程?hào)|幸，張 博，嚴(yán)福章，樊柱軍，吳長(zhǎng)英

（1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710075；2.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031）

粗顆粒鹽漬土鹽脹試驗(yàn)研究

程?hào)|幸1，張 博1，嚴(yán)福章2，樊柱軍1，吳長(zhǎng)英1

（1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710075；2.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031）

摘要：鹽漬土鹽脹的影響因素很多，但主要與地基土中鹽的含量、水、溫度及地基土的滲透性有關(guān)。前人關(guān)于粗顆粒鹽漬地基土鹽脹性的研究中，由于工作主要集中在室內(nèi)，難以模擬現(xiàn)場(chǎng)地層的實(shí)際情況，因此，對(duì)于鹽脹性的認(rèn)知一直難以統(tǒng)一。本文通過(guò)室內(nèi)鹽脹試驗(yàn)、室內(nèi)外對(duì)比試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并與規(guī)范對(duì)比研究認(rèn)為：粗顆粒鹽漬土，當(dāng)滲透系數(shù)小于10-7，且地層干燥，Na2SO4含量達(dá)到鹽漬土的界限含量（0.3%）時(shí)，就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行鹽脹性評(píng)價(jià)。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果顯示，地基土在200 kPa大壓力作用下，鹽脹量仍然非常明顯。

關(guān)鍵詞：粗顆粒鹽漬土；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；鹽脹力；鹽脹性。

1　概述

鹽脹是指土中鹽類（主要指硫酸鹽）因溫度或濕度變化而產(chǎn)生的體積變化及由其引起的地基變形。1997版石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］規(guī)定：當(dāng)鹽漬土地基中的硫酸鈉含量不小于1%時(shí)，需要考慮地基土的鹽脹性；2012版石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)土中硫酸鈉含量不小于0.5%時(shí)，需要對(duì)地基土的鹽脹性進(jìn)行評(píng)價(jià)?？梢?jiàn)，目前對(duì)鹽漬土鹽脹的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)還處于認(rèn)識(shí)深化的過(guò)程。雖然張莎莎、丁兆民、李國(guó)玉等都對(duì)不同含鹽量、含水率以及上覆荷載下的粗粒土鹽脹性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并獲得了相應(yīng)成果，但由于研究手段都為室內(nèi)試驗(yàn)，鹽漬土所處的環(huán)境、地基土結(jié)構(gòu)以及發(fā)生工況均與實(shí)際工程中存在一定差距。因此，本文結(jié)合典型工程實(shí)例，通過(guò)室內(nèi)外對(duì)比試驗(yàn)對(duì)粗粒鹽漬土的鹽脹性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并獲得了一些初步成果，可為鹽漬土地區(qū)基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)及地基處理提供指導(dǎo)。

2　試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)概況

為研究粗顆粒鹽漬土的鹽脹特性，本文在新疆選取了一個(gè)典型場(chǎng)地進(jìn)行鹽漬土的鹽脹室內(nèi)外對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了地基土的滲透性、骨架顆粒百分比、易溶鹽含量等的互補(bǔ)性試驗(yàn)，以便對(duì)該類鹽漬土的鹽脹特性有更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。所選場(chǎng)地地層為角礫土，初步設(shè)計(jì)階段共計(jì)87件試樣中硫酸鈉含量大于1%的樣為5件，大于0.5%的樣為15件，大于0.3%的樣為45件，且深度分布比較零散（見(jiàn)表1）。同時(shí)該場(chǎng)地由于鹽膠結(jié)程度強(qiáng)，在表層形成了見(jiàn)圖1的“鹽蓋層”。

圖1　場(chǎng)地地層照片

表1　試驗(yàn)場(chǎng)地Na2SO4含量及分布

2.2對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)比試驗(yàn)主要對(duì)不同層位鹽漬地基土的骨架顆粒含量、含水率、天然密度及滲透系數(shù)等進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2　地基土洗鹽前后骨架顆粒（＞2 mm）含量

表3　地基土部分參數(shù)

由試驗(yàn)可知，骨架顆粒占地基土總質(zhì)量的百分比較高，且地基土較密實(shí)、滲透系數(shù)非常低，因此，地基土相當(dāng)于一個(gè)隔水層，遇水工況下，可以有效阻止水的豎向和水平向流動(dòng)。從常規(guī)思路分析，地基土的這種致密且阻滯地表水進(jìn)一步下滲的性能應(yīng)該能抑制地基土的鹽脹。

2.3室內(nèi)鹽脹試驗(yàn)

