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硫酸鹽漬土道面破壞機(jī)理論文
摘要：在分析鹽漬土道面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所處環(huán)境的基礎(chǔ)上，對鹽漬土道面破壞的機(jī)理進(jìn)行了深入探討，道面下季節(jié)性水鹽運(yùn)動(dòng)、飛機(jī)荷載以及施工質(zhì)量是造成鹽漬土機(jī)場破壞的主要因素。
關(guān)鍵詞：鹽漬土;水鹽運(yùn)動(dòng);機(jī)理
中圖分類號：TQ12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-0118 (2010) -06-0105-02
一、前言
鹽漬土指地表以下1米土中易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性的土。我國鹽漬土分布區(qū)域很廣，主要分布在西北地區(qū)，華北平原、松遼平原、以及北方濱海地區(qū)，其中西北鹽漬土約占全國鹽漬土總面積的60%。我國正抓緊進(jìn)行西部大開發(fā)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部大開發(fā)的深入，今后西北地區(qū)機(jī)場的數(shù)目將會(huì)逐年增加，而西北地區(qū)地質(zhì)條件惡劣，機(jī)場選址很難避開鹽漬土地區(qū)。近年來在西北地區(qū)的機(jī)場新修與翻修工程中，多次因鹽漬土造成嚴(yán)重破壞，經(jīng)濟(jì)損失巨大。硫酸鹽漬土作為特殊土，既具有與濕陷性黃土類似的溶陷性，又具有與膨脹土相似的鹽脹性;當(dāng)硫酸鹽漬土含有較多氯鹽時(shí)，氯鹽具有強(qiáng)烈的吸濕性與保濕性，易吸水軟化，強(qiáng)度降低，影響路基穩(wěn)定，使之又具有軟土的特點(diǎn);硫酸鹽漬土還具有強(qiáng)烈的腐蝕性，會(huì)導(dǎo)致道面混凝土腐蝕;另外我國硫酸鹽漬土大部分分布在西北地區(qū)，冬季寒冷，氣溫很低，降溫會(huì)導(dǎo)致鹽脹與凍脹同時(shí)發(fā)生，危害極大。
二、鹽漬土道面病害分析
(一)鹽份對道面的危害
鹽份對機(jī)場道面的危害很多，歸結(jié)起來主要有物理破壞和化學(xué)破壞�；瘜W(xué)破壞主要是硫酸鹽腐蝕道面。硫酸鹽與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣和水化硫鋁酸鈣，這兩種物質(zhì)體積都會(huì)增大，造成道面開裂，嚴(yán)重時(shí)可使混凝土呈現(xiàn)多孔和軟弱狀態(tài)，最終成為無粘聚性的砂樣物質(zhì)。化學(xué)破壞采用高性能混凝土能有效避免，比如選擇不含鹽的骨料和抗硫酸鹽水泥、摻粉煤灰等，能有效地提高道面抗?jié)B性、耐久性，提高抵抗硫酸鹽侵蝕的能力。物理破壞主要是由鹽漬土由于的基層及土基含有豐富的稱硫酸鈉(Na2SO.，)，而硫酸鈉對溫度變化反映較敏感，從其溶解度曲線中發(fā)現(xiàn)，它在32.4℃時(shí)溶解度最大，高于或低于此數(shù)值，溶解度都會(huì)降低，在低于32.4℃，硫酸鈉溶解度降低，溶液由不飽和變?yōu)轱柡�，破酸鈉就會(huì)結(jié)合10個(gè)水分子結(jié)晶析出芒硝晶體，隨著溫度變化的反復(fù)，溶解和結(jié)晶也不斷地反復(fù)，如此脹縮使土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，土質(zhì)松散。
(二)道面的破壞形式
據(jù)青海、新疆等內(nèi)陸鹽漬土地區(qū)路面調(diào)查表明，鹽漬土對道路的破壞形式主要表現(xiàn)在：路面產(chǎn)生不均勻變形，形成波浪、鼓包，使路面的平整度嚴(yán)重下降;因鹽脹的反復(fù)作用，促使路基土體的結(jié)構(gòu)遭到破壞，引起路基整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降。鹽脹導(dǎo)致的不均勻變形使路面開裂，經(jīng)行車輾壓，會(huì)加速路面破壞。與道路工程類似，敦煌機(jī)場等幾個(gè)機(jī)場的調(diào)查資料也表明，鹽漬土對機(jī)場工程的主要危害包括引起道面板錯(cuò)臺、斷裂、平整度顯著降低、鼓包、道肩邊坡失穩(wěn)、隆起。
三、鹽漬土道面特點(diǎn)
鹽分、水分遷移是造成鹽漬土地區(qū)公路、機(jī)場迅速破壞的原因，而鹽漬土道面在使用要求、道面所處環(huán)境以及水鹽運(yùn)動(dòng)等方面與公路又有所差異，具有獨(dú)有的特點(diǎn)。
(一)使用要求高
小鹽脹與溶陷對公路影響不太大，尤其是局部范圍內(nèi)的鹽脹與溶陷不會(huì)對公路造成危害，幾米幾十米范圍內(nèi)處理起來也容易，而道面則不然，飛機(jī)對道面的平整度要求很高，較小鹽脹與較少的溶陷，也會(huì)造成道面錯(cuò)臺、斷板等危害，跑道長度通常在2000～3000米，任何小范圍內(nèi)的局部危害，都將嚴(yán)重影響飛行安全和道面的正常使用。
