冰冻盐渍土地区公路盐胀和冻胀综合病害

蔗热璐施工技

术

冰冻盐渍土地区公

路盐胀和冻胀综合病害

李世芳

新疆建通工程建设监理有限公司新疆乌鲁木

齐

闪一一一一一一

摘要依据兵团垦区的特殊地理环境分析研究了冰冻盐溃土地区盐胀和冻胀综合病害的温度区间划分土体变形阶段并结合兵团垦区公路建设环境分析研究了影响冰冻盐渍土地区土体变形影响因素初步提出了防治该病害

的

措施一卜旧一一一一,

旧旧旧旧一一一旧旧旧一旧

一一一一一旧一

【关健词】盐胀冻胀温度区间变形阶段十卜

中图分类号

文献标志码文章编号

一一一

引言

新疆兵团垦区干旱寒冷且低温持续时间长除为数不多的几条河流外其余均是内陆河流和季节性河流这种现象直接造成了新疆易溶盐只能在境内重新分布致使两大盆地周边以及山前冲积平原上的盐溃土大量聚积形成了新疆特有的冰冻盐渍土环境国内外对于季节性冰冻盐渍土地区公路的冻胀和盐胀综合病害及其防治技术研究较少基本上只是简单地研究盐胀和冻胀的区别和独立防治本文试图通过试验路以及垦区路况调查从冻胀和盐胀综合病害的温度区间阶段划分影响因素和防治等方面进行探讨以期对该综合病害的防治有所帮助区间为一℃一℃其中℃一℃为多,芒硝盐胀引起的℃一℃之间芒硝的形成已很少在此期间不形成盐胀在一℃一℃之间因氯化钠的大量存

在而产生晶体致使盐胀剧烈到一℃时盐

胀终止或缓慢增长在自然界中单纯的硫酸盐或氯盐盐胀很少基本上

均属于复合盐而试槽试验研究中曾发现这种复合盐的盐

胀剧烈活动区间为℃一巧℃这中间有些差异是由于高江平等试验研究的盐渍土土体较为均匀受到的外界边界

影响因素少而试槽所用盐渍土以及观测运行基本上是

模拟现实路况的因此冰冻地区盐渍土在℃以上基本以硫酸盐盐胀为主在一℃一℃之间基本以冻胀和氯盐盐胀为主在一℃以下时土体的变形基本以冻胀为主

盐胀和冻胀温度区间的确定冰冻盐演土地区公路土体变形的阶段划分一般而言土体产生冻胀的温度应在。℃以下根据

高江平等的相关室内试验研究结论川在氯化钠含量较

小的硫酸钠盐渍土中盐胀的剧烈增长温度区间为℃℃℃以下时盐胀终止或趋于缓慢增长在氯化钠含量较大的硫酸钠盐渍土中起胀温度为℃盐胀温度冰冻盐渍土地区盐渍土土体在温度降低到一定程度水分供给土质盐分含量和土质适宜的情况下盐

渍

土中不但会产生芒硝而且会有部分水分冻

结产生冰屑因此盐渍土的变形可以划分为两部分一部养护机械施工技术】仁

分是降温条件下由于水分结冰而产生的冻胀另一部分

是随着温度的降低土中盐分析出并结晶产生芒硝和等而引起的盐胀因此冰冻盐渍土地区在水分供给充分的前提下一定深度的土体在温度降低时其体

积膨胀变形可以认为经过以下个阶段纯盐胀阶段此阶段的体积变形主要是硫酸钠结晶产生芒硝的过

程随着温度的降低溶液在土体温度低于犯℃后停止溶解溶液中的开始形成结晶这一过程

的

体积综合反映为几结晶形成芒硝体积膨胀和水体积减少个过程而此时因结晶膨胀所产生的盐胀力可通过水体积的减少以及土体颗粒之间的豁结力路面覆盖的重力得以克服在这一过程中随着温度的进一步降低当土体中结晶所形成的体积增大至远远大于土体空隙中的自由水和弱结合水所占体积时其盐胀力将迅速增长如果此时路基土体的戮结力和上覆荷载

