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探讨研究得克萨斯州筑路工程中因土壤中硫酸盐引起路面隆起的问题
◇ (美)陈达豪 著 邹十践 译
摘 要 本文集中探讨研究了在一项新的建设工程中路面隆起的原因、可能的解决办法和以后 的预防措施。我们思考工程东边的路面隆起是由于石灰稳定层和土壤中无机物之间的一种 反作用力所引起的。由于土壤化学的不同，工程(现仍在建筑中)西边没有出现路面隆起的 痕迹。对此现象我们开始进行探讨研究，以检验我们对此现象的假设。 从研究的发现中得出结论:道路东边路面隆起的原因是与膨胀的无机物钙矾石的形成 有关。而且钙矾石(膨胀无机物)的形成是由于石灰稳定层与道路东边的硫酸盐含量高的土 壤的接合处的反作用力之故。实验室试验没有发现在道路东边硫酸盐含量高的土壤中有任 何有效的稳定层。因此重建要用选择的材料来除掉和更换已处理的路面层，这种选择的材 料只有少于2000ppm的硫酸盐的含量。试验结果表明:硫酸盐对道路西边的隆起不存在威胁。 得克萨斯州施工区已进行了现场导电性试验，以评估和监测在其余工程中硫酸盐含量的浓 度。在道路西边的路面上，先进行3%的处理，然后就是72小时的软化期，最后再进行 3%的石灰处理。整个施工工程两年内完成，此后便没有看到路面出现隆起现象。 关键词 硫酸盐 隆起 石灰 稳定 石膏 导电性 钙矾石 引言 近来，得克萨斯运输部已看到新建的工程中已出现了路面的隆起现象，这种隆起现象开始出现于 2001年2月份，在道路上这种隆起已延伸了8.8英里，这项新建工程总成本约为1270万美元。路面设 计要求在300毫米软基层和200毫米的石灰处理过的路基的顶部上覆盖50毫米的沥青混凝土。道路 东边约1.5英里路段已经完工并验收了。在工程东边有4处开始隆起后，得克萨斯施工区已对隆起处 进行了修理。图1示出了一个隆起处。工程西边的路段仍在施工建设中，这个路段还没有出现任何隆起问题。在工程那边仍然采用石灰处理，因为隆起 机理是不确定的，而任何现场变化的程度将导致较高的施工成本。既然在东边路段上已经隆起，那么施工区要知道对其余工程应采取最佳的选择方案。当最近完工的经石灰处理的道路上出现隆起现象 时，应立即仔细检查隆起的问题。在美国69号公路的东西侧上的土壤中已观察到隆起现象中不同情况 的某些线索。在工程两侧的大多数土壤呈现棕黄色。东道路东边有些地点有发亮的少许石膏痕迹， 而在道路西边的有些地点呈现着较暗色的土壤。对此问题，早在2002年2月份开始了探讨性的研究工 作，在2002年2月份和3月份进行了两次现场调查研究。在本文中提出了观察结果和发现。请注意过 去的两年，得克萨斯运输部已碰到了与充满硫酸盐的路基土壤的稳定性有关的路面隆起问题。既用石 灰又用水泥稳固的少数工程已出现了隆起迹象。图2示出了得克萨斯州道路因硫酸盐引起路面隆起的 少数例子，有时，这种隆起可能高于1 。 
图1 工程向东边上的隆起区 
图2 得克萨斯州过去与硫酸盐隆起有关的道路损坏实况 探讨性研究的目的 这种探讨性研究的目的如下: ● 确定工程东边隆起的原因; ● 确定应做好什么工作，才能防止再次隆起现象的发生; ● 评价整个筑路工程，并且确定应预先考虑将来会发生什么问题; ● 为得克萨斯地区道路建设，推荐可能好的解决路面隆起的办法。 早期测试高硫酸盐浓度，并发现了钙矾石 在2002年2月13日和14日访问了道路施工现场，以收集实验室试验的试样。在过去的几年中，得克萨斯州达拉斯地区的美国67号公路和美国635 号州际公路已经经历了类似的隆起问题。美国67号公路和美国635号州际公路的路基土是夷格尔·福 特(Eagle Ford)地层风化的结果。令人感兴趣的是，这个工程的路基土也属于夷格尔·福特地层的土。 当道路施工中加入石灰和水时，这种夷格尔·福特地层所含硫酸盐浓度足以引起路面的隆起问题。 方法 在工程东边沿着隆起区域开出一条沟，允许探讨研究工作以收集石灰处理过路基的试样和未处理 过的原始路基的试样(如图3中所示)。在未处理的原始路基的试样是取自200mm石灰处理过的路基 之下。得克萨斯运输研究所测试的这些试样，以确定是否隆起与硫酸盐有关。而且，进行这些试验以 确定未起反应的硫酸盐的量能引起路面进一步的损坏。在此位置上发现了发光的石膏晶体，如图4中 所示。这些发光的石膏晶体就是在土壤中硫酸盐的一种好的显示物。
图3 目测开沟和收集试样
图4 选自测位E-1上的各个石膏晶体
(参见图5中测位E-1)
假如能接近探讨研究工作队的话，便可从正在建设中的西部路段开头的3英里处收集到夷格尔· 福特地层的原始自然路基的大约15个试样。应用这些试样，便可确定材料的成份和一种可能的稳定 性方法(图5示出了试样的位置)。然而，由于不可接近之故，从这个路段最后的4英里处，取不到任 何试样。这4英里路段主要由施工区的填方所构成，而此施工区不在夷格尔·福特地层上。在研究这种 情况时，在此4英里路段上没有进行任何土方作业。
图5 初期测试时的试样测位 结果 应用带有能量扩散光谱仪的扫描电子显微镜， 以证实了钙矾石的形成。注意，硫酸盐隆起主要是由于土壤中钙矾石的形成引起的(1986年，米切尔; 1989年，亨特尔;1992年，裴垂和李投;1995年，布锐登卡姆波和李顿等人都论述过有关土壤中形成钙 矾石的情况)。未处理的试样已没有长晶体。图6B是按与图6A相同的放大倍数拍摄的，它显示了在 处理过的试样和未处理过的试样之间的一个明显对照。图6中示出的试件是来自道路的东边，而道路 东边已出现了隆起问题。未处理的试样是直接从石灰处理过的路面层下收集到的自然路基土。
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