某新能源項目鹽漬土地基工程地質(zhì)特性分析

賈軍飛

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

馬鬃山地區(qū)處于河西走廊北緣，天山山脈末端，東臨額濟納旗，西臨新疆維吾爾族自治區(qū)，北界蒙古人民共和國，南靠玉門市。該地區(qū)氣候干旱，風沙大，降水量少，植被稀疏，人煙稀少，陽光充沛，是發(fā)展風電、光電項目的好地方。但其氣候干旱，蒸發(fā)量大，降水量小，毛細作用強，極利于鹽分在地表聚集，從而形成了大規(guī)模鹽漬土。鹽漬土具有溶陷性、鹽脹性及腐蝕性的特點，隨著風電、光電的飛速發(fā)展，對鹽漬土地基的勘察和試驗研究，探討與工程相適應的地基處理措施，都具有重要的實際意義。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

擬建場址區(qū)位于馬鬃山山間盆地邊緣地帶，南側為基巖殘丘，場地處于傾斜平原區(qū)，地形平坦開闊，地勢由西南向東北微傾斜，場址區(qū)內(nèi)受洪水沖刷影響，局部略有起伏，地面高程1 793～1 810 m，相對高差一般1～2 m。場址區(qū)天然植被稀少，耐旱植被零星分布。

馬鬃山當?shù)啬昃鶜鉁?.30 ℃，1月平均氣溫-11.80 ℃，極端最低溫度-33.70 ℃（1958年1月13日）；7月平均氣溫18.80 ℃，極端最高溫度34.50 ℃（1975年8月4日）。年降水量150 mm，蒸發(fā)量3 072.90 mm，年日照時數(shù)3 316.50 h，無霜期163 d，年均風力4.5級。

此次鉆探揭露深度（20.80 m）范圍內(nèi)，場地地層巖性主要為①層第四系上更新統(tǒng)洪積礫砂層（Q3pl），褐紅色，干燥～稍濕，3.00 m以上結構松散～中密，3.00 m以下結構密實，局部為泥質(zhì)弱膠結，挖掘機開挖困難，含芒硝。

場址區(qū)內(nèi)無常年性的地表徑流，地下水類型為孔隙性潛水，含水層為礫砂層，主要受大氣降水補給，地下水埋深15 m左右，季節(jié)變幅1～3 m，對建筑物基礎無影響。

場址區(qū)地形較為平坦開闊，地表水系不發(fā)育，但場址區(qū)東南向發(fā)育一條暫時性洪水沖溝，溝道走向由西南向東北，溝道長13 km，寬100～180 m，溝槽深2～3 m，溝道寬淺，暴雨季節(jié)暫時性洪水對建筑物基礎存在沖刷破壞，需采取防護措施。

3 鹽漬土的分布規(guī)律、類型

3.1 定義

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》《工程地質(zhì)手冊》（第五版）的相關規(guī)定：巖土中易溶鹽含量大于0.30%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性時，應判定為鹽漬巖土。

3.2 鹽漬土的成因、類型

馬鬃山地區(qū)位于西北內(nèi)陸，干旱少雨，年降水量150 mm，而蒸發(fā)量達3 072.90 mm，蒸發(fā)量遠大于降水量，為鹽漬土的形成提供了有利條件，屬內(nèi)陸鹽漬土。

鹽漬土中鹽分的分布隨季節(jié)、氣候和水文地質(zhì)條件而變化，在干旱季節(jié)，地面蒸發(fā)量大，鹽分向地表聚集，在地表形成鹽霜或者鹽殼。雨季時，地表鹽分被雨水或者地表水溶解，隨水流匯入低洼地帶或者滲入地下，而使地表的鹽霜或者鹽殼消失。

此次勘察在場址內(nèi)共取12組土樣進行了室內(nèi)土化學分析試驗，根據(jù)室內(nèi)試驗成果，按含鹽類的性質(zhì)和含鹽量分類見表1。

根據(jù)上表可知，馬鬃山地區(qū)的鹽漬土按含鹽類的性質(zhì)分類主要為硫酸鹽漬土～亞硫酸鹽漬土，按含鹽量分類為中鹽漬土。

3.3 鹽漬土的分布規(guī)律

從分布空間上看，鹽漬土主要分布在西北干旱地區(qū)的青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等地區(qū)，由于氣候干燥，內(nèi)陸湖泊較多，在盆地到高山地區(qū)，多形成鹽漬土。馬鬃山地區(qū)鹽漬土主要分布在盆地部位，盆地四周為山地或者丘陵，含鹽量由山地向盆地中間逐漸增加的趨勢。

從分布深度上看，易溶鹽含量呈不均勻分布，經(jīng)勘探揭示，地表下0～2.50 m 范圍內(nèi)含鹽的結晶體較高，也不均一，深度2.50 m以下含鹽結晶體較少，總體自地表向下易溶鹽含量呈逐漸減少的趨勢，此次勘察研究選擇了兩個典型探井進行分析，含鹽量隨深度的變化曲線見圖1、圖2。

由圖1、圖2 可以看出，地表下0～2.50 m 范圍內(nèi)易溶鹽含量0.91%～1.43%，含鹽量較高；深度2.50～3.50 m 間含鹽量急劇減少，易溶鹽含量0.30%～0.80%；4.00 m 以下含鹽量＜0.30%，為非鹽漬土，這與勘探揭示基本相符合。因此，在馬鬃山區(qū)的風電基礎及升壓站基礎埋置深度不宜小于4.00 m，并且應盡量將建筑物布置在地勢高的地方。

圖1 TK1含鹽量隨深度的變化曲線圖

圖2 TK2含鹽量隨深度的變化曲線圖

4 鹽漬土工程地質(zhì)特性

4.1 鹽漬土物理力學性質(zhì)