(二)道面環(huán)境惡劣
文獻(xiàn)規(guī)定，鹽漬土地區(qū)公路應(yīng)盡量避免挖方，尤其是要避免路塹。當(dāng)不得不出現(xiàn)路塹時(shí)，為了有利于排水，保持路基穩(wěn)定，一般都應(yīng)采用敞開式斷面的矮路堤形式，路床要換填隔斷層，如圖1。而道面周圍有土跑道和平地區(qū)，由于飛行安全的需要，道面區(qū)與土質(zhì)區(qū)幾乎是平齊的，僅相差幾厘米，如圖2。土質(zhì)區(qū)的存在，對雨水下滲以及排水都有一定影響，對道面下的水鹽運(yùn)動(dòng)也非常不利。
公路路基下主要是垂直水鹽熱運(yùn)動(dòng)，道面區(qū)域不僅有垂直水鹽熱運(yùn)動(dòng)，也有水平水鹽運(yùn)動(dòng)。平地區(qū)和土跑道的存在，雖然在一定程度上能減弱水分蒸發(fā)，在一定程度上抑制道面小區(qū)域的水鹽運(yùn)動(dòng)，但對機(jī)場工程是不利的，這也是公路修筑路堤、避免路塹的原因。
在跑道、道肩、平地區(qū)和土跑道以及站坪等組成的區(qū)域，由于道面、壓實(shí)土質(zhì)區(qū)的覆蓋作用，蒸發(fā)得到強(qiáng)烈抑制，削弱了水鹽熱運(yùn)動(dòng)。但是由于道面的覆蓋抑制蒸發(fā)的作用比壓實(shí)土基要明顯，土質(zhì)區(qū)水鹽熱運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，積鹽程度較道面區(qū)要高，道面下有大量凝結(jié)水，比土質(zhì)區(qū)濕潤，從而造成鹽分、水分在道面區(qū)與土質(zhì)區(qū)之間水平遷移。
四、鹽漬土道面破壞原因
道面使用要求高，在鹽分的物理化學(xué)作用下顯得更為脆弱：道面所處的環(huán)境惡劣，水鹽運(yùn)動(dòng)更加復(fù)雜，也使機(jī)場破壞的可能性加大;另外飛機(jī)荷載大，容易在輪跡處產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，加劇機(jī)場道面破壞。
(一)水鹽運(yùn)動(dòng)
根據(jù)實(shí)測資料表明，膨脹變形主要發(fā)生在地溫明顯回升，日夜溫差變化最大的冬未春初和降水量較集中的七、八月間，這說明道面破壞是由于對溫度變化感的硫酸鈉造成的，而且恰恰是上述兩個(gè)季節(jié)為硫酸鈉的結(jié)晶創(chuàng)造了外界條件。在冬季時(shí)為水分聚集時(shí)期，地下水以水汽形式不斷從深處向上輸送。由于跑道面層覆蓋作用，水汽不能有效蒸發(fā)則在道面以下不斷下降的冰凍線附近結(jié)成冰，春季開溫時(shí)，土中冰不斷融化成水，部分被無水芒硝吸收，無水芒硝有的結(jié)晶，有的溶解在水中，隨著夜間地溫下降，部分溶解的芒硝也結(jié)晶成為芒硝晶體，使土體積迅速膨脹，道面鼓起開裂，道面膨起開裂同時(shí)也使土中水分逐漸蒸發(fā)散失。在雨季時(shí)，降水通過道面裂縫和接縫處，進(jìn)入道面基層和土基使無水芒硝再次和水分子結(jié)合成為芒硝晶體，導(dǎo)致鹽脹現(xiàn)象。而后隨著水分的蒸發(fā)膨脹也會(huì)慢慢緩解趨于穩(wěn)定，每年周而復(fù)始地重復(fù)上述過程，使道面基層及土基不斷地膨脹、收縮，破壞了土體結(jié)構(gòu)，降低了密實(shí)度，造成道面開裂破壞。
(二)荷載作用
道面破壞的特點(diǎn)是早期破壞速度緩慢彭脹變形小，后期破壞迅速彭脹變形大，從表面上看，跑道輪跡范圍內(nèi)的道面沉陷，跑道兩側(cè)鼓起但整體上道面產(chǎn)生鼓脹，輪跡范圍內(nèi)道面鼓起。變形小于外側(cè)道面的鼓起變形，因?yàn)楫?dāng)?shù)烂嬲w發(fā)生鼓起時(shí)，飛機(jī)起落滑行重量抑制了輪跡范圍內(nèi)道面的鼓起變形，使這部分道面不能與外側(cè)道面產(chǎn)生同樣量級的變形，因而在輪跡分界處產(chǎn)生了拉應(yīng)力，導(dǎo)致了輪跡分界處道面沿跑道縱向開裂，加劇了道面的破壞程度。
(三)施工質(zhì)量
道面的施工工藝與施工質(zhì)量對道面病害的產(chǎn)生也有一定的影響，施工中基層的壓實(shí)質(zhì)量，分段施工接合部位的施工質(zhì)量，面層的施工質(zhì)量等都對道面病害的產(chǎn)生和發(fā)展起一定的作用。另外在施工中容易誤將含鹽量高的材料摻入基層中，產(chǎn)生鹽脹現(xiàn)象。
五、結(jié)論
可以認(rèn)為道面下季節(jié)性水鹽運(yùn)動(dòng)、飛機(jī)荷載以及施工質(zhì)量是造成鹽漬土機(jī)場破壞的主要因素。鹽漬土機(jī)場道面破壞是硫酸鹽脹縮造成的，有其結(jié)構(gòu)的特殊性，一般都需要一段時(shí)間累積才能充分暴露出來，同時(shí)還有伴隨季節(jié)變化而反復(fù)變化的特點(diǎn)。
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