阿克蘇地區(qū)瀝青混凝土道路破壞機(jī)理探究

張靈通，劉長(zhǎng)江，席宣宣，張 震

(新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000)

阿克蘇地區(qū)地處新疆南北疆交通要沖，截至2019年底，該地區(qū)城市道路長(zhǎng)度達(dá)855.49 km，農(nóng)村公路總里程達(dá)1.5萬(wàn)多km。其中，很大一部分是瀝青混凝土道路，經(jīng)歷多年的運(yùn)行，路面均有不同程度的變性破壞。政府每年都要投入大量的人財(cái)物用于路面修復(fù)。交通不便制約著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，路同損毀會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患。

1 試驗(yàn)研究

為了探究阿克蘇地區(qū)瀝青混凝土道路的破壞類型，對(duì)該地區(qū)八縣一市道路進(jìn)行了實(shí)地走訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)阿克蘇地區(qū)路面破壞形式主要有龜裂、坑洞溶蝕、起鼓、高低不平，冬春季個(gè)別路段還會(huì)出現(xiàn)冒水、翻漿等病害形式。為了探究這些病害形成機(jī)理，對(duì)一些破壞嚴(yán)重路段利用混凝土鉆孔取芯機(jī)對(duì)其路基結(jié)構(gòu)層鉆孔取樣，對(duì)道路沿線鹽漬土按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～100 cm分層取土樣。本次共取得阿克蘇市路基土樣5份，自然土樣20份，水樣10份。溫宿縣路基土樣2份，自然土樣10份，水樣10份。庫(kù)車縣自然土樣10份，水樣5份。沙雅縣自然土樣10份，水樣10份。新和縣自然土樣10份，水樣5份。拜城縣自然土樣10份，水樣10份。烏什縣自然土樣10份，水樣5份。阿瓦提縣自然土樣10份，水樣5份。柯坪縣自然土樣10份，水樣5份。對(duì)所取土樣、水樣進(jìn)行八大離子檢測(cè)及總鹽檢測(cè)[1]。

鹽漬土地區(qū)深度1.0 m內(nèi)的平均含鹽量，按下式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中，Ds---平均含鹽量，%；Dsi---第i層土的含鹽量，%；hi---第i層土的厚度，m；n---分層取樣的總層數(shù)。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，土樣鹽漬土分類、平均含鹽量分類見(jiàn)表1、表2。

表1 土樣鹽漬土分類Tab.1 Classification of soil samples

表2 土樣平均含鹽量分類Tab.2 Classification of average salinity of soil samples

從表1、表2得出：阿克蘇地區(qū)道路路基土和周圍土樣以硫酸鹽和氯鹽為主，土壤類型主要是中強(qiáng)度鹽漬土，在靠近北部山區(qū)的地方分布著一定的碳酸鹽鹽漬土?？拷衬貐^(qū)硫酸鹽、氯鹽鹽漬土的含量相對(duì)較高，這是因?yàn)樯衬吘壍娘L(fēng)積沙土層易于積鹽[2-5]。

對(duì)八縣一市所取水樣進(jìn)行水樣鹽分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，以氯鹽、硫酸鹽為主，這主要與周圍的鹽漬土成分有關(guān)。

運(yùn)用SEM微觀電鏡對(duì)所取試驗(yàn)土樣進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，路基內(nèi)水泥穩(wěn)定層膨脹疏松，摻雜著大量具有膨脹作用的晶體，而其他結(jié)構(gòu)層很少，在非鹽漬土土樣則幾乎觀測(cè)不到(見(jiàn)圖1～3)。水泥穩(wěn)定層發(fā)生膨脹是瀝青混凝土道路變形破壞的主要因素，這些晶體主要是硫酸鹽，尤其是硫酸鈉鹽。

圖1 路基結(jié)晶體微觀結(jié)構(gòu)Fig.1 Crystal microstructure of subgrade

圖2 鹽漬土微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructure of saline soil

圖3 非鹽漬土微觀結(jié)構(gòu)Fig.3 Microstructure of non-saline soil

2 結(jié)論

阿克蘇地區(qū)道路路基及道路沿線鹽漬土鹽分含量及類別存在區(qū)域性差異，路基內(nèi)水泥穩(wěn)定層發(fā)生膨脹是瀝青混凝土道路變形破壞的主要原因。在冬春季節(jié)，路基內(nèi)溫度較低，水泥穩(wěn)定層內(nèi)硫酸鈉鹽與水結(jié)合形成Na2SO4·10H2O晶體析出，結(jié)晶后的體積約為原來(lái)無(wú)水硫酸鈉晶體體積的3.11倍，形成鹽脹。當(dāng)路基內(nèi)溫度低于0℃，路基內(nèi)的水分變成冰，體積增大，形成凍脹。路基內(nèi)氯鹽易溶于水，造成氯鹽流失，路基承載力下降，形成坑洞溶蝕。