關(guān)于鹽漬土路基底部結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔斷層排鹽效果的試驗(yàn)研究

馬光誠(chéng) 陳國(guó)新 李壽寧

(1 塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾843300)(2 新疆阿拉爾市建設(shè)局，新疆 阿拉爾 843300)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新時(shí)代，然而在西部地區(qū)，尤其在新疆，仍然存在著大片的鹽漬土地區(qū)，這對(duì)公路的建設(shè)有很大的影響。鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱，在公路工程中，是指地表下1.0 m 內(nèi)易溶鹽含量平均大于或等于0.3%的土［1］。由于土體中易溶鹽的存在，鹽的種類與鹽的含量的不同會(huì)改變土體的基本工程性質(zhì)。因此也就會(huì)對(duì)路基工程帶來(lái)直接的危害。鹽漬土具有溶陷、翻漿、鹽脹、腐蝕等性質(zhì)，對(duì)公路工程建設(shè)的危害性極大。鹽漬土路基的工程治理措施有很多，有基底處理法、設(shè)置毛細(xì)水隔斷層法和提高路基高度、浸水預(yù)溶法、強(qiáng)夯法、化學(xué)處理鹽漬土法、降低水位法等等［2－5］。

對(duì)于鹽漬土地區(qū)道路的研究，大量的研究集中于鹽漬土的鹽脹和溶陷、凍脹規(guī)律，從筑路材料層次解決鹽脹等道路破壞問題［6］。從調(diào)整路基結(jié)構(gòu)層次方面的研究相對(duì)較少，相應(yīng)的處治措施也貧乏。根據(jù)鹽、水、溫共場(chǎng)發(fā)生鹽脹的機(jī)理;有鹽、有水有溫度變化會(huì)產(chǎn)生鹽脹，有鹽沒水沒溫度變化不產(chǎn)生鹽脹，沒鹽、沒水、有溫度變化也不產(chǎn)生鹽脹。所以控制含鹽量和溫度變化是解決鹽脹的兩個(gè)根本途徑［7］。在路基凍土層以下設(shè)置隔斷層，切斷路基深層鹽、水隨毛細(xì)管上升的路徑，同時(shí)也是排掉路基凍土層中原有鹽分和后期隨雨水等入滲鹽分的出口，隔斷層的坡度及其結(jié)構(gòu)怎樣設(shè)置排鹽效果最好，是本文研究的主要內(nèi)容和目的。模擬鹽漬土路基在降雨時(shí)鹽分入滲，可獲取隔斷層在不同坡度下的排鹽水效果的資料，從而設(shè)計(jì)本試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 儀器設(shè)備

可手動(dòng)控制流量的滴水管、試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、土工布、天平、燒杯、烘箱、CD－11 型鹽分電導(dǎo)溫度儀(探頭型號(hào):FJA－10)等。

1.2 試驗(yàn)方案

在土層的不同深度和位置處埋設(shè)溫度和鹽分的復(fù)合式探頭，測(cè)試不同位置和埋深的溫度和含鹽量，經(jīng)過(guò)分析得到路基的溫度、鹽分的遷移規(guī)律。通過(guò)測(cè)試不同深度和位置的含水量并分析可以得到路基水分的遷移規(guī)律。分析測(cè)定集水槽內(nèi)滲透溶液的含鹽量得到該路基結(jié)構(gòu)的排鹽效果。

1.3 試驗(yàn)步驟

1.3.1 按照與實(shí)際路基比例為1:100 制作模型箱，試驗(yàn)過(guò)程中以隔斷層的坡度和相應(yīng)的路面高度為變量，同時(shí)控制滴水管的流量。如圖1 所示;

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)圖

1.3.2 按照配比配備土樣并悶料2－4h，含水率5%，含鹽量1%;

1.3.3 模擬實(shí)際路基的材料和密度鋪設(shè)隔斷層及路面以下部分，用土工布隔斷，密封好并在集水槽上方的土工布上透出一排小孔用于排鹽［8］;

1.3.4 在隔斷層上方不同埋深和位置處埋置探頭，用于判斷各處的排鹽情況(根據(jù)電導(dǎo)值與含鹽量成正比的關(guān)系)，電導(dǎo)儀探頭分布圖如下:

圖2 探頭分布圖

1.3.5 按照設(shè)計(jì)位置固定滴水管，控制流速為5 ml/min，6 個(gè)滴管合計(jì)30 ml/min;

1.3.6 每隔15 分鐘通過(guò)集水槽收集滲透溶液，用燒杯和天平秤取質(zhì)量，烘干后得到含鹽量;

1.3.7 直到電導(dǎo)值趨于0 即含鹽量很低時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。

