鹽漬土對(duì)青海某工程危害分析及處理措施

李林忠，冶金順，冶金祥，王 鵬，孫建聿，李書山，孫雙魁，任永軍，何 遠(yuǎn)

(1.中國(guó)電建集團(tuán)青海省電力設(shè)計(jì)院有限公司，青海 西寧 810008；2.國(guó)家電網(wǎng)青海省海北供電公司，青海 海北州 812200)

0 引言

鹽漬土通常指的是土體中鹽與堿的含量過高，土體產(chǎn)生鹽化或者堿化的土質(zhì)稱為鹽漬土。國(guó)內(nèi)外對(duì)于鹽漬土的定義也存在差異，前蘇聯(lián)相關(guān)部門規(guī)定〔1〕，當(dāng)土體中的含鹽量超過0.5 %時(shí)，工程設(shè)計(jì)將該土體定義為鹽漬土，需要地基處理。我國(guó)鐵道部頒布的相關(guān)規(guī)程規(guī)范表示，土體的易溶鹽的含量大于0.5 %的土質(zhì)按照鹽漬土進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)；我國(guó)交通行業(yè)對(duì)鹽漬土的界定為易溶鹽含量超過0.3 %的土體按鹽漬土進(jìn)行地基處理〔2〕。鹽漬土的特殊屬性，通常在巖土勘察或者鹽漬土地基的設(shè)計(jì)歸為特殊土進(jìn)行處理。鹽漬土的三相屬性決定鹽漬土的特殊性質(zhì)，其液態(tài)的鹽溶液、固態(tài)的鹽結(jié)晶對(duì)土體的物理指標(biāo)存在影響，對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生較大的困難；鹽漬土的易溶性直接影響地基土體的性質(zhì)，鹽漬土地基浸水后，其地基土體的結(jié)構(gòu)屬性、結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及土質(zhì)分布狀況均發(fā)生改變，對(duì)上部工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大的危害〔3〕。因此，隨著西部開發(fā)及西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鹽漬土地區(qū)的工程建設(shè)增多，鹽漬土對(duì)工程的危害也日益凸顯，針對(duì)西北地區(qū)鹽漬土地基處理技術(shù)的研究可以有效地為工程實(shí)施提供軟技術(shù)支撐。

2008年，G·V·Dobrovol’skii等相關(guān)學(xué)者的研究表明，鹽漬土地區(qū)采用灌注樁、預(yù)制樁等地基處理方式可以有效改善地基的屬性，增加地基的承載，保障上部結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性〔4〕。我國(guó)學(xué)者的研究闡述，采用強(qiáng)夯法可以消除新疆黃土鹽漬土的不均勻沉降〔5〕；根據(jù)工程特性分析，對(duì)于不同路基不同地段的鹽漬土采取換填法、灌注樁以及設(shè)置隔斷層，可以有效改善土質(zhì)的性狀，增加地基的穩(wěn)定性〔6〕；戴榮里的研究表明，采用換填法與土工膜處置地下水相結(jié)合的施工工藝，其地基承載與建筑沉降均達(dá)到規(guī)范要求〔7〕。本文針對(duì)青海地區(qū)鹽漬土對(duì)某工程的影響，根據(jù)實(shí)際工程的地質(zhì)狀況，提出技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)適宜的地基處理方式，以滿足工程的勘察設(shè)計(jì)要求，并通過該工程地基處理的技術(shù)，為同類工程在地基處理方面提供一定的技術(shù)借鑒。

1 鹽漬土的工程危害及地基處理技術(shù)

1.1 鹽漬土對(duì)工程的危害

我國(guó)鹽漬土地域分布及空間分布較廣，各地的鹽漬土均存在地域分布的差異性，其鹽漬土的形成、特性及元素組成有明顯的特征差異，不同區(qū)域的鹽漬土其危害特性不同。青海地區(qū)的鹽漬土一般特性為鹽漬土地基對(duì)建構(gòu)筑物的影響和地下水有密切的關(guān)系；在含鹽量相同的情況下，土顆粒越細(xì)，表現(xiàn)出的鹽脹鹽溶的特性越明顯，土顆粒越粗，特性表現(xiàn)越不明顯。

1.1.1 鹽漬土地基的鹽脹性

鹽漬土地區(qū)的鹽脹性對(duì)工程存在極大的危害性，其主要發(fā)生在易溶的硫酸鹽漬土與亞硫酸鹽漬土區(qū)域。當(dāng)土體溫度動(dòng)態(tài)變化較大時(shí)，地下水以上的土層發(fā)生明顯的鹽脹性，其溫度較低時(shí)，鹽溶液達(dá)到飽和狀態(tài)，土體中的鹽溶液以結(jié)晶的狀態(tài)析出，土體體積增大，發(fā)生鹽脹現(xiàn)象；其溫度較大時(shí)，土體的鹽結(jié)晶體發(fā)生相態(tài)變化，土體體積減小。以此往復(fù)的循環(huán)作用，使得地基的力學(xué)性能變化較大，對(duì)建、構(gòu)筑物存在危害〔8,9〕。

