阿克蘇地區瀝青混凝土道路破壞機理探究

張靈通，劉長江，席宣宣，張 震

(新疆理工學院，新疆 阿克蘇 843000)

阿克蘇地區地處新疆南北疆交通要沖，截至2019年底，該地區城市道路長度達855.49 km，農村公路總里程達1.5萬多km。其中，很大一部分是瀝青混凝土道路，經歷多年的運行，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物用于路面修復。交通不便制約著當地經濟的發展，路同損毀會帶來一定的安全隱患。

1 試驗研究

為了探究阿克蘇地區瀝青混凝土道路的破壞類型，對該地區八縣一市道路進行了實地走訪調查，發現阿克蘇地區路面破壞形式主要有龜裂、坑洞溶蝕、起鼓、高低不平，冬春季個別路段還會出現冒水、翻漿等病害形式。為了探究這些病害形成機理，對一些破壞嚴重路段利用混凝土鉆孔取芯機對其路基結構層鉆孔取樣，對道路沿線鹽漬土按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。對所取土樣、水樣進行八大離子檢測及總鹽檢測[1]。

鹽漬土地區深度1.0 m內的平均含鹽量，按下式(1)進行計算：

(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。

根據檢測結果，土樣鹽漬土分類、平均含鹽量分類見表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度鹽漬土，在靠近北部山區的地方分布著一定的碳酸鹽鹽漬土。靠近沙漠地區硫酸鹽、氯鹽鹽漬土的含量相對較高，這是因為沙漠邊緣的風積沙土層易于積鹽[2-5]。

對八縣一市所取水樣進行水樣鹽分檢測，檢測結果表明，以氯鹽、硫酸鹽為主，這主要與周圍的鹽漬土成分有關。

運用SEM微觀電鏡對所取試驗土樣進行微觀結構觀測發現，路基內水泥穩定層膨脹疏松，摻雜著大量具有膨脹作用的晶體，而其他結構層很少，在非鹽漬土土樣則幾乎觀測不到(見圖1～3)。水泥穩定層發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 路基結晶體微觀結構Fig.1 Crystal microstructure of subgrade

圖2 鹽漬土微觀結構Fig.2 Microstructure of saline soil

圖3 非鹽漬土微觀結構Fig.3 Microstructure of non-saline soil

2 結論

阿克蘇地區道路路基及道路沿線鹽漬土鹽分含量及類別存在區域性差異，路基內水泥穩定層發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，路基內溫度較低，水泥穩定層內硫酸鈉鹽與水結合形成Na2SO4·10H2O晶體析出，結晶后的體積約為原來無水硫酸鈉晶體體積的3.11倍，形成鹽脹。當路基內溫度低于0℃，路基內的水分變成冰，體積增大，形成凍脹。路基內氯鹽易溶于水，造成氯鹽流失，路基承載力下降，形成坑洞溶蝕。