根據(jù)洗鹽前后顆粒分析資料（見表2），洗鹽前（平均值）：卵石占0.74%，礫石占38.39%，砂占52.74%，粉黏粒占8.14%；洗鹽后（平均值）：卵石占0.74%，礫石占35.67%，砂占37.49%，粉黏粒占26.1%。

表2 洗鹽前后礫砂層顆粒分析試驗成果統(tǒng)計表

由此可以看出，洗鹽前后卵石和礫石含量變化不大，砂粒減少的較為明顯，粉黏粒增加的也較為明顯，洗鹽前后鹽分與顆粒質(zhì)量百分比18.60%～71.90%，平均值45.96%，因此，洗鹽前后的物理性質(zhì)變化較大。

根據(jù)鉆孔中重型動力觸探試驗（見表3），天然狀態(tài)下錘擊數(shù)12～22.5擊，平均值16.5擊，結構中密～密實狀態(tài)；浸水狀態(tài)下錘擊數(shù)7.5～18.5 擊，平均值13.52 擊，結構稍密～中密狀態(tài)。由此可見，天然狀態(tài)下，鹽漬土含水率較低，平均含水率約4%，動力觸探試驗錘擊數(shù)較高，結構性較強，工程地質(zhì)性質(zhì)良好；若在浸水狀態(tài)下，或者含水量較高時，土體內(nèi)鹽分溶解，土層的結構被改變，動力觸探試驗錘擊數(shù)明顯降低，平均值降低約36.40%，土體的工程地質(zhì)性能也相應變差。

表3 地基土重型動力觸探試驗（N63.5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計值表

4.2 鹽漬土的溶陷性

鹽漬土中的可溶鹽經(jīng)水浸泡后溶解、流失，致使土體結構松散，在土的飽和自重壓力下出現(xiàn)溶陷，有的鹽漬土浸水后，需在一定壓力作用下，才會產(chǎn)生溶陷。為了查明馬鬃山地區(qū)鹽漬土的溶陷性，次勘察選擇典型建筑物場地進行現(xiàn)場浸水平板載荷試驗6組，200 kPa壓力下，礫砂層溶陷系數(shù)0.022～0.045，平均溶陷系數(shù)0.032，溶陷程度為輕微～中等。

4.3 鹽漬土的鹽脹性

馬鬃山地區(qū)鹽漬土類型主要為硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土，其無水芒硝（Na2SO4）含量較多，含量2.5%～3.8%＞1%，具有鹽脹性。無水芒硝在32.4 ℃以上時為無水晶體，體積較小，當溫度低于32.4 ℃時，吸收10個水分子的結晶水，成為芒硝晶體（Na2SO4·10H2O），體積增大。此地區(qū)晝夜溫度變化較大，白天溫度較高，體積小，晚上溫度較低，體積增大，在反復的作用下，土體結構發(fā)生變化，使得土變得松軟，工程力學性質(zhì)變差，對建筑物基礎影響較大。

4.4 鹽漬土的腐蝕性

室內(nèi)土化學試驗成果見表4。

表4 礫砂層土化學成果統(tǒng)計表 單位：mg/kg

由表4可知，馬鬃山地區(qū)鹽漬土中以SO42-、Ca2+、Cl-及Na++K+離子為主，SO42-離子含量平均值4 007.04 mg/kg，Cl-離子含量平均值1 617.79 mg/kg，pH 值為8.40，礫砂層天然含水率為4.20%＞3%，屬潮濕狀態(tài)。根據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑技術規(guī)范》中的腐蝕性評價，鹽漬土對磚、水泥、石灰具硫酸鹽強腐蝕性，設計時，需采取必要的防腐蝕措施。

5 鹽漬土地基的工程處理措施

綜上所述，該地區(qū)鹽漬土具溶陷性、鹽脹性及腐蝕性，對風電基礎及升壓站基礎有危害作用，因此，需采取以下工程處理措施。①在建筑物場址選擇時，采取“趨利避害”的原則，根據(jù)本區(qū)鹽漬土的分布范圍、規(guī)律及特性，將建筑物場地選擇在含鹽量較低的部位，地勢上相對較高且地表水排水較為通暢地帶。②對風電機組等重要建筑物，必須將基礎置于4 m以下含鹽量較低或者非鹽漬土地基中。升壓站、儲能站及管理房等基礎可置于經(jīng)過處理后的鹽漬土地基上，可采用換填法、強夯法及隔斷層等處理措施。③做好地表水的疏排措施，防止大氣降水、地表水對地基的浸泡，施工結束后要對建筑物基礎周邊設置防滲層，防止鹽漬土地基產(chǎn)生溶陷破壞。④做好防腐措施，此區(qū)域鹽漬土類型以硫酸鹽為主，應采用抗硫酸鹽水泥，不宜采用石灰材料。⑤合理安排施工程序和作業(yè)時間，避免雨季施工，基坑、基槽開挖后及時回填夯實，防止施工用水流入建筑物地基、基坑或基礎周圍。

6 結語

馬鬃山地區(qū)氣候干旱，地廣人稀，植被稀疏，陽光充沛，在該地區(qū)大力發(fā)展新能源項目有很大的經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益。但該地區(qū)降水量低，蒸發(fā)量大，鹽漬土分布范圍大，其具有溶陷性、鹽脹性及腐蝕性等特性，對工程危害程度較高。因此，開展對此區(qū)鹽漬土的勘察研究，分析其分布規(guī)律及溶陷、鹽脹、腐蝕等特性，為設計提供切合實際的設計參數(shù)，并針對不同的建筑物，選擇合理、經(jīng)濟的地基處理方案和基礎型式，對馬鬃山地區(qū)新能源項目的開發(fā)和發(fā)展具有重要的指導意義。