1.1.2 鹽漬土地基的腐蝕性

鹽漬土地區(qū)的腐蝕性危害分布較廣。根據(jù)相關(guān)研究表明〔10,11〕，鹽漬土地區(qū)的建筑物腐蝕的危害主要源自兩個(gè)方面：一是液相鹽液體與高礦化地下水，通過毛細(xì)水直接作用在建筑物基礎(chǔ)上，與建筑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使建筑物的基礎(chǔ)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞；二是建筑材料本身含鹽，毛細(xì)水的向上作用與材料內(nèi)鹽結(jié)晶，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，促使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

1.1.3 鹽漬土地基的溶陷性

鹽漬土地區(qū)的溶陷性指的是鹽漬土浸水后，土體的可溶鹽溶解、流失，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生改變，促使土體的飽和自重壓力發(fā)生變化，使得地基承載力下降并產(chǎn)生土體的沉降。相關(guān)研究表明〔12〕：鹽漬土的結(jié)晶溶解以及潛蝕效應(yīng)引起鹽漬土浸水后受荷載作用而產(chǎn)生地基土的沉降變形。

1.2 鹽漬土地基處理技術(shù)

鹽漬土地基處理就其本質(zhì)而言為了改變土體的力學(xué)屬性，改善或減弱地基土體因浸水而發(fā)生鹽脹、溶陷及腐蝕等特性以及改善或防止因地基土體發(fā)生形變而導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的損傷破壞。鹽漬土地基處理技術(shù)的選擇依據(jù)其方法的適用性與局限性，針對(duì)鹽漬土的含鹽類別、含鹽量、土體分布狀態(tài)、鹽脹特性及物理屬性的不同選擇不同的地基處理方法。

(1)換填墊層法〔13〕

換填墊層法是將不良土體去除，換填符合地基承載的土體進(jìn)行夯實(shí)或者碾壓，作為建、構(gòu)筑物的持力層，可以有效改變建、構(gòu)筑物的承載力與地基抗變形能力。該方法適用于鹽溶性區(qū)域廣、易溶性較大的地區(qū)，換填深度一般為1 m～5 m，地基換填超過5 m的深度，其方法工程造價(jià)過大，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性不高。

(2)強(qiáng)夯法〔14〕

對(duì)于土體結(jié)構(gòu)密實(shí)性差，土體具有大孔隙的非飽和鹽漬土，采用強(qiáng)夯法將土體強(qiáng)制壓實(shí)，提高建筑物的地基承載力，減少或者消除土體的不均勻性以及防止土體的變形與沉降。工程實(shí)例表明，經(jīng)強(qiáng)夯法處理的鹽漬土地基其承載力滿足工程設(shè)計(jì)的規(guī)程規(guī)范，對(duì)于含鹽量比較低且飽和度低的鹽漬土處理效果較好。

(3)浸水預(yù)溶法〔15〕

浸水預(yù)溶法對(duì)液相鹽液體與礦度化較低的鹽漬土進(jìn)行浸水，使得土體中的溶鹽排放到其他區(qū)域或滲透到深層土體中，促使鹽漬土的含鹽量降低，到達(dá)土體的承載力要求。該方法對(duì)滲透性較差的土質(zhì)不適用，且浸水預(yù)溶法需要較大的水量處置鹽漬土，對(duì)水源的要求較高。

(4)樁基〔16〕

當(dāng)某地區(qū)鹽漬土含鹽量較高、鹽漬土土層厚度較大時(shí)，采用樁基技術(shù)處理鹽漬土地基。樁基由深樁與頂部承臺(tái)相結(jié)合，其樁穿過較厚的鹽漬土土層，將上部建、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)荷載傳遞到樁底部承載能力較好的土體。根據(jù)工程實(shí)例分析與研究，鹽漬土地區(qū)采用灌注樁比預(yù)制樁更加符合地基要求。

(5)固化劑處置法〔17〕

固化劑處置法處理鹽漬土地基是將不良的鹽漬土土體通過無機(jī)固化劑與高分子固化劑改良成為滿足工程規(guī)范承載力要求的地基土。相關(guān)研究表明〔17〕，采用固化劑對(duì)鹽漬土土體進(jìn)行大量的試驗(yàn)后，其力學(xué)性能、地基抗變形、地基承載力均得到明顯的改善。

