花草灘礦井黃土狀鹽漬土特性及地基處理方法淺析

蔣麗麗，李　偉，王　鵬

(煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

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花草灘礦井黃土狀鹽漬土特性及地基處理方法淺析

蔣麗麗，李偉，王鵬

(煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

[摘要]介紹了花草灘礦井土層結(jié)構(gòu)分布，通過對其場地黃土狀鹽漬土的特性以及危害性進行研究分析，總結(jié)了黃土狀鹽漬土常用的地基處理方法，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況評判各種地基處理方法的優(yōu)缺點，從中選定最適合花草灘礦井場地的地基處理方法，為以后相類似工程提供參考。

[關(guān)鍵詞]黃土狀鹽漬土；特性；地基處理

Loessial Salty Soil Characteristic and Basement Treatment Method of Huacaotan Mine

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.05.023

[引用格式]蔣麗麗，李偉，王鵬.花草灘礦井黃土狀鹽漬土特性及地基處理方法淺析[J].煤礦開采，2015，20(5)：84-86，109.

在我國的西北部分布著一種特殊的土層——黃土狀鹽漬土，其具有黃土和鹽漬土共同特性，對構(gòu)筑物及建筑物地基危害極大[1]，因此對此類土做好地基處理尤為重要?；ú轂┑V井位于我國西北部的甘肅張掖市山丹縣縣城東南，井田地處大黃山北緣之山前沖洪積傾斜戈壁平原上，呈典型的干旱戈壁，其也正處于黃土狀鹽漬土的分布區(qū)內(nèi)。

花草灘礦井主要地面建筑物為主井井架、副井井架、主井提升機房、宿舍、副井提升機房、主井井口房、副井井口房、空氣壓縮室、鍋爐房、110kV變電所、通風(fēng)機房、選煤廠綜合樓、綜合辦公樓等。礦區(qū)場地建(構(gòu))筑物建筑設(shè)計首先要考慮場地土地基處理，本文就花草灘礦井地基土特點，研究黃土狀鹽漬土特性，總結(jié)黃土狀鹽漬土常用的地基處理方法，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定最適合花草灘礦區(qū)的處理方法。

1花草灘礦井土層結(jié)構(gòu)分布

在場區(qū)勘察范圍內(nèi)，礦井地層自上而下分為3層和2個亞層。土層主要分布見表1及圖1。

圖1　花草灘礦井典型土層分布剖面

土層巖土名稱主要成分承載力/kPa平均分布厚度/m特性(1)耕土粉土-0.5(2)黃土黃土1403.1~4.9濕陷性、溶陷性、中腐蝕(3)圓礫石英、砂巖、變質(zhì)巖400未穿透(3-1)卵石石英、砂巖、變質(zhì)巖500(3-2)含圓礫粉質(zhì)黏土圓礫(45%)黏性土(55%)300

2花草灘礦井場地土特性

黃土狀鹽漬土，既具有黃土濕陷性又具有鹽漬土的溶陷性、鹽脹性以及腐蝕性[1-2]。

2.1　黃土特性

黃土是產(chǎn)生于第四紀(jì)地質(zhì)歷史時期干旱條件下的沉積物，其外觀顏色雜亂，主要為黃色或黃褐色，顆粒組成主要以粉粒為主，同時還含有砂粒和黏粒，以及大量的可溶鹽類。在干旱少雨的條件下，土體水分不斷減少，鹽類析出，形成固化黏聚力，從而阻止了上面的土對下面土的壓密作用而形成欠壓密狀態(tài)。時間越長，堆積的欠壓密土層越厚，在一定壓力下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著下沉產(chǎn)生濕陷[2]。根據(jù)《花草灘礦井巖土地質(zhì)勘查報告》，場地具有濕陷性黃土，對主要建筑進行黃土濕陷性試驗，確定其是濕陷量為非自重性濕陷Ⅱ級。

2.2　鹽漬土特性

根據(jù)《花草灘礦井巖土地質(zhì)勘查報告》對場地1號、2號取樣做易溶鹽分析，地基土易溶鹽試驗結(jié)果見表2，表中D1為加權(quán)平均鹽分比值。根據(jù)含鹽量分類場地土屬于中鹽漬土；根據(jù)化學(xué)成分分類，場地土為亞硫酸鹽漬土。鹽漬土的特點具有溶陷性、鹽脹性、腐蝕性[3]。

