新疆粗粒鹽漬土工程特性分析

王 軍，劉熙峰

(西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710032)

新疆地區(qū)鹽漬土分布面積15.83km2，約占全區(qū)土地面積的9.5%，鹽漬土主要分布在塔里木盆地、準(zhǔn)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(qū)逐漸增加的特點(diǎn)。

新疆鹽漬土主要分布地區(qū)一般荒漠化嚴(yán)重，人煙稀少，以前的工程經(jīng)驗(yàn)主要集中在公路、鐵路和輸油管道等方面[2]；近年來(lái)由于新疆地區(qū)各種大型建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，因此對(duì)鹽漬土的認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)就顯得格外重要。

1 工程概況

本次研究所依托的三個(gè)工程項(xiàng)目主要分布在哈密盆地和準(zhǔn)葛爾盆地(見(jiàn)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(dòng)的影響，為殘余型鹽漬土，根據(jù)勘察結(jié)果，各場(chǎng)地的基本指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各場(chǎng)地鹽漬土的基本物理力學(xué)指標(biāo)

圖1 鹽漬土研究場(chǎng)地分布

場(chǎng)地主要工程問(wèn)題有：

(1)鹽分富集導(dǎo)致土體呈膠結(jié)狀態(tài)，滲透系數(shù)偏低，動(dòng)探擊數(shù)虛高，土體強(qiáng)度失真。

(2)土中大于2mm的顆粒超過(guò)全重的50%，定名為角礫，但三個(gè)場(chǎng)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(yàn)進(jìn)行了天然(含鹽)和淋濾后(不含鹽)兩種狀態(tài)下的對(duì)比分析，其中場(chǎng)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(chǎng)地三選取了3組試樣，其含量減少1.1%～3.8%，說(shuō)明場(chǎng)地土粗顆粒含量虛假增高。

可以看出，鹽分的富集會(huì)導(dǎo)致顆分結(jié)果、原位測(cè)試結(jié)果、滲透系數(shù)、土體強(qiáng)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(jìn)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(duì)三個(gè)場(chǎng)地的地基土采取了大量0～7m深度范圍內(nèi)的試樣進(jìn)行含鹽量分析，大多數(shù)易溶鹽含量大于0.3%，是典型的粗顆粒鹽漬土。

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

三個(gè)場(chǎng)地的含鹽量均有隨深度增加而減小的趨勢(shì)，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(píng)價(jià)

根據(jù)土樣化學(xué)分析結(jié)果，按照《鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范》(SY/T 0317-97)評(píng)價(jià)，場(chǎng)地一土的腐蝕性為強(qiáng)腐蝕，場(chǎng)地二、三為中等腐蝕。

其中，L為視數(shù)，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置，i表示第i個(gè)像素點(diǎn).由于紋理變量的變化遠(yuǎn)慢于相干斑變量，因此一般假設(shè)多視處理的像素點(diǎn)具有相同的紋理變量，即τi獨(dú)立于i，此時(shí)上式可簡(jiǎn)化為[14]：

《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(征求意見(jiàn)稿)中提到：對(duì)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(yè)建筑物地基受水浸潤(rùn)可能性很大，地基土中易溶鹽有團(tuán)塊狀聚集分布的特征，具有明顯的不均勻性，對(duì)面積較大工業(yè)建筑群，分區(qū)并考慮建筑物特點(diǎn)進(jìn)行腐蝕性評(píng)價(jià)和防腐處理是必要的。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)

浸水溶陷試驗(yàn)選取承壓板面積為5000cm2，加載、穩(wěn)定、停止加載、卸載等標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)的有關(guān)條款內(nèi)容執(zhí)行。同時(shí)在試坑開(kāi)挖時(shí)保持試坑底部試驗(yàn)土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，試坑中心處鋪設(shè)20mm左右的中砂層，然后在中砂層上安放承壓板；分兩級(jí)加壓，待加載到預(yù)定壓力p(200kPa)后，維持其不變，向試坑內(nèi)均勻注水，保持水頭高度為30cm，浸水時(shí)間根據(jù)土的滲透性及地基土變形穩(wěn)定確定，試驗(yàn)的鹽漬土濕潤(rùn)深度要通過(guò)人工開(kāi)挖確定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2～表4。

表2 場(chǎng)地一角礫浸水溶陷試驗(yàn)結(jié)果

表3 場(chǎng)地二角礫浸水溶陷試驗(yàn)結(jié)果

表4 場(chǎng)地三角礫浸水溶陷試驗(yàn)結(jié)果

2.4 室內(nèi)溶陷試驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶陷試驗(yàn)點(diǎn)位置，在各試坑底取對(duì)應(yīng)擾動(dòng)樣。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的地層密度及含水率進(jìn)行室內(nèi)重塑樣試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 地基土室內(nèi)溶陷性數(shù)據(jù)表

