？梢灶A知的是，將來的公路建設可以完全消除鹽漬土拱脹的新型路基結構，節(jié)約資源，為人們的出行提供安全舒適的交通服務。

3 結語

總體而言，結合新疆喀什南疆地區(qū)的自然條件特點，在數(shù)據(jù)分析過程中，采用數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析來研究區(qū)域性公路拱脹病害特性，以期為該地區(qū)公路拱脹病害特性提供科學依據(jù)。該課題的研究結果將為我國高速公路建設、野外科研與科研基地的建立等方面，提供更為真實、可靠的基礎數(shù)據(jù)。研究結果的應用將有助于提高新疆喀什南疆地區(qū)公路建設的質(zhì)量和安全性，推動交通運輸事業(yè)的發(fā)展。