新疆粗粒鹽漬土工程特性分析

王 軍，劉熙峰

(西北電力設計院，陜西 西安 710032)

新疆地區鹽漬土分布面積15.83km2，約占全區土地面積的9.5%，鹽漬土主要分布在塔里木盆地、準葛爾盆地、吐魯番盆地和哈密盆地。干旱盆地的鹽漬土一般具有上層含鹽量高，向下逐漸降低，盆地邊緣向腹部地區逐漸增加的特點。

新疆鹽漬土主要分布地區一般荒漠化嚴重，人煙稀少，以前的工程經驗主要集中在公路、鐵路和輸油管道等方面[2]；近年來由于新疆地區各種大型建設項目不斷增加，因此對鹽漬土的認識、評價就顯得格外重要。

1 工程概況

本次研究所依托的三個工程項目主要分布在哈密盆地和準葛爾盆地(見圖1)，均為戈壁荒漠地貌，表層含鹽地層為砂礫，地下水埋藏深，鹽漬土已脫離了地下水活動的影響，為殘余型鹽漬土，根據勘察結果，各場地的基本指標見表1。

表1 各場地鹽漬土的基本物理力學指標

圖1 鹽漬土研究場地分布

場地主要工程問題有：

(1)鹽分富集導致土體呈膠結狀態，滲透系數偏低，動探擊數虛高，土體強度失真。

(2)土中大于2mm的顆粒超過全重的50%，定名為角礫，但三個場地的粗顆粒含量均小于70%，存在溶陷的可能性。

(3)鹽漬土顆粒分析試驗進行了天然(含鹽)和淋濾后(不含鹽)兩種狀態下的對比分析，其中場地一選取了7組試樣，洗鹽后大于2mm的顆粒的含量減少0.1%～10.2%，場地三選取了3組試樣，其含量減少1.1%～3.8%，說明場地土粗顆粒含量虛假增高。

可以看出，鹽分的富集會導致顆分結果、原位測試結果、滲透系數、土體強度等失真，需要引起高度重視。本文就最為重要的溶陷、鹽脹和承載力進行了分析，以引起高度大家重視。

2 粗粒鹽漬土工程特性分析

2.1 含鹽量分析

對三個場地的地基土采取了大量0～7m深度范圍內的試樣進行含鹽量分析，大多數易溶鹽含量大于0.3%，是典型的粗顆粒鹽漬土。

場地一的含鹽量較高，主要為氯鹽類和亞氯鹽類鹽漬土，遇水極易離解，場地二和場地三主要為硫酸類鹽漬土和亞硫酸類鹽漬土。

三個場地的含鹽量均有隨深度增加而減小的趨勢，而且易溶鹽含量大于0.3%的樣主要集中在地層3m以上，且地層2m以上主要為易溶鹽的富集段。

2.2 腐蝕性評價

根據土樣化學分析結果，按照《鹽漬土地區建筑規范》(SY/T 0317-97)評價，場地一土的腐蝕性為強腐蝕，場地二、三為中等腐蝕。

其中，L為視數，上標H表示共軛轉置，i表示第i個像素點.由于紋理變量的變化遠慢于相干斑變量，因此一般假設多視處理的像素點具有相同的紋理變量，即τi獨立于i，此時上式可簡化為[14]：

《鹽漬土地區建筑技術規范》(征求意見稿)中提到：對天然含水量小于3%的土，可視為干燥土，不考慮腐蝕性，但有些工業建筑物地基受水浸潤可能性很大，地基土中易溶鹽有團塊狀聚集分布的特征，具有明顯的不均勻性，對面積較大工業建筑群，分區并考慮建筑物特點進行腐蝕性評價和防腐處理是必要的。

2.3 現場浸水試驗

浸水溶陷試驗選取承壓板面積為5000cm2，加載、穩定、停止加載、卸載等標準按照《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2002)的有關條款內容執行。同時在試坑開挖時保持試坑底部試驗土層的原狀結構和天然濕度，試坑中心處鋪設20mm左右的中砂層，然后在中砂層上安放承壓板；分兩級加壓，待加載到預定壓力p(200kPa)后，維持其不變，向試坑內均勻注水，保持水頭高度為30cm，浸水時間根據土的滲透性及地基土變形穩定確定，試驗的鹽漬土濕潤深度要通過人工開挖確定，試驗結果見表2～表4。

表2 場地一角礫浸水溶陷試驗結果

表3 場地二角礫浸水溶陷試驗結果

表4 場地三角礫浸水溶陷試驗結果

2.4 室內溶陷試驗

室內試驗是根據現場溶陷試驗點位置，在各試坑底取對應擾動樣。并根據現場測得的地層密度及含水率進行室內重塑樣試驗，結果見表5。

表5 地基土室內溶陷性數據表

2.5 溶陷性分析評價

根據現場和室內試驗的結果，可以得到以下結論：

(1)浸水后，雖然地基土含鹽量降低，但對于粗粒土而言，其骨架顆粒的結構未發生變化，各場地現場試驗的溶陷系數都遠小于0.01，場地土為非溶陷性地基土，即使地基土含鹽量非常高(如場地一)；