室內(nèi)試驗(yàn)以現(xiàn)場(chǎng)取擾動(dòng)樣按相應(yīng)層位的天然密度和含水率（表2）制備，用低溫恒溫箱模擬冬末夏初凍融循環(huán)交替的自然環(huán)境。24h為一個(gè)循環(huán)周期，試驗(yàn)溫度區(qū)間為-10℃～20℃。

根據(jù)地層展布情況以及硫酸鈉在地層中的分布等，共在場(chǎng)地②層、③層土中取了5個(gè)擾動(dòng)樣進(jìn)行室內(nèi)配制并進(jìn)行試驗(yàn)，擾動(dòng)樣的試驗(yàn)編號(hào)依次為：T2-1-8、T2-2-8、T3-1-9、T3-2-9及T3-3-9。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖2—圖6。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在與場(chǎng)地土近似工況的條件下，室內(nèi)試驗(yàn)的鹽脹量和平均鹽脹率均較小，且從鹽脹量對(duì)溫度區(qū)間的相應(yīng)可知，0～-5℃區(qū)間是鹽脹量及其增幅最大的區(qū)間，但總體表現(xiàn)為試驗(yàn)初期增幅大，而后期鹽脹增幅非常小，且變形曲線非常平緩。同時(shí)，根據(jù)《新疆鹽漬土地區(qū)公路路基路面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（XJTJ01-2001）及《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB×××—20××）（征求意見(jiàn)稿）的相關(guān)規(guī)定可知，場(chǎng)地鹽漬土的鹽脹率均小于1%，為非鹽脹性地基土。

表4　室內(nèi)鹽脹試驗(yàn)結(jié)果

圖2　T2-1-8鹽脹過(guò)程曲線

圖3　T2-2-8鹽脹過(guò)程曲線

圖4　T3-1-9鹽脹過(guò)程曲線

圖5　T3-2-9鹽脹過(guò)程曲線

圖6　T3-3-9鹽脹過(guò)程曲線

2.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

地基土的現(xiàn)場(chǎng)鹽脹試驗(yàn)是在2011年2月至5月間采用堆載法（精度0.01 mm的位移計(jì)監(jiān)測(cè)位移變化情況）做場(chǎng)地浸水試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。由于試驗(yàn)期間場(chǎng)地溫差較大（2℃～11℃），溶于土孔隙水中的Na2SO4在溫度較低時(shí)濃縮結(jié)晶析出，在近中午溫度較高時(shí)又溶解沉陷，致使地基土表現(xiàn)出明顯的脹、陷現(xiàn)象（圖7—圖9）。通過(guò)對(duì)比氣溫與地基土變形的關(guān)系可知：即便在200 kPa大壓力作用下，在凌晨氣溫較低時(shí)，地基土單次的膨脹變形非常明顯，而在中下午氣溫較高時(shí)，地基土又表現(xiàn)出較大的溶沉現(xiàn)象。這種溶、脹特征在溫差較大時(shí)表現(xiàn)尤為突出，且氣溫與變形的對(duì)應(yīng)性非常一致。

同時(shí)，在此試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)在200 kPa大壓力作用下，地基土的鹽脹現(xiàn)象非常明顯，說(shuō)明在一定工況下，鹽脹力的大小與前期研究成果中獲得的荷載大于50 kPa時(shí)，地基土難以發(fā)生鹽脹的結(jié)論有出入。

3　試驗(yàn)結(jié)果及討論

試驗(yàn)結(jié)果顯示，室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的位置、深度均相同，但結(jié)果差別較大。室內(nèi)測(cè)試結(jié)果與相關(guān)規(guī)范的規(guī)定基本一致，而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范內(nèi)容相差較大，使得對(duì)地基土鹽脹性能的評(píng)價(jià)出現(xiàn)了較大的難題。但通過(guò)補(bǔ)充試驗(yàn)可知，地基土的級(jí)配良好、地層密實(shí)，且滲透系數(shù)非常低，因此，在溫差變化時(shí)，結(jié)晶析出的Na2SO4在致密的地基土中難以耗散鹽脹力和鹽脹量，故易使地基土發(fā)生膨脹和建筑物引起變形。而室內(nèi)試驗(yàn)重塑樣中，粗粒土難以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的密實(shí)性，因此，遇水Na2SO4析出結(jié)晶的過(guò)程中，大孔隙通常耗散了地基土的鹽脹作用，結(jié)果常表現(xiàn)為非鹽脹的特點(diǎn)。實(shí)際工程中，由于室內(nèi)試驗(yàn)改變了原地基土的地層結(jié)構(gòu)及地基土的滲透性，影響了地基土發(fā)生鹽脹的環(huán)境，其結(jié)果的可靠性受到了一定影響。

