濕陷性黃土鹽漬土在工程實踐中的探討

辛明靜 白雪曉

(1.蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院,甘肅 蘭州 730050; 2.邯鄲市中和房地產(chǎn)開發(fā)有限公司,河北 邯鄲 056000)

1 概述

我國西北地區(qū)地處內(nèi)陸，氣候條件主要以干旱、半干旱環(huán)境著稱，這為濕陷性黃土和鹽漬土的形成提供了基礎(chǔ)條件，其中陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古既是濕陷性黃土又是鹽漬土的主要分布地區(qū)。濕陷性黃土是一種具有大孔隙和垂直節(jié)理的非飽和欠壓密土，規(guī)范中將濕陷系數(shù)不小于0.15的黃土定為濕陷性黃土[1]。鹽漬土是一種具有溶陷、鹽脹及腐蝕中一種或幾種工程特性，且多表現(xiàn)為遇水后土體結(jié)構(gòu)和強度發(fā)生顯著變化的特殊土，規(guī)范中將易溶鹽含量大于或等于0.3%且小于20%，并具有溶陷或鹽脹等工程特性的土定為鹽漬土[2]。近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，黃土地區(qū)的項目越來越多，使得諸多工程不得不在特殊土地基上建設(shè)。在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，存在著一種特殊的黃土，它既滿足濕陷性黃土的判別標(biāo)準(zhǔn)又滿足鹽漬土的判別標(biāo)準(zhǔn)，這就是濕陷性黃土鹽漬土[3]。

長期以來，人們對濕陷性黃土的認(rèn)識及積累的工程經(jīng)驗較鹽漬土要多，很容易將這種特殊土按照濕陷性黃土處理，且相關(guān)規(guī)范規(guī)程并未對這種特殊土做出明確的規(guī)定，在具體的工程實踐中，是將這種特殊土按照濕陷性黃土處理，還是按照鹽漬土處理，或是同時考慮兩種特殊土的工程特性，這就成為困擾工程勘察設(shè)計人員的難題。

2 濕陷性黃土、鹽漬土對比分析

2.1 形成機理

目前，學(xué)術(shù)界關(guān)于黃土濕陷機理的假說有多種，如溶鹽假說、欠壓密理論、毛細(xì)管假說、水模契入假說、結(jié)構(gòu)學(xué)假說、膠體不足假說等[4]，這些假說的共同點在于，他們都是從“壓力”和“水”(即外因)的角度出發(fā)，從物理、化學(xué)及力學(xué)等方面對濕陷性黃土的特性做出解釋[5]。濕陷性黃土的特性與其自身組成成分、孔隙分布規(guī)律及結(jié)構(gòu)狀態(tài)等密切相關(guān)，在外因的作用下，土體原有的平衡被打破，導(dǎo)致其表現(xiàn)出一般土體所沒有的工程特性。

鹽漬土是一種含鹽量超過一定量的特殊土，這些鹽類一部分溶解于水中以液態(tài)的形式存在，另一部分則以結(jié)晶的固態(tài)形式存在于土顆粒中，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時，如水或溫度的作用，使得一部分鹽類在液態(tài)與固態(tài)之間轉(zhuǎn)化，從而改變了土體原有的組成成分及結(jié)構(gòu)狀態(tài)，導(dǎo)致其表現(xiàn)出溶陷、鹽脹等工程特性。

2.2 室內(nèi)壓縮試驗

室內(nèi)壓縮試驗既可用于測定黃土的濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力，亦可用于測定鹽漬土的溶陷系數(shù)。對于濕陷性黃土鹽漬土，采用室內(nèi)壓縮試驗法測定濕陷系數(shù)、溶陷系數(shù)時，通過對試驗過程進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，在試樣浸水飽和后，土樣發(fā)生濕陷或溶陷變形，試驗所測得試樣浸水變形穩(wěn)定前后高度的差值是由濕陷變形值和溶陷變形值所組成的，且二者不可分割，即在整個壓縮試驗過程中試樣的變形是濕陷和溶陷共同作用的結(jié)果，最終所測得在濕陷系數(shù)和溶陷系數(shù)亦是不真實值。

2.3 現(xiàn)場浸水(靜載荷)試驗

對于濕陷性黃土鹽漬土，按濕陷性黃土進(jìn)行評價時，在現(xiàn)場靜載荷試驗和現(xiàn)場試坑浸水試驗中，由于鹽漬土溶陷變形的貢獻(xiàn)，導(dǎo)致最終所得黃土的濕陷起始壓力值和自重濕陷量較真實值要大；同樣，按鹽漬土進(jìn)行評價時，在浸水載荷試驗中，由于黃土濕陷變形的影響，現(xiàn)場測定的鹽漬土地基溶陷量、平均溶陷系數(shù)均大于真實值(平均溶陷系數(shù)的分析未考慮承壓板下鹽漬土浸潤深度受黃土濕陷特性的影響)。