1.4 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)在鹽漬土路基底部結(jié)構(gòu)中設(shè)置不同坡度的隔斷層，模擬因降雨和和林帶灌水使路基富集鹽分和水分，隨四季溫度變化從而產(chǎn)生鹽脹破壞道路。如果將道路凍土層內(nèi)的鹽和水排走，使路基溫度變化幅度大的凍土層中不含或少含鹽和水，就不會(huì)發(fā)生鹽脹破壞了。采取什么角度的隔斷層坡度排鹽排水效果最好，是設(shè)計(jì)本試驗(yàn)的的主要目的，以期達(dá)到預(yù)期的排鹽的效果，從而解決鹽脹問題。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 電導(dǎo)走向趨勢(shì)圖如圖3、圖4、圖5 所示:

圖3 模型中心方向電導(dǎo)趨勢(shì)圖

圖4 模型水平縱向電導(dǎo)趨勢(shì)圖

圖5 模型水平橫向電導(dǎo)趨勢(shì)圖

結(jié)合圖2 可看出無(wú)論垂直、橫向和縱向，電導(dǎo)值隨滴管滴水開始，逐漸增大，有的區(qū)域已經(jīng)達(dá)到電導(dǎo)儀最大值19.9 ms(電導(dǎo)儀測(cè)量范圍0～19.9 ms)，保持一段時(shí)間后逐漸減小趨于0。說(shuō)明沒有滴水前電導(dǎo)值在5 ms 左右，隨著滴水的進(jìn)行，由于水的運(yùn)移促使鹽分聚集，電導(dǎo)值增大;進(jìn)一步排水后，鹽漬土中含鹽量下降，電導(dǎo)值逐漸減小。

2.2 正“V”型、倒“V”型不同隔斷層坡度在不同時(shí)間的累積排鹽量如表1、表2 所示。

表1 正“V”型隔斷層在不同坡度時(shí)的累積排鹽量

表2 倒“V”型隔斷層在不同坡度時(shí)的累積排鹽量

3.3 正“V”型、倒“V”型不同隔斷層坡度在不同時(shí)間的累積排鹽量比較如圖6、圖7 所示。

圖6 正“V”型、不同隔斷層坡度在不同時(shí)間的含鹽量比較

圖7 倒“V”型、不同隔斷層坡度在不同時(shí)間的含鹽量比較

從圖中可看出，無(wú)論正“V”型隔斷層還是倒“V”型隔斷層，在隔斷層坡度為15 度時(shí)累積排鹽量最大，其中又以正“V”型隔斷層排鹽效果更好。

3 結(jié)論

3.1 對(duì)于鹽漬土路基，可以依靠改變底部隔斷層坡度促進(jìn)排鹽，但具體排鹽效果需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 隔斷層采用土工布密封，只依靠排水槽上方的小孔排鹽，在降雨很少的環(huán)境中會(huì)造成鹽分積累而無(wú)法及時(shí)排出，后續(xù)試驗(yàn)中可以采用一定厚度的礫石作為隔斷層，既有助于排鹽又能隔斷毛細(xì)水的上升，防止水分和鹽分進(jìn)入路基上部，從而避免路基或路面遭受破壞。

3.3 試驗(yàn)中模型的制作、降雨量的選定和鹽漬土的配比等會(huì)存在一定的誤差，在后續(xù)試驗(yàn)中都需要改進(jìn);由于設(shè)計(jì)的隔斷層有坡度，會(huì)使工程量加劇，造價(jià)提高都會(huì)對(duì)以后的建設(shè)和推進(jìn)帶來(lái)很大的困擾。

3.4 本文從改變鹽漬土路基底部隔斷層坡度方面來(lái)考慮排鹽，解決鹽脹等問題，是一次大膽的嘗試和探索，希望會(huì)為鹽漬土地區(qū)的道路建設(shè)提供一定的參考和借鑒。

［1］新疆公路學(xué)會(huì).鹽漬土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工指南［P］.北京:人民交通出版社.2006:33－36.

［2］楊保存，劉新榮，汪為巍.阿拉爾市區(qū)道路鹽凍脹變形破壞機(jī)理與成因分析［J］.塔里木大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，21(2):1－6.

［3］楊保存，劉新榮，賀興宏，等.鹽漬土路基鹽脹性試驗(yàn)研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009，5(3):594－603.

［4］張予龍，徐寶棟，鄭久亮.鹽漬土地區(qū)路基病害及防治措施［J］.黑龍江交通科技.2009(8):1－3.

［5］楊保存，汪為巍，牛新平.南疆不同地區(qū)鹽漬土工程性質(zhì)的試驗(yàn)研究［J］.塔里木大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(4):12－17.

［6］劉軍柱，李志農(nóng)，劉海洋，等.新疆公路鹽漬土路基鹽脹力的數(shù)值模擬分析［J］.公路交通技術(shù)，2008(2):1－5.

［7］楊柳，楊保存.阿拉爾市區(qū)道路鹽脹病害綜合處理措施［J］，中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008(23):297－302.

［8］邢愛國(guó)，李世爭(zhēng)，陳龍珠.高速公路水泥固化鹽漬土的試驗(yàn)研究［J］.公路，2007(7):76－80.