不能将其抵制消耗掉土体颗粒必须处于受力平衡状

态贝首先会在路基或路面的薄弱部位或盐

胀力大的部

位突破产生隆起或裂缝等现象

本阶段的特征为外界温度显著降低土体内部温度也相应降低土体表层温度明显低于土体内部和下部温

度形成了土体温度差几开始大量结晶芒硝大量析出在比较严重的路段出现了胀起变形和裂缝现象开挖路基断面会出现明显的芒硝晶体盐胀和冻胀共同变形阶段当温度降到氯盐特别是结晶胀起温度时结晶形成晶体体积增大叭而此时温度已经降低到自由水的冰点多余的水分来不及结晶就发生结冰现象形成冰屑体积增大这一过程存在土体盐胀和冻胀个部分的体积变化在第阶段没有形成路面破坏的情况下在第阶段当土体冻胀力矩和盐胀力矩之和大于材料力矩及自身力矩之和时路面开裂或隆起如果在第阶段已经产生了破坏那么在第阶段由于冻胀力和盐胀力的共同作用会使破坏更加严重本阶段的特征为外界温度持续降低温度梯度进一步增大土体冻深进一步发展在土体毛细水力的作用下土体底层的水分向冰冻线附近移动部分芒硝晶体和大量晶体析出自由水从冰点起开始结冰形成冰屑并持续增大本阶段外观表现为路面胀起变形剧烈裂缝宽度增大开挖路基后有冰屑和芒硝晶体纯冻胀阶段当温度继续降低到盐胀终止温度时土体中的盐分来不及从溶液中析出盐胀停止此时只有冻胀发生直到土体中没有自由水为止这一过程主要表现为土体冻胀所产生的变形这种冻胀力和变形会进一步加剧路基路面的破坏本阶段特征为外界温度进一步降低并且持续保持低温在一定深度范围内土体变形缓慢主要以冻胀冰屑为主如果温度降低速度较快未能结晶的盐分也冻结在冰屑中形成携盐冰屑土体变形不剧烈但是路面变形状况加剧隆起变形缓慢增长裂缝进一步开展“土体变形的影响因素温度温度是造成路基盐胀和冻胀变形的关键因素之一通常来说随着外界温度的变化地面温度也产生相应的变化趋势如果是一个大平面则温度应该在整个平面上均匀变化但是对于公路这种线形工程温度变化有着不同的特征对于沥青路面来说黑色面层相对于其他面层的导热性能好于一般的土质而路面结构层中砂砾石料的传热性也好于路肩填土例如路面结构层为沥青面层级配砂砾天然砂砾的路面部分其综合传热系数为路肩部分为即路面部分比路肩部分的传热性大因此在其他外界因素相同的前提下公路这种线形

工程在温度变化时路基内部的温度变化速率不一致从而造成路基中产生冻胀和盐胀的速率不同一般路基横断面中部较两侧产生的冻胀力和盐胀力都大而此处的盐胀

力和冻胀力必须消除达到路基土体内的受力平衡致使

路面中所受的膨胀力最大这时会从路面中部或靠近路面中部的薄弱环节处开裂或胀起这种现象从垦区多条公路路面裂缝破坏在路面中心黄线处可以得到验证叫水一般而言当盐胀路基含水量大于且在温度适宜的情况下才可能产生盐胀变形当含水量大于盐胀峰值含

水量土体最佳含水量与塑限含水量之间时盐胀反而

减

小而施工中为了保证路基的压实度一般均洒水至最佳

含水量后进行压实因此施工中土体自由的含水量较多不需要外界水量的补充就足够产生盐胀冻胀产生的含水

量一般在小于最佳含水量,‘与液限之间在正常的施工条件下一般土质中的含水量也会产生冻胀但是在冰

冻盐渍土地区通常先产生盐胀后发生冻胀经过盐胀产生结晶吸收土中的水分使得土中的自由水很少在无外来水分供给的条件下发生冻胀的可能性会大幅度降低但因垦区盐渍土地区地下水位较高以及林带灌水田间灌

溉等人为因素的影响为路基冻胀和盐胀所需水分提供

了养护机械施工技术一

源源不断的来源致使蒸腾作用浸润和温度梯度的毛细水作用持续不断为持续盐胀和冻胀创造了条件盐分盐渍土中盐分含量的多少特别是氏和的含量决定了土体盐胀生质也就是规范所划分的土的盐胀性对于新疆兵团垦区特殊的冰冻盐渍土地区路基土体盐分的积聚主要由土质的盐碱化和次生盐碱化产生