2.4 工程特性

濕陷性黃土具有遇水后，在一定壓力下，土體結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著附加下沉的工程特性。鹽漬土的鹽脹、溶陷、腐蝕等工程特性與其所含鹽分的類型和數(shù)量息息相關(guān)，如含氯鹽為主的鹽漬土，因氯鹽的溶解度較大，遇水后土中的結(jié)晶鹽極易溶解，使土質(zhì)變軟，強度降低，并產(chǎn)生溶陷變形；含硫酸鹽為主的鹽漬土，除遇水產(chǎn)生溶陷變形外，其中的硫酸鈉在溫度和濕度變化時，會產(chǎn)生較大的體積變形，導(dǎo)致地基土發(fā)生膨脹或收縮。

對于濕陷性黃土鹽漬土而言，它既具有濕陷性黃土的工程特性，又具有鹽漬土的工程特性，即濕陷性黃土具有濕(溶)陷、鹽脹、腐蝕等工程特性。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

甘肅省蘭州新區(qū)緯八路東延段道路工程(經(jīng)十五路至環(huán)城東路)位于皋蘭縣西岔鎮(zhèn)山字墩村，屬大陸干旱性氣候，具有降水偏少、蒸發(fā)強烈、日照時間長、四季分明等特點，多年平均氣溫5 ℃～6.3 ℃。多年平均降水量241.1 mm，蒸發(fā)量1 800 mm～2 100 mm。從地貌單元劃分，屬黃土丘陵地帶。

3.2 勘察設(shè)計

道路沿線黃土狀粉土具Ⅳ級濕陷性，且土層厚度大于25 m。在黃土狀粉土層共取33件試樣進(jìn)行室內(nèi)易溶鹽分析試驗，易溶鹽含量介于0.20%～0.67%，屬硫酸鹽漬土。

3.3 路基處理方案建議

道路沿線黃土狀粉土既屬于濕陷性黃土，又屬于硫酸鹽漬土，考慮其不良工程特性及道路運營期綠化帶灌溉及人類活動的影響，建議對道路沿線加強疏水、防排水措施，路基處理宜采用換填墊層或設(shè)置變形緩沖層+強夯法或灰土擠密樁等綜合治理方法進(jìn)行處理。

4 地基處理方法

濕陷性黃土地基處理的目的在于消除其全部或部分濕陷量，常用的處理方法有墊層法、強夯法、擠密法、預(yù)浸水法；鹽漬土地基處理的目的在于消除或減輕鹽漬土的溶陷性和鹽脹性對建(構(gòu))筑物的危害，常用的處理方法有換填法、預(yù)壓法、強夯法、強夯置換法、砂(碎)石樁法、浸水預(yù)溶法、鹽化法、隔斷層法；二者均采用防治相結(jié)合的理念，一方面做好疏、防、排水的相關(guān)工作，另一方面采用相應(yīng)的地基處理方法消除或減輕其不良特性對工程帶來的危害。

對于濕陷性黃土鹽漬土地基而言，應(yīng)綜合考慮其濕陷、鹽脹、溶陷、腐蝕等工程特性，采用因地制宜、以防為主、防治結(jié)合的理念，根據(jù)工程建設(shè)的具體情況，選擇合適的地基處理方案。如濕陷性黃土鹽漬土以硫酸鹽漬土為主時，除應(yīng)考慮黃土的濕陷性以外，還應(yīng)考慮鹽漬土的鹽脹性及腐蝕性；當(dāng)濕陷性黃土鹽漬土以氯鹽漬土為主時，應(yīng)重點考慮其濕(溶)陷性及腐蝕性。

5 結(jié)語

1)濕陷性黃土鹽漬土，其具有濕陷性黃土及鹽漬土共有的工程特性：濕陷性、鹽脹性、溶陷性及腐蝕性。

2)采用室內(nèi)壓縮試驗法所測得的濕陷性黃土濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力及鹽漬土溶陷系數(shù)均非真實值。

3)在現(xiàn)場浸水(靜載荷)試驗中，測得黃土的濕陷起始壓力值、自重濕陷量、鹽漬土地基溶陷量、平均溶陷系數(shù)較真實值要大。

4)對于濕陷性黃土鹽漬土地基而言，應(yīng)綜合考慮其工程特性，并結(jié)合工程具體情況，采用合理的地基處理方案。