表2　地基土易溶鹽試驗結(jié)果

2.2.1溶陷性

鹽漬土的溶陷性一般是指天然狀態(tài)下的鹽漬土在土的自重壓力或附加壓力作用下受水浸濕所產(chǎn)生的附加變形。其形成的原因主要是因為鹽漬土中含有大量無機易溶及中溶鹽，其在遇水浸濕后除地基受荷載作用壓密沉降以外，還因無機鹽溶解產(chǎn)生附加沉陷，如果浸水時間長，土中固體顆粒被水帶走，土中結(jié)晶鹽溶解與滲流中被帶走，就產(chǎn)生了附加的溶陷變形。溶陷變形較之濕陷變形要小很多，但其對建筑物的影響卻不容忽視。

2.2.2鹽脹性

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鹽漬土地基的鹽脹性一般可分為結(jié)晶膨脹和非結(jié)晶膨脹。結(jié)晶膨脹是鹽漬土因失水或溫度降低后，溶于孔隙水中的鹽濃縮結(jié)晶所引起的體積膨脹；非結(jié)晶膨脹是由于鹽漬土中大量吸附性陽離子與黏土膠粒相互作用，是擴散層水膜厚度增大引起的土體膨脹。除此外，鹽類之間的相互作用也影響硫酸鈉的溶解度。土中各種鹽類隨著環(huán)境條件的改變而相互轉(zhuǎn)化，因此形成地基膨脹或收縮。

2.2.3腐蝕性

鹽漬土的腐蝕性是一個十分復(fù)雜的問題，因其含有大量的無機鹽而使土具有明顯的腐蝕性，其腐蝕性一般分為化學(xué)腐蝕和物理結(jié)晶性腐蝕。在花草灘礦井亞硫酸鹽漬土場地中，這兩種腐蝕都大量存在，地基中的硫酸鹽( 亞硫酸鹽) 對混凝土構(gòu)件、鋼材產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而通過潮濕墻體進入墻體空隙中的溶液濃縮結(jié)晶膨脹對建筑材料產(chǎn)生破壞，從而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性和安全性。

花草灘礦井場地環(huán)境類型為Ⅰ類，按環(huán)境類型對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性進行評價，第(2)層黃土土樣中SO42-的含量為370.6～791.0mg/kg，第(3)層圓礫土樣中硫酸鹽SO42-的含量為222.7～448.3mg/kg，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(2009年版)(GB 50021-2001)表12.2.1判定：第(2)層黃土對混凝土結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性；第(3)層圓礫土對混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。第(2)層黃土土樣中Cl-含量為767.9～1023.8mg/kg，第(3)層圓礫土樣中Cl-含量為246.7～987.3mg/kg，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》表12.2.4的規(guī)定，第(2)層黃土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有中等腐蝕性，第(3)層圓礫土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具有中等腐蝕性。

3黃土狀鹽漬土地基對工程建筑物的影響

黃土狀鹽漬土特性復(fù)雜，如果地基處理不得當(dāng)，對建筑物或構(gòu)筑物的影響是深遠(yuǎn)的，將造成的危害和財產(chǎn)損失也是巨大的。根據(jù)花草灘礦井黃土狀鹽漬土的特性，通過分析和查閱相關(guān)資料可以得出，在設(shè)計、施工或建筑物使用階段將可能會出現(xiàn)以下問題。

(1)建筑物沉降如果工程技術(shù)人員對黃土狀鹽漬土認(rèn)識不到位，在設(shè)計過程中地基處理寬度和厚度偏小。地基處理后消除濕陷效果差或者濕陷量偏大，地基土一旦浸水，土中易溶鹽溶解，土體原有結(jié)構(gòu)破壞，地基承載力下降，將產(chǎn)生很大的濕陷和溶陷以致建構(gòu)筑物沉降。

(2)膨脹破壞花草灘礦井所在地區(qū)日夜溫差變化很大，干濕交替現(xiàn)象明顯，鹽漬土中鹽類結(jié)晶膨脹變形較大，對建筑物的山墻、散水、地坪等破壞就比較明顯。

(3)腐蝕破壞鹽漬土地區(qū)的建設(shè)工程受腐蝕的危害相當(dāng)普遍和嚴(yán)重。如果地下構(gòu)件未設(shè)防水層、防腐層或者防水層、防腐層設(shè)置不滿足規(guī)范要求，含鹽水分通過毛細(xì)管作用進入了混凝土構(gòu)件中與之發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)，使之腐蝕破壞，這種破壞極大地影響了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全。