(6)設(shè)置隔斷層〔18〕

通常設(shè)置隔斷層分為砂礫石隔斷層與土工布隔斷層。粒徑較大的砂礫石以及級(jí)配砂礫石設(shè)置的隔斷層，其隔斷層可以有效地阻斷毛細(xì)水的上升，且隔斷層保障地基的整體性，提升地基的力學(xué)性能，增強(qiáng)地基的承載力；土工布隔斷層不僅有效地阻斷毛細(xì)水的上升，而且可以防止地表水的下滲，土工布作為建筑軟技術(shù)，對(duì)于鹽漬土地基的處理推廣性較高。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某工程位于青海地區(qū)，其交通便利。該站址地貌屬湟水河南岸III級(jí)階地，微地貌為塔爾山山前沖洪積扇。據(jù)踏勘調(diào)查和勘察、試驗(yàn)及鄰近工程地質(zhì)資料表明，站區(qū)內(nèi)地基土主要由第四系全新統(tǒng)沖、洪積物(Q4)組成，0.0 m～15 m為黃土狀粉土夾粉粘土層，地基土屬鹽漬土，具鹽脹性、溶陷性、腐蝕性、濕陷性。

場(chǎng)內(nèi)地基土結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，自上而下分別為①層人工填土、②層黃土狀土。①層人工填土：雜色，密實(shí)，干，主要由漂石、卵石為主，泥巖碎塊、土次之。該層分布厚度為0 m～1.80 m。黃土狀土：棕紅色、黃褐色，中密，稍濕～濕～飽和，堅(jiān)硬～硬塑，土質(zhì)不均勻，具孔隙，水平層理明顯，以粉土為主，粉質(zhì)粘土次之。確定出各土層的承載力特征值分別為：濕陷性黃土狀土為180 kPa，非濕陷性黃土狀土為160 kPa，飽和黃土狀土(地下水位以下)為80 kPa。

2.2 鹽漬土特性分析及地基處理方案

依據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料分析得到，該工程建設(shè)區(qū)域場(chǎng)址為鹽漬土地基，具有鹽脹性、溶陷性、濕陷性及腐蝕性等特性。本地基處理方案著重解決場(chǎng)地地基土的四種特性帶來的危害。經(jīng)對(duì)場(chǎng)地地基土的工程地質(zhì)特性綜合分析與評(píng)價(jià)，依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范對(duì)特殊巖土的處理方法和要求，結(jié)合有關(guān)工程地基處理實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分別對(duì)場(chǎng)地地基土的四種特性進(jìn)行處理。

2.2.1 鹽脹性消除

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，場(chǎng)地內(nèi)地基土的鹽脹性具有以下特點(diǎn)：

(1)地基土中的石膏、芒硝碎顆粒是多年來山洪爆發(fā)后沖積形成的，場(chǎng)地土中的含鹽量較為穩(wěn)定，無明顯的補(bǔ)充來源。

(2)場(chǎng)地內(nèi)地下水豐富，黃土狀土中含有大量的上層滯水，而且補(bǔ)給充分。地表以下10 m處的黃土達(dá)到或接近飽和狀態(tài)，而不具鹽脹性。因此，場(chǎng)地內(nèi)具有鹽脹性的鹽漬土厚度約9 m。

根據(jù)鹽脹特性分析，結(jié)合本工程建(構(gòu))筑物的類型和結(jié)構(gòu)特征，對(duì)于上部具有鹽脹性的土層，可采用卵石換填或級(jí)配砂換填的方式解決。

2.2.2 溶陷性消除

本建設(shè)場(chǎng)址的溶陷性為Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)，針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)鹽漬土的溶陷特性及溶陷等級(jí)，結(jié)合本工程建(構(gòu))筑物的類型和結(jié)構(gòu)特征，宜采用卵石換填或級(jí)配砂換填法或素土夯密樁法進(jìn)行局部處理，消除其溶陷性。

2.2.3 腐蝕性防護(hù)

針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地基土、地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)，采取控制水灰比、最少水泥用量、鋁酸三鈣含量及防護(hù)層厚度等方法進(jìn)行防護(hù)。

2.3 地基處理方案比選

根據(jù)站址場(chǎng)地內(nèi)存在的不良地質(zhì)作用以及相應(yīng)的地基處理方式，提出采用卵石換填或級(jí)配砂換填法、素土夯密樁法作為本工程建設(shè)場(chǎng)地地基處理的備選方案。

