蘭州新區(qū)高含鹽濕陷性黃土地基鼓脹機(jī)理分析

孫賢軍 王斌

(1甘肅金廈建筑安裝有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730020；2甘肅建科技術(shù)試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730020)

0 前言

蘭州新區(qū)地基土主要為大厚度的濕陷性黃土。黃土的濕陷性與浸水有關(guān)，浸水后產(chǎn)生強(qiáng)烈下陷的地基變形危害，濕陷性與季節(jié)、溫度無關(guān)，這是原生黃土的特性。然而蘭州新區(qū)黃土中易溶鹽含量高于一般黃土，但多數(shù)還達(dá)不到現(xiàn)行鹽漬土規(guī)范的含鹽量，因此其地基勘察報(bào)告一般按濕陷性黃土來定名。

近年來，蘭州新區(qū)的多處工程出現(xiàn)地基強(qiáng)烈膨脹變形，這是以往工程沒有遇到的問題，用以往的黃土地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)無法解釋這種膨脹現(xiàn)象。研究蘭州新區(qū)高含鹽黃土的工程特性以及工程處置措施，是必要的和緊迫的。

1 土樣基本特性

對(duì)某工程場區(qū)內(nèi)30個(gè)探井取原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)[1]，對(duì)含水率、密度、壓縮模量等常規(guī)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行測定，每個(gè)探井取樣深度5m，分別間隔1m取樣，土樣總數(shù)150個(gè)，結(jié)果如表1。

表1 地基土常規(guī)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場對(duì)0.3m～1.3m范圍內(nèi)土樣進(jìn)行含水量試驗(yàn)。表層0.3m土樣含水量平均值22.12%，呈濕狀；0.8m土樣含水量平均值17.34%，呈稍濕狀；1.3m土樣含水量平均值15.5%，呈稍濕狀?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 0.3m～1.3m土樣含水量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2 易熔鹽含量測定

對(duì)場區(qū)代表性區(qū)域不同深度的易溶鹽含量進(jìn)行分析（見表3），布置探井5個(gè)，探井深度5.3m，取樣點(diǎn)分別為0.3m、0.8m、1.3m、1.8m、2.3m、3.3m、3.8m、4.3m、4.8m、5.3m，繪制易溶鹽含量隨深度分布曲線圖（見圖1）。

表3 溶鹽含量隨深度變化試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

圖1 易溶鹽含量平均值隨深度分布曲線

通過對(duì)不同深度易溶鹽含量平均值的數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該場地易溶鹽含量隨深度增加而降低，通過分布曲線可知，深度1.8m以下土體易溶鹽含量低于鹽漬土0.3%的標(biāo)準(zhǔn)[2]，因此在后期試驗(yàn)過程中主要對(duì)1.8m以上土體取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。

根據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009 版）中關(guān)于鹽漬土的定義：巖土中易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性時(shí)，應(yīng)判定為鹽漬巖土。對(duì)于本場地淺表層土樣易溶鹽的試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5。

表4 淺表層范圍內(nèi)易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表5 淺表層范圍內(nèi)土樣氯硫比結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

通過對(duì)易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，膨脹區(qū)淺表層易溶鹽含量均大于0.3%，超過易溶鹽含量標(biāo)準(zhǔn)，因此場地淺表層場地土判斷為鹽漬巖土。

易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)分析，所取土樣中0.3m土樣氯硫比小于0.3，0.8m部分土樣氯硫比等于0.3，綜合分析判斷該場地病害區(qū)域鹽漬土類型屬于硫酸鹽漬土或亞硫酸鹽漬土。

根據(jù)易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)分析，硫酸及亞硫酸鹽的平均含鹽量占比位于0.3%～2.0%范圍內(nèi)，因此該場地病害區(qū)域場地土類型可定義為中鹽漬土。

3 膨脹率試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)及分析

該場區(qū)地基土膨脹嚴(yán)重區(qū)域含水量較高，0.3m土樣含水量平均值22.12%，0.8m土樣含水量平均值17.34%，1.3m土樣含水量平均值15.5%，因此結(jié)合鹽漬土鹽脹機(jī)理，通過無荷載膨脹率試驗(yàn)測定含水量對(duì)鹽脹病害的影響[3]。試驗(yàn)所用土樣均采用重塑土樣進(jìn)行測定，通過對(duì)土樣持續(xù)浸水來測定膨脹量隨時(shí)間的變化情況，測定含水量變化對(duì)膨脹率的影響。試驗(yàn)對(duì)膨脹區(qū)淺表層進(jìn)行取樣試驗(yàn)，結(jié)果見圖2所示。