因此，通過場地土特性分析，因地制宜，確定合理的地基處理方法在設(shè)計過程中至關(guān)重要，是礦井安全生產(chǎn)迫在眉睫的問題。

4地基處理方法的選擇

黃土狀鹽漬土地基處理的過程就是消除地基濕陷性、溶陷性、膨脹性以及腐蝕性的過程。規(guī)范[3]介紹濕陷性黃土常用的地基處理方法主要有換填墊層法、強夯法、擠密法、預(yù)浸水法及樁基礎(chǔ)；文獻(xiàn)資料[4-6]介紹鹽漬土常用的地基處理方法浸水預(yù)溶法、 強夯法、浸水預(yù)溶+強夯法、換土墊層法[7]、降低地下水位、碎石樁法、樁基礎(chǔ)。故黃土狀鹽漬土特性常用的地基處理方法為換土墊層法、浸水預(yù)溶法、強夯法、浸水預(yù)溶+強夯法、樁基礎(chǔ)、浸水預(yù)溶+預(yù)壓。

地基處理方法的選擇主要受建筑物的類別和場地土特性的制約，同時也應(yīng)考慮施工進度、施工設(shè)備、建筑材料來源以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境等各種因素的影響，并通過技術(shù)可行性、經(jīng)濟指標(biāo)的綜合分析比較后確定。花草灘礦井抗震設(shè)防裂度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震動峰值加速度為0.10g，設(shè)計地震分組為第三組；建筑場地類別為Ⅱ類；場地為非自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級；場地土為鹽漬土，根據(jù)含鹽量分類場地土屬于中鹽漬土；勘察深度范圍內(nèi)未見地下水。綜合礦井現(xiàn)場情況，對基礎(chǔ)處理方案進行分析、評估，選定合適的處理方法，見表3。

通過對地基處理方案分析、評估，花草灘礦井可采用換土墊層法和樁基礎(chǔ)對地基進行處理。就經(jīng)濟性而言，換土墊層法為最經(jīng)濟合理的地基處理方法。但換土墊層法墊層深度一般不能超過3m，否則換土效果不好，在花草灘礦井有些工程地基黃土層稍厚，工程設(shè)計要求基礎(chǔ)埋深已比較深，如再采用換土墊層法，反而不如大開挖把基礎(chǔ)下落至第3層圓礫層或3-1層卵石層更經(jīng)濟合理，故采用大開挖天然地基也是不錯選擇?，F(xiàn)將花草灘礦井主要建筑物地基采用的處理形式統(tǒng)計于表4。

表3　地基處理方案分析、評估及選定

表4　礦井廠區(qū)主要建筑物地基處理形式統(tǒng)計

5場地施工時應(yīng)注意的問題

(1)在工程建設(shè)和施工過程中，應(yīng)采取可靠的措施防止施工用水或雨水流入基坑，如施工時設(shè)置臨時排水管道，平整場地使雨水順利排出，必要情況下設(shè)置護坡或擋水墻等。

(2)保證施工所用水源在建筑物安全防護距離之外。

(3)基礎(chǔ)換填土或者基坑回填土應(yīng)采用非濕陷性的素土，一般情況下，基礎(chǔ)施工完成后應(yīng)立即回填素土，并分層夯實。

(4)做好施工組織設(shè)計，合理安排施工時間，盡量避免在雨季和冬季施工，如不可避免應(yīng)采取可靠的防水和防凍保溫措施。

(5)在此類場地施工前，應(yīng)充分了解場地特性，并根據(jù)鹽漬土的侵蝕類型，選取合適的水泥、水灰比以及外加劑，并根據(jù)腐蝕強度等級確定地下構(gòu)件的防腐、防水措施。

(6)樁基礎(chǔ)宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或混凝土灌注樁，樁承臺的埋深不宜小于2.5m；當(dāng)承臺埋深處于2.5m以上的部位宜加強防腐防護。

6結(jié)論

黃土狀鹽漬土特點眾多，化學(xué)成分極其復(fù)雜，隨著使用環(huán)境的變化其工程特性也會隨之發(fā)生較大的變化。因此，針對花草灘礦井場地土的地質(zhì)情況，分析了黃土狀鹽漬土的工程特性及其特性對建筑物的危害，最后通過對各種地基處理方案優(yōu)缺點的評判，確定出最適合花草灘礦井地基處理的方案，使其達(dá)到了既經(jīng)濟、合理又實用的效果。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

[作者簡介]蔣麗麗(1982-)，女，山東聊城人，碩士，工程師，主要從事煤炭工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究。

[收稿日期]2015-02-06

[中圖分類號]TU472

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1006-6225(2015)05-0084-03