1)卵石換填或級(jí)配砂換填法

將具有濕陷性、鹽脹性的土層挖除，并回填如卵石、級(jí)配砂、素土等，分層夯實(shí)作為持力層，達(dá)到消除濕陷性、鹽脹性的目的，同時(shí)能提高黃土狀土的承載力。該方法施工簡(jiǎn)單易行，同時(shí)可以消除地基土的濕陷、溶陷和鹽脹。此方法在我省的大部分民用建筑中廣泛應(yīng)用，有較好的效果和成熟的工程施工經(jīng)驗(yàn)。

2)素土夯密樁法

素土夯密樁法是指采用一定的手段，通過振動(dòng)、擠壓使地基土體孔隙比減小，提高強(qiáng)度，達(dá)到地基處理的目的。可以看出該方法同樣能消除場(chǎng)地內(nèi)存在的濕陷性和溶陷性，也可消除地基土的鹽脹性，采用夯密樁法可有效的控制投資，縮短工期；施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)化，可靠宜行。

2.3.1 站區(qū)建構(gòu)筑物的地基處理方案

根據(jù)站內(nèi)建構(gòu)筑物的重要等級(jí)及工藝要求，對(duì)不同的建構(gòu)筑物采用不同的處理方式，達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目的，具體處理方式如下：

1)主控通信樓(主變壓器、電抗器)

方案一：采用卵石換填或級(jí)配砂換填法，在滿足規(guī)程規(guī)范的要求下，換填深度為2 m，上部采用0.3 m厚素土做緩沖層。地下水較淺的區(qū)域采用土工布隔斷，減少毛細(xì)水對(duì)基礎(chǔ)的影響。

方案二：采用素土擠密樁，樁長(zhǎng)約6.5 m，樁徑400 mm，成樁后600 mm，樁間距0.9 m。樁頂上部做0.5 m厚素土封閉層及0.5 m厚碎石緩沖層。

2)110 kV室外配電裝置

方案一：采用卵石換填或級(jí)配砂換填法，在滿足規(guī)程規(guī)范的要求下，換填深度為3 m，上部采用0.5 m厚素土做緩沖層。

方案二：根據(jù)GIS設(shè)備的重要性及設(shè)備自身的要求，采用素土擠密樁，樁長(zhǎng)約8 m，樁徑400 mm，成樁后600 mm，樁間距0.9 m。樁頂上部做0.5 m厚素土封閉層及0.5 m厚碎石緩沖層。

3)330 kV室外配電裝置

方案一：采用卵石換填或級(jí)配砂換填法，在滿足規(guī)程規(guī)范的要求下，換填深度為3 m，上部采用0.3 m厚素土做緩沖層。

方案二：采用素土擠密樁，樁長(zhǎng)約5 m，樁徑400 mm，成樁后600 mm，樁間距0.9 m。樁頂上部做0.5 m厚素土封閉層及0.5 m厚碎石緩沖層。

4)330 kV繼電器室和綜合電氣室

方案一：采用卵石換填或級(jí)配砂換填法，在滿足規(guī)程規(guī)范的要求下，換填深度為3m，上部采用0.5 m厚素土做緩沖層。

方案二：采用素土擠密樁，樁長(zhǎng)約6 m，樁徑400 mm，成樁后600 mm，樁間距0.9 m。樁頂上部做0.5 m厚素土封閉層及0.5 m厚碎石緩沖層。

5)投資比較

方案一：1 350萬元；

方案二：1 580萬元。

2.3.2 地基處理比選結(jié)果

站址場(chǎng)地采用一種處理方式，很難同時(shí)消除地基土的濕陷性、溶陷性及鹽脹性。從地質(zhì)資料中可以看出，場(chǎng)地處理的關(guān)鍵是如何消除地基的濕陷性，同時(shí)還要考慮地基土的鹽脹性及溶陷性。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料顯示、專家評(píng)價(jià)意見、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及施工便易性等各方條件因素的綜合分析，本次鹽漬土地基處理采用卵石換填或級(jí)配砂換填法，且地下水較淺的區(qū)域采用土工布隔斷。

3 結(jié)論

該工程項(xiàng)目建設(shè)投運(yùn)后，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，其建構(gòu)筑物及場(chǎng)區(qū)內(nèi)未發(fā)生大面積或者建筑結(jié)構(gòu)的損傷破壞；建設(shè)業(yè)主邀請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行評(píng)審論證及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，專家均同意卵石換填或級(jí)配砂換填法以及土工布隔斷地下水的地基處理方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及專家的論證，證明該地基處理的技術(shù)可以有效解決鹽漬土地區(qū)的地基處理問題，可以為青海地區(qū)鹽漬土區(qū)域的建設(shè)提供軟技術(shù)支撐。