原路基土中含有大量的盐分兵团垦区道路基本上都是在原土路基上改建或新建而成这些土路基都是在垦区开垦过程中为了运输作物和种植需要在盐碱地上将土壤改良后的不良土质堆填而成路基土未经过改良处理致使原路基中的盐碱含量普遍超标虽说在有些路段开挖了排碱渠路基中盐分略有减少但是在蒸腾作用和毛细水作用下减少并不明显路基土次生盐碱化在新疆这种干旱少雨的大陆性气候条件下一般北疆的蒸发量是降雨量的倍南疆地区为倍东疆地区则更大如此悬殊的蒸发和降雨量构成新疆盐渍土地区路基盐分形成的特殊性—路基土质的次生盐碱化主要因夏季的蒸腾作用和冬季降温时的毛细水管上升携盐而成土质盐渍土地区在水分充分的条件下均会产生盐胀和冻胀而对于防治盐渍土采用的合格筑路材料如乳性土粉土砂性土砾石土其在强烈的蒸腾作用和毛细水作用下均会产生次生盐渍化这种现象的持久发展和累积会产生盐胀并在水分供给充足的情况下也会产生冻胀变形破坏上覆荷载无论是路基盐胀还是冻胀变形破坏上覆荷载都起抑制作用在冰冻盐渍土地区当上覆荷载的重力大于路基产生的盐胀力和冻胀力之和时路面不会产生冻胀及盐胀变形破坏对于新疆冰冻盐渍土地区在外界一切条件具备的情况下冻胀和盐胀发生的综合破坏变形极为剧烈要彻底防治路基冻胀和盐胀病害就要求有较厚的路面结构层进行抑制但是垦区内的公路等级偏低一般以三级及以下等级公路为主路面结构层厚度较薄在礴之间路面只有的沥青面层这种低等级低造价的公路其结构层上覆荷载远小于种病害综合作用所需的厚度盐胀和冻胀病容的防治一般而言因盐胀和冻胀病害产生温度的差异在正常施工含水量条件下无充分的外来水供给冰冻盐渍土地区的道路先产生盐胀病害由于土体中的水分大部分供给了盐胀致使冻胀产生的可能生降低这些路段主要以盐胀为主冻胀次之在有充分外来水地下水地表水供给的强盐渍土地区应以盐胀和冻胀病害并重防治隔断法要解决冻胀或盐胀病害问题首先必须考虑路基土质的盐渍化程度和冻胀的影响深度在此基础上对于三级及以下等级公路从盐胀有效影响深度的一和最大冻深一中选取最大值进行防治才能较为经济实用且适合于垦区内道路等级低造价低的现

状〔垦区内目前主要采用风积沙隔断和土工膜布隔断

种方法对该综合病害进行防治

风积沙隔断风积沙具有良好的水稳性较高的强度较好的透

水性〕和较小的毛细水上升高度是一种非盐胀性和非冻胀性土质其主要作用是隔断毛细水进入路基上层也可使上部渗水下渗能达到防治冻胀和盐胀综合病害之目的通过垦区农八师新西线农一师阿科公路等多条公路实践表明这种方法可以有效地防治三级及以下等级公路冻胀和盐胀综合病害风积沙隔断层作

为

防治

冻胀或盐胀的材料所需的厚度相对较大材料

的用

量

多因此适用于路基填土较高且材料运距较近的路段

在盐碱较重蒸发量较大的路段隔断层受到填筑高度

的影响不能

满足要求时不能使用

在地下水位高地表水影响大的地区或路段宜采用

细颗粒含量小于的风积沙在较为干旱路基填筑高度大的部位采用细颗粒含量稍大、于巧咐的风积沙是可行

的风积沙中细颗粒含量过大大于巧细

粒土之间的薄

膜水或自由水通道会使路基底层的盐分在毛细水作用

或

蒸腾作用下转移导致路基路面次生盐渍化发展下去会

致使隔断层失效因此不宜用于冻胀或盐胀的防治土工膜布隔断

土工膜布隔断适用于地下水位较高路基抬高

受到

限制的冻胀路段抬高路基所需材料的费用远大于使用土工布防治冻胀和盐胀的路段路基高度受到限制但地

下水位高原路基毛细水上升高度大土质盐分含量大的路段毛细水上升高度大蒸发量大致使蒸腾作用严重采用其他隔断措施无法有效根除路基或路面的次生盐渍化的路段这种方法在垦区内应用也较多在农六师芳

马

公路农八师古新干线等工程中均取得了较好

的效果

降低水位法

降低路基水位法就是采取措施将路基的地下水位降

低以减少路基中的含水量和含盐量保持路基干燥达到治理冻胀和盐胀的目的一般来说降低路基水位的方法可分为以下种