硫酸鹽漬土道面破壞機理論文

　　摘要：在分析鹽漬土道面結構特點和所處環(huán)境的基礎上，對鹽漬土道面破壞的機理進行了深入探討，道面下季節(jié)性水鹽運動、飛機荷載以及施工質量是造成鹽漬土機場破壞的主要因素。

　　關鍵詞：鹽漬土;水鹽運動;機理

　　中圖分類號：TQ12 文獻標識碼：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%。我國正抓緊進行西部大開發(fā)，隨著我國經濟的發(fā)展和西部大開發(fā)的深入，今后西北地區(qū)機場的數(shù)目將會逐年增加，而西北地區(qū)地質條件惡劣，機場選址很難避開鹽漬土地區(qū)。近年來在西北地區(qū)的機場新修與翻修工程中，多次因鹽漬土造成嚴重破壞，經濟損失巨大。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;當硫酸鹽漬土含有較多氯鹽時，氯鹽具有強烈的吸濕性與保濕性，易吸水軟化，強度降低，影響路基穩(wěn)定，使之又具有軟土的特點;硫酸鹽漬土還具有強烈的腐蝕性，會導致道面混凝土腐蝕;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，降溫會導致鹽脹與凍脹同時發(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

　　鹽份對機場道面的危害很多，歸結起來主要有物理破壞和化學破壞。化學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生成硫酸鈣和水化硫鋁酸鈣，這兩種物質體積都會增大，造成道面開裂，嚴重時可使混凝土呈現(xiàn)多孔和軟弱狀態(tài)，最終成為無粘聚性的砂樣物質�；瘜W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℃時溶解度最大，高于或低于此數(shù)值，溶解度都會降低，在低于32.4℃，硫酸鈉溶解度降低，溶液由不飽和變?yōu)轱柡�，破酸鈉就會結合10個水分子結晶析出芒硝晶體，隨著溫度變化的反復，溶解和結晶也不斷地反復，如此脹縮使土體內部結構遭到破壞，土質松散。

　　(二)道面的破壞形式

　　據青海、新疆等內陸鹽漬土地區(qū)路面調查表明，鹽漬土對道路的破壞形式主要表現(xiàn)在：路面產生不均勻變形，形成波浪、鼓包，使路面的平整度嚴重下降;因鹽脹的反復作用，促使路基土體的結構遭到破壞，引起路基整體強度和穩(wěn)定性下降。鹽脹導致的不均勻變形使路面開裂，經行車輾壓，會加速路面破壞。與道路工程類似，敦煌機場等幾個機場的調查資料也表明，鹽漬土對機場工程的主要危害包括引起道面板錯臺、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

　　鹽分、水分遷移是造成鹽漬土地區(qū)公路、機場迅速破壞的原因，而鹽漬土道面在使用要求、道面所處環(huán)境以及水鹽運動等方面與公路又有所差異，具有獨有的特點。

　　(一)使用要求高

　　小鹽脹與溶陷對公路影響不太大，尤其是局部范圍內的鹽脹與溶陷不會對公路造成危害，幾米幾十米范圍內處理起來也容易，而道面則不然，飛機對道面的平整度要求很高，較小鹽脹與較少的溶陷，也會造成道面錯臺、斷板等危害，跑道長度通常在2000～3000米，任何小范圍內的局部危害，都將嚴重影響飛行安全和道面的正常使用。

　　(二)道面環(huán)境惡劣

　　文獻規(guī)定，鹽漬土地區(qū)公路應盡量避免挖方，尤其是要避免路塹。當不得不出現(xiàn)路塹時，為了有利于排水，保持路基穩(wěn)定，一般都應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)與土質區(qū)幾乎是平齊的，僅相差幾厘米，如圖2。土質區(qū)的存在，對雨水下滲以及排水都有一定影響，對道面下的水鹽運動也非常不利。

　　公路路基下主要是垂直水鹽熱運動，道面區(qū)域不僅有垂直水鹽熱運動，也有水平水鹽運動。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)域的水鹽運動，但對機場工程是不利的，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、壓實土質區(qū)的覆蓋作用，蒸發(fā)得到強烈抑制，削弱了水鹽熱運動。但是由于道面的覆蓋抑制蒸發(fā)的作用比壓實土基要明顯，土質區(qū)水鹽熱運動較強，積鹽程度較道面區(qū)要高，道面下有大量凝結水，比土質區(qū)濕潤，從而造成鹽分、水分在道面區(qū)與土質區(qū)之間水平遷移。

　　四、鹽漬土道面破壞原因

　　道面使用要求高，在鹽分的物理化學作用下顯得更為脆弱：道面所處的環(huán)境惡劣，水鹽運動更加復雜，也使機場破壞的可能性加大;另外飛機荷載大，容易在輪跡處產生較大拉應力，加劇機場道面破壞。

　　(一)水鹽運動

　　根據實測資料表明，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季節(jié)為硫酸鈉的結晶創(chuàng)造了外界條件。在冬季時為水分聚集時期，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成冰，春季開溫時，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，道面膨起開裂同時也使土中水分逐漸蒸發(fā)散失。在雨季時，降水通過道面裂縫和接縫處，進入道面基層和土基使無水芒硝再次和水分子結合成為芒硝晶體，導致鹽脹現(xiàn)象。而后隨著水分的蒸發(fā)膨脹也會慢慢緩解趨于穩(wěn)定，每年周而復始地重復上述過程，使道面基層及土基不斷地膨脹、收縮，破壞了土體結構，降低了密實度，造成道面開裂破壞。

　　(二)荷載作用

　　道面破壞的特點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，跑道輪跡范圍內的道面沉陷，跑道兩側鼓起但整體上道面產生鼓脹，輪跡范圍內道面鼓起。變形小于外側道面的鼓起變形，因為當?shù)烂嬲�體發(fā)生鼓起時，飛機起落滑行重量抑制了輪跡范圍內道面的鼓起變形，使這部分道面不能與外側道面產生同樣量級的變形，因而在輪跡分界處產生了拉應力，導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)施工質量

　　道面的施工工藝與施工質量對道面病害的產生也有一定的影響，施工中基層的壓實質量，分段施工接合部位的施工質量，面層的施工質量等都對道面病害的產生和發(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，產生鹽脹現(xiàn)象。

　　五、結論

　　可以認為道面下季節(jié)性水鹽運動、飛機荷載以及施工質量是造成鹽漬土機場破壞的主要因素。鹽漬土機場道面破壞是硫酸鹽脹縮造成的，有其結構的特殊性，一般都需要一段時間累積才能充分暴露出來，同時還有伴隨季節(jié)變化而反復變化的特點。

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