新疆地區粗粒硫酸鹽土路基結構變形特征

葛俊雷

（奎屯農七師勘測設計研究院（有限公司），新疆 奎屯 833200）

一、路基段結構變形試驗

（一）施工準備

本文采用的試驗段位于連霍高速公路石河子往奎屯路段。通過回填施工的方法，建立了三種不同加鹽量的路基試驗斷面，探討了不同加鹽量對路基結構變形特征的具體影響，并設置了溫度監測點，從而實現對不同深度下路基溫度變化的研究。路基置換填料用挖土機混合，再與水混合燜料。

（二）路基試驗段變形監測點布置

沉降計可用于基坑監測工程項目以及地下環境監測工程項目，此外，還能應用于測量道路建設路基原位形態中的結構特征沉降變形以及深基坑底部的豎向變形監測等領域。傳感器由傳感器線圈的勵磁電路線圈中的相關驅動設備構成，當消除激勵信號后，鋼弦仍以其固有頻率持續延后振動至處于工作狀態的一段時間。通過電測位移傳感器收集、分析環境中的信號，使其顯示數據移位、波動的數值，從而達到試驗監測的目的。

二、試驗過程

（一）試驗段結構特征變形監測試驗

為了能夠更加深入地探討不同含鹽量對路基結構變形特征的影響，研究過程中對無鹽砂礫、1%鹽砂礫和2%鹽砂礫的現場數據進行了綜合化的分析。

隨著含鹽量的增加，路基結構的隆起變形程度會因為3種試驗類型的礫砂路基環境溫度的升高而逐漸增大。隨著環境溫度變化，路基中累積鹽的作用力度隨著反復循環頻率的提高而逐漸增大；而在自重應力作用下，變形值會隨著凍融循環次數的增加而減小。一般情況下，無鹽礫石砂的隆起變形較小，沉降變形程度也隨著變小。

（二）路基試驗段溫度監測試驗

當溫度監控探針處于淺層時，其實際所顯示的溫度值變化的頻繁程度就會更高。當路基的埋深深度小于240cm時，路基土層的全年溫度變化的范圍會顯著變大，且溫度指標通常會出現頻繁變化。但是，當路基的埋深深度超過240cm時，路基環境溫度的變化會逐漸趨于平緩，從而對鹽漬路基造成的破壞性影響較小。

通過分析，可以看出試樣路基的溶脹溫度在沒有鹽礫石砂的時是3℃，而當溫度小于3℃時，礫砂鹽漬土的隆起變形則呈現全面的鹽脹變形和凍脹擴張變形的綜合狀態，并且在這個溫度范圍內，凍脹是路基結構主要的變形形式。

三、影響路基結構變形的因素

（一）環境溫度

為了能夠基于實際研究需求，獲得準確的路基結構變形中礫砂路基的實際變形程度量值，以及位于路基建設土體表面下5cm位置處的環境溫度的實時變化情況，本文利用溫度檢測設備進行了路基結構溫度檢測試驗，結果表明溫度的變化會影響鹽漬土路基變形結構程度。當溫度下降的時候，路基結構中的硫酸鈉也將會基于自身結構吸收水分并生成芒硝晶體，從而導致路基土體出現膨脹、破壞路基的情況。但隨著溫度的升高，路基土體冰晶和一些硫酸鈉晶體則會出現溶解的情況，從而導致土體出現沉積和溶解，進而導致路基結構出現一定程度的沉降。根據測試結果：當環境溫度為5～20℃時，鹽漬土路基的變形程度較大，這表明該溫度范圍是鹽在鹽底物中嚴重膨脹的溫度極限范圍區間。

（二）礫砂含鹽量

根據內部沉降儀提供的溫度探針監測數據，通過仿真的方式繪制了無鹽礫砂和存在1.0%礫石鹽水的路基結構的變形程度與溫度變形的關系。能夠觀察到所列舉的兩組數據集的離散創建了兩個磁滯曲線，并且其隨著路基環境溫度的不斷升高，變形的量值逐漸減少，當溫度逐漸降低時，路基結構的變形量值逐漸增加。通過對比分析兩組數據集，發現兩者之間存在明顯的差異，即：含1%鹽的礫砂路基結構的最大變形程度量值要稍微大于普通礫石的最大變形程度量值。

根據路基的凍結和凍融兩個數據集的兩個周期過程，將兩個數據分別基于時間階段的選擇集劃分為三個時間跨度。兩組類型的數據周期線性匹配的具體擬合公式如下：

s=aT+b

在上述公式中：s代表的是變形量，T代表的是溫度，而a、b代表的是調節參數，其中a的絕對值表示路基變形對環境溫度的敏感性。比較每個公式中的a值，可以觀察到含1%鹽的礫砂石路基對于環境溫度的依賴程度要強于不含鹽的礫砂路基。同時，與含1%鹽的礫砂石路基相比，無鹽礫石基質的兩種凍結和解凍類型的最大位移變形程度有很大不同，其中無鹽漬的路基變形程度值較大。而在路基結構的凍融循環期間，隨著冷凍和融化循環次數的增加，不含鹽化基質對變形溫度的敏感性會逐漸呈現出降低的態勢。這兩種路基類型具有不同的破壞形式，其中含1.0%鹽的礫砂路基對變形溫度的敏感性更強，同時可以發現，沉降這一路基變形方式是破壞路基結構的重要原因之一。

四、結語

研究表明，不同含鹽量的三種礫砂路基結構隨著溫度的變化均在一定程度上出現隆起沉降變形。不含鹽礫砂路基的隆起變形小于其他兩種路基類型，但沉降變形較大。與其他兩種路基相比較而言，加鹽2.0%礫砂路基的隆起變形值較大，沉降變形值較小。

根據本文試驗結果來看，可將礫砂鹽漬土路基變形劃分為4個區域。I區域是一個溫度小于3℃的區域，該區域出現于11月中旬至次年3月初，分布在路基表面以下300cm的范圍內，此時的路基變形情況主要是因為凍脹引起的。Ⅱ區域溫度范圍為-3至5℃時，該區域的出現時間為3月初至4月初、10月初至11月底時間段，其分布于路基表面至路基以下425cm的范圍內，此時區域中的路基結構變形情況主要是由鹽膨脹所引起的。Ⅲ區域中的整體溫度條件大于20℃，并且該區域溫度變化的條件因素出現的具體時間為5月中旬至8月中旬這一時間段，分布在路基表面至路基深度300cm以內，試驗結果顯示這一區域中的路基鹽脹的結構變形程度較小。而Ⅳ區域的溫度為5～20℃，此區域分布涉及全年，4月初至5月中旬、9月初至10月初為區域中的路基結構鹽膨脹敏感期，此時大部分路基處于冷卻狀態，同時路基結構在此階段形成隆起變形。