圖2 探井不同深度處試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)分析，易溶鹽隨深度的增加，含量逐漸降低，同一深度不同探井的易溶鹽含量各不相同，呈島狀分布。膨脹率隨含鹽量增加而增加，土樣易溶鹽含量越大，土樣膨脹率越大。其中，0.3m土樣膨脹率小于0.8m土樣膨脹率，這是由于該深度處土樣位于灰土墊層，墊層中Ga2+所占百分比較大，導(dǎo)致其易溶鹽含量較大，但膨脹率較小。由結(jié)果分析，鹽漬土的膨脹率與地基土初始含水量和初始干密度存在一定的因果關(guān)系，當(dāng)初始含水量一定時(shí)，土樣膨脹率隨初始干密度增加而增大；當(dāng)初始干密度一定時(shí)，土樣膨脹率隨初始含水量的增加而減小，見圖3。

根據(jù)膨脹率試驗(yàn)結(jié)果，土樣膨脹率在0.2%～13.3%，其中0.3m土樣膨脹率平均值2.8%，0.8m土樣膨脹率平均值7.51%，1.3m土樣膨脹率2.1%。膨脹量隨浸水時(shí)間增加而增加，浸水兩小時(shí)內(nèi)膨脹量變化最大，呈線性增加，兩小時(shí)后膨脹量增加緩慢，土樣膨脹量與時(shí)間變化曲線趨于平緩。

通過膨脹率試驗(yàn)數(shù)據(jù)和易溶鹽含量隨深度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果，場地易溶鹽含量和膨脹率均隨深度增加而減小，1.3m以下土體膨脹率較小，產(chǎn)生的膨脹量可不予考慮，因此制定治理方案時(shí)建議治理深度為1.5～2m。

圖3 土樣膨脹量與時(shí)間變化曲線

4 膨脹區(qū)淺表層地基土離子含量分析

根據(jù)土樣易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果，按取樣深度（0.3m、0.8m、1.3m）依次統(tǒng)計(jì)，每深度選取44 個(gè)易溶鹽試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。膨脹區(qū)域土層中各離子含量平均值分布如圖4。

圖4 土樣離子含量平均值統(tǒng)計(jì)

根據(jù)易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析可得，該場地膨脹區(qū)土體中陽離子含量大小順序?yàn)镃a2+＞Na++K+＞Mg2+，陰離子含量順序SO42-＞CO32-＞HCO3-＞Cl-，其中，表層0.3m處土體的離子含量均高于其他土層的離子含量，尤其Ca2+含量比較明顯，結(jié)合地坪工程做法分析認(rèn)為，0.3m土樣中Ca2+含量高于其他土樣中Ca2+的主要原因是由于灰土墊層造成表層土樣中Ca2+含量較高。

5 結(jié)論

1）通過對(duì)不同深度易溶鹽含量平均值的數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該場地易溶鹽含量隨深度增加而降低，通過分布曲線可知，深度1.8m以下土體易溶鹽含量低于鹽漬土0.3%的標(biāo)準(zhǔn)。

2）由易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)分析，硫酸及亞硫酸鹽的平均含鹽量占比位于0.3%～2.0%范圍內(nèi)，因此該場地病害區(qū)域場地土類型可定義為中鹽漬土。

3）根據(jù)膨脹率試驗(yàn)結(jié)果，膨脹量隨浸水時(shí)間增加而增加，在浸水兩小時(shí)內(nèi)膨脹量變化最大，呈線性增加，兩小時(shí)后膨脹量增加緩慢，土樣膨脹量與時(shí)間變化曲線趨于平緩。

4）通過膨脹率試驗(yàn)分析可知，膨脹率隨含鹽量增加而增加，土樣易溶鹽含量越大，土樣膨脹率越大，其中，0.3m土樣膨脹率小于0.8m土樣膨脹率，這是由于該深度處土樣位于灰土墊層，墊層中Ga2+所占百分比較大，導(dǎo)致其易溶鹽含量較大，但膨脹率較小。

5）由試驗(yàn)結(jié)果分析，鹽漬土的膨脹率與地基土初始含水量和初始干密度存在一定的因果關(guān)系，當(dāng)初始含水量一定時(shí)，土樣膨脹率隨初始干密度增加而增大；當(dāng)初始干密度一定時(shí)，土樣膨脹率隨初始含水量的增加而減小。結(jié)合硫酸鹽鹽漬土鹽脹機(jī)理分析可知，硫酸鹽鹽漬土體積隨含水量增加而增大。

通過膨脹率試驗(yàn)數(shù)據(jù)和易溶鹽含量隨深度變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果，場地易溶鹽含量和膨脹率均隨深度增加而減小，1.3m以下土體膨脹率較小，產(chǎn)生的膨脹量可不予考慮，因此制定治理方案時(shí)建議治理深度為1.5～2m。