2.5 溶陷性分析評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

(1)浸水后，雖然地基土含鹽量降低，但對(duì)于粗粒土而言，其骨架顆粒的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，各場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的溶陷系數(shù)都遠(yuǎn)小于0.01，場(chǎng)地土為非溶陷性地基土，即使地基土含鹽量非常高(如場(chǎng)地一)；

(2)室內(nèi)試驗(yàn)中重塑樣的骨架顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，一般會(huì)有密度偏低和滲透系數(shù)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(nèi)結(jié)果溶陷系數(shù)會(huì)偏大；室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這個(gè)趨勢(shì)：各場(chǎng)地土的室內(nèi)溶陷系數(shù)都要大于現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)結(jié)果，因此以粗粒土融陷性的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)場(chǎng)地的溶陷性會(huì)偏于保守。

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

2.6 鹽脹性分析

根據(jù)易溶鹽分析結(jié)果，各場(chǎng)地土的硫酸鈉含量非常低，初步可判定場(chǎng)地土是非鹽脹性地基土，考慮到各場(chǎng)地仍有極少數(shù)試樣硫酸鈉含量超過(guò)1%，而且有些地區(qū)硫酸鈉含量低于1%，鹽脹問(wèn)題仍然突出，因此針對(duì)場(chǎng)地土的鹽脹性分析，主要進(jìn)行了室內(nèi)重塑土的鹽脹試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 室內(nèi)鹽脹試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)室內(nèi)重塑樣凍、融循環(huán)分析可知，地基土在凍融循環(huán)過(guò)程中，鹽脹量具有較好的累加性，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，鹽脹量的增長(zhǎng)速度逐漸降低。試驗(yàn)結(jié)果顯示，各個(gè)場(chǎng)地的鹽脹率均小于1%，為非鹽脹性地基土。

大部分工業(yè)建筑物的基礎(chǔ)埋深都大于2m，粗粒土中硫酸鈉的遷移和結(jié)晶均不易形成較大團(tuán)塊，因此粗粒鹽漬土地基的鹽脹作用不會(huì)對(duì)建筑物造成較大影響，但建筑場(chǎng)地內(nèi)的道路，管道等需要充分考慮鹽脹性。

2.7 地基承載力

各場(chǎng)地的角礫均較密實(shí)，含鹽的細(xì)粒土起到了一定的膠結(jié)作用，其天然狀態(tài)下的承載力較高，但遇水時(shí)，由于易溶鹽的溶解，地基土結(jié)構(gòu)遭到破壞，地基承載力會(huì)明顯下降。本文僅對(duì)浸水狀態(tài)下的地基承載力特征值進(jìn)行試驗(yàn)分析。

試驗(yàn)是在預(yù)先浸水2～3天，使地基土達(dá)到飽和的基礎(chǔ)上加壓進(jìn)行的，地基承載力的特征值按照s/b=0.01所對(duì)應(yīng)的荷載，且其值不大于最大加載量的一半來(lái)確定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 載荷試驗(yàn)成果

粗粒鹽漬土在浸水飽和狀態(tài)下，由于含鹽量、膠結(jié)程度、滲透系數(shù)的不同，存在承載力變化幅度較大的問(wèn)題，但均能滿(mǎn)足一般建筑物對(duì)地基承載力的要求，對(duì)沉降敏感且可能存在漏水問(wèn)題的建筑物，建議對(duì)承載力取值宜增加安全儲(chǔ)備。

2.8 地基處理

換填法、強(qiáng)夯法、浸水預(yù)溶法是處理粗粒鹽漬土地基的常用方法，但對(duì)于新疆地區(qū)卻各有其局限性，換填法所需的非鹽漬土換填料一般運(yùn)距遠(yuǎn)，成本高；強(qiáng)夯法對(duì)于有一定膠結(jié)的鹽漬土?xí)黾拥鼗臐B透性，強(qiáng)夯后表層的鹽漬土工程性能反而變差；浸水預(yù)溶法由于新疆地區(qū)淡水資源缺乏，一般難以實(shí)施。

針對(duì)場(chǎng)地三上部(2m以上)有輕微溶陷的地層，采用原場(chǎng)地角礫篩選混合后進(jìn)行了碾壓試驗(yàn)，結(jié)果證明分層回填碾壓處理經(jīng)濟(jì)可行。

試驗(yàn)中選取場(chǎng)地附近的角礫料篩分(有條件可經(jīng)過(guò)水洗)而成的碎石料，以一定比例摻入原場(chǎng)地角礫，使混合料粗顆粒含量達(dá)到70%以上，采用機(jī)械分層回填碾壓，并進(jìn)行浸水載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)果顯示：分層回填碾壓后，骨架顆粒接觸充分，充填密實(shí)，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(jié)語(yǔ)

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

(2)粗粒鹽漬土含鹽量分布不均勻，導(dǎo)致承載力離散性大；

(3)濕潤(rùn)深度的確定需考慮載荷試驗(yàn)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(jīng)濟(jì)可行的方法；

(5)鹽漬土場(chǎng)地2m以上范圍內(nèi)地基土工程性能差，通常需要處理。

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