(2)室內試驗中重塑樣的骨架顆粒結構發生了變化，一般會有密度偏低和滲透系數偏高的差異，因此有利于土中易溶鹽的溶解和潛蝕變形，理論上室內結果溶陷系數會偏大；室內試驗結果驗證了這個趨勢：各場地土的室內溶陷系數都要大于現場浸水試驗結果，因此以粗粒土融陷性的室內試驗結果評價場地的溶陷性會偏于保守。

(3)地層的滲透性越強，有利于易溶鹽溶解，則溶陷量越大，同時承壓板下鹽漬土的濕潤深度也越大，對粗粒土而言，荷載影響深度一般不會超過承壓板直徑的2倍(1.6m)，溶陷系數的確定與濕潤深度直接相關，因此濕潤深度的確定應考慮荷載影響深度的因素。

2.6 鹽脹性分析

根據易溶鹽分析結果，各場地土的硫酸鈉含量非常低，初步可判定場地土是非鹽脹性地基土，考慮到各場地仍有極少數試樣硫酸鈉含量超過1%，而且有些地區硫酸鈉含量低于1%，鹽脹問題仍然突出，因此針對場地土的鹽脹性分析，主要進行了室內重塑土的鹽脹試驗，結果見表6。

表6 室內鹽脹試驗結果

通過室內重塑樣凍、融循環分析可知，地基土在凍融循環過程中，鹽脹量具有較好的累加性，隨著凍融循環次數的增加，鹽脹量的增長速度逐漸降低。試驗結果顯示，各個場地的鹽脹率均小于1%，為非鹽脹性地基土。

大部分工業建筑物的基礎埋深都大于2m，粗粒土中硫酸鈉的遷移和結晶均不易形成較大團塊，因此粗粒鹽漬土地基的鹽脹作用不會對建筑物造成較大影響，但建筑場地內的道路，管道等需要充分考慮鹽脹性。

2.7 地基承載力

各場地的角礫均較密實，含鹽的細粒土起到了一定的膠結作用，其天然狀態下的承載力較高，但遇水時，由于易溶鹽的溶解，地基土結構遭到破壞，地基承載力會明顯下降。本文僅對浸水狀態下的地基承載力特征值進行試驗分析。

試驗是在預先浸水2～3天，使地基土達到飽和的基礎上加壓進行的，地基承載力的特征值按照s/b=0.01所對應的荷載，且其值不大于最大加載量的一半來確定，試驗結果見表7。

表7 載荷試驗成果

粗粒鹽漬土在浸水飽和狀態下，由于含鹽量、膠結程度、滲透系數的不同，存在承載力變化幅度較大的問題，但均能滿足一般建筑物對地基承載力的要求，對沉降敏感且可能存在漏水問題的建筑物，建議對承載力取值宜增加安全儲備。

2.8 地基處理

換填法、強夯法、浸水預溶法是處理粗粒鹽漬土地基的常用方法，但對于新疆地區卻各有其局限性，換填法所需的非鹽漬土換填料一般運距遠，成本高；強夯法對于有一定膠結的鹽漬土會增加地基的滲透性，強夯后表層的鹽漬土工程性能反而變差；浸水預溶法由于新疆地區淡水資源缺乏，一般難以實施。

針對場地三上部(2m以上)有輕微溶陷的地層，采用原場地角礫篩選混合后進行了碾壓試驗，結果證明分層回填碾壓處理經濟可行。

試驗中選取場地附近的角礫料篩分(有條件可經過水洗)而成的碎石料，以一定比例摻入原場地角礫，使混合料粗顆粒含量達到70%以上，采用機械分層回填碾壓，并進行浸水載荷試驗進行檢驗。檢驗結果表明，地基土的密度和滲透性變化不大，易溶鹽分布均勻，但含量一般仍大于0.3%，屬鹽漬土，需考慮其腐蝕性；

浸水載荷試驗結果顯示：分層回填碾壓后，骨架顆粒接觸充分，充填密實，地層均勻，溶陷性消除，地基承載力提高，沉降差異性顯著降低。

3 結語

(1)粗粒鹽漬土的溶陷性與含鹽量、粗顆粒含量、密實度、滲透性等因素密切相關，含鹽量與溶陷性并不是線性正相關的關系；

(2)粗粒鹽漬土含鹽量分布不均勻，導致承載力離散性大；

(3)濕潤深度的確定需考慮載荷試驗荷載的影響深度；

(4)粗粒土就地取材，加入骨料分層碾壓回填是處理鹽漬土經濟可行的方法；

(5)鹽漬土場地2m以上范圍內地基土工程性能差，通常需要處理。

[1]江華.新疆鹽漬土成因分析及鹽漬土路基病害處理[J].路基工程，2008，(4).

[2]程東幸，劉志偉，張希宏.粗顆粒鹽漬土溶陷特性試驗研究[J].工程勘察，2010，(12).

[3]羅友弟.青海地區鹽漬土分布規律及其鹽脹溶陷機制探討[J].水文地質工程地質，2010，(4).

[3]張莎莎，謝永利，楊曉華，戴志仁.典型天然粗粒鹽漬土鹽脹微觀機制分析[J].巖土力學，2010，(1).