4　結(jié)論

根據(jù)本場(chǎng)地鹽脹試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合在新疆、內(nèi)蒙古等不同工程場(chǎng)地的相關(guān)試驗(yàn)及工程經(jīng)驗(yàn)等，對(duì)粗顆粒鹽漬土鹽脹性的認(rèn)識(shí)可總結(jié)如下幾點(diǎn)結(jié)論：

圖7　T2-1S-lgt曲線

圖8　T3-2S-lgt曲線

（1）對(duì)于粗顆粒鹽漬土的鹽脹性，不能僅依據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范》（SY/T 0317-2012）、《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB/ T50942-2014）進(jìn)行評(píng)定，通過(guò)相關(guān)工程的研究可知，對(duì)于粗顆粒鹽漬土，當(dāng)滲透系數(shù)小于10-7，且地層干燥，Na2SO4含量達(dá)到鹽漬土的界限含量（0.3%）時(shí)，就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行鹽脹性評(píng)價(jià)。

（2）對(duì)地基土鹽脹性的認(rèn)識(shí)，除了對(duì)Na2SO4含量分析外，還需對(duì)地基土所處的環(huán)境及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究。通常情況下，環(huán)境溫差不大、且滲透性強(qiáng)、地基土孔隙大的鹽漬土，鹽脹對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的影響非常小。而對(duì)于環(huán)境溫差較大、地層結(jié)構(gòu)致密的鹽漬地基土，當(dāng)Na2SO4含量達(dá)到一定程度時(shí)，鹽脹量和鹽脹力均較大，工程中需要采取一定的防鹽脹措施。

圖9　T3-3S-lgt曲線

（3）從建筑物安全角度講，溫差變化過(guò)程中的地基土脹縮變化對(duì)建筑物更不利。

（4）地基土的鹽脹力，從微觀講，應(yīng)分為法向、切向和水平鹽脹力幾個(gè)方面。目前該項(xiàng)研究還未開(kāi)展，后續(xù)工作中應(yīng)進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］ SY/T0317-97，鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［2］ SY/T0317-2012，鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［3］ 張沙沙，楊曉華，戴志仁.基于均勻設(shè)計(jì)的礫類硫酸鹽漬土鹽脹特性試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2009，26（5）.

［4］ 丁兆民，張莎莎，楊曉華.粗顆粒鹽漬土路用填料可用性指標(biāo)研究［J］.冰川凍土，2008，30（4）.

［5］ 李國(guó)玉，等.甘肅省公路沿線典型地段含鹽量對(duì)凍脹鹽脹特性影響的試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2009，30（8）.

［6］ XJTJ01-2001，新疆鹽漬土地區(qū)公路路基路面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］.

［7］ 徐攸在，等.鹽漬土地基［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993.

中圖分類號(hào)：TU4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-9913（2015）02-0001-04

* 收稿日期：2014-07-01

作者簡(jiǎn)介：程?hào)|幸（1978- ），男，甘肅會(huì)寧人，博士研究生，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程勘察、評(píng)價(jià)及研究方面工作。

基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技部計(jì)劃項(xiàng)目（HQ-2013-S-EX-018），凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（SKLFSE201215）資助

Experimental Study on Salt
Expansion of Coarse Particle Saline Soil

CHENG Dong-xing1， ZHANG Bo1， YAN Fu-zhang2， FAN Zhu-jun1， WU Chang-ying1
（1. Northwest Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group， Xi'an 710032， China；2. State Grid Corporation of China， Beijing 100031， China）

Abstract：The influencing factors upon salt-heaving properties of salty soil are a lot，but the primary are relate to the groundsill salinity、water、temperature、penetrability.The work of previous studies about salt heaving of coarse salty soil were indoors，it was difficult to simulate the actual formation of the stratum，that resulted in different cognition about salt heaving.In view of indoor salt-heaving experiment、indoor- outdoor supplementary experiment、field trial and comparative study with the specification，the results show that：coarse salty soil，when the permeability coefficient is less than 10-7，the formation is drying， Na2SO4content of saline soil is 0.3%，it should carry salt-heaving evaluation. Meanwhile，experiment show that salt heaving under 200 kPa great pressure is still very obvious.

Key words：coarse salty soil； field trial；salt expansion force； salt-heaving evaluate.