克拉瑪依地區(qū)鹽漬土溶陷性及危害性概論

1、克拉瑪依地區(qū)鹽漬土溶陷性及危害性概論【摘要】針對克拉瑪依地區(qū)鹽漬土分布廣的特點，對其溶陷工程特性進行簡單分 析，了解其分布范圍、主要影響因素、對工程建設(shè)所造成的危害及影響，從而提 出較為適用地基處理方法?！娟P(guān)鍵字】克拉瑪依 鹽漬土溶陷溶陷系數(shù) 易溶鹽 地基處理1引言鹽漬土是指包括鹽土和堿土在內(nèi)的，以及不同程度鹽化，堿化的 土壤的統(tǒng)稱，土中易溶鹽的含量一般大于0. 3%。鹽漬土按形成條件 分為，內(nèi)陸鹽漬土、濱海鹽漬土、沖積平原鹽漬土。新疆地區(qū)屬鹽漬 土分布較廣的區(qū)域，由于這種土在水的影響下具有顯著脹縮特性，使 修筑在鹽漬土地區(qū)的建筑經(jīng)常遭受巨大的破壞，對人民的財產(chǎn)造成損 失，同時這種危害隨著工程

2、建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展而更加嚴(yán)重。面對如 此嚴(yán)重的工程問題，目前所進行的研究工作還遠遠不夠。在鹽漬土地 區(qū)的工程勘察、土工試驗以及工程的設(shè)計和施工方面存在著許多實際 問題，對鹽漬土的基本工程特性尚需進行深入的試驗研究。本文結(jié)合 克拉瑪依地區(qū)經(jīng)驗，對本地區(qū)鹽漬土溶陷性進行簡單的分析，了解其 對工程建設(shè)所造成的影響，并提出本地區(qū)鹽漬土溶陷性的地基處理方 法。2鹽漬土溶陷性概述2.1克拉瑪依鹽漬土類型及形成條件2.1.1地理位置及環(huán)境特征克拉瑪依位于準(zhǔn)葛爾盆地西北邊緣，全年氣候干燥、降水少、多 風(fēng)，屬山前沖洪積-湖積平原地貌，為典型的內(nèi)陸鹽漬土分布區(qū)域。2.1.2形成條件及類型鹽分形成是由巖石（主要為泥

3、巖、砂巖）在風(fēng)化搬運過程中分離 出易溶鹽、中溶鹽和難溶鹽隨水流從高處帶到低地或隨水滲入地下溶 于地下水。因各種鹽類溶解度不同，搬運距離就不同，易溶鹽搬運距 離最遠，其沉積有明顯的分帶性，經(jīng)過蒸發(fā)、濃縮等作用，包括高礦 化度地下水中所含鹽分結(jié)晶析出聚集地表或地表以下土層中，形成以 沖洪積、湖積原生為主，蒸發(fā)、濃縮、毛細作用為輔的內(nèi)陸鹽漬土。 克拉瑪依地區(qū)鹽漬土類型主要為硫酸、亞硫酸、氯鹽、亞氯鹽漬土。 2.2克拉瑪依地區(qū)溶陷性土分布克拉瑪依地區(qū)溶陷性土分布不連續(xù)，對以往勘察資料進行統(tǒng)計分 析，具有溶陷性危害的鹽漬土主要分布在克拉瑪依市西南12公里處 機場附近、克石化工業(yè)園、701油庫、九區(qū)部分地

4、段，主要土層為堅 硬-硬塑狀態(tài)的粘性土、干燥-稍濕狀態(tài)的粉土，碎石土（角礫）主要 在表層出露，依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗可不考慮角礫土溶陷性對工程建設(shè)的影 響。克瑪市拉戒區(qū)圖1克市溶陷性土分布示意圖2.3溶陷性概念及機理鹽漬土的含鹽類型多為硫酸鹽、碳酸鹽、氯化物，而其中的鈉， 鎂和鉀鹽都屬于易溶鹽，這些鹽成為土粒之間膠結(jié)物的主要成分。干 燥狀態(tài)下它具有強度高，壓縮性小的特點，但經(jīng)水浸泡后易溶鹽溶解、 流失，致使土體結(jié)構(gòu)松散，在士體的飽和自重壓力或外荷載作用下土 體顆粒發(fā)生相對位移，地表陷落，稱為溶陷。這一現(xiàn)象與黃土地基浸 水后沉陷是相似的，但在產(chǎn)生沉陷的機理，組成和特征上卻有著本質(zhì) 的區(qū)別。此外，在浸水時間

5、很長，浸水量很大而造成滲流的情況下， 鹽漬土中的部分固體顆粒被水流帶走，產(chǎn)生潛蝕溶陷，這也是鹽漬土 溶陷的主要組成部分。2.4影響溶陷性的主要因素2.4.1孔隙比與含鹽量的影響溶陷系數(shù)是反應(yīng)鹽漬土溶陷性大小的主要指標(biāo)，通過對以往克拉 瑪依地區(qū)勘察資料進行分析統(tǒng)計取具有代表性粘性土試樣4件數(shù)據(jù)見 表1：表1粉質(zhì)粘土主要參數(shù)編號指標(biāo)名稱-1234濕陷系數(shù)ds0.010.0180.030.035孔隙比e00.6140.7960.8630.804Na+k+(mg/kg)1649137219002692總鹽()0.6550.4320.640.926鹽漬土初始孔隙比對溶陷系數(shù)具有一定的影響，溶陷系數(shù)基本隨

6、 著孔隙比的增大而增大，關(guān)系曲線見(圖2)。但由于各土層含鹽量圖2溶陷系數(shù)-孔隙比關(guān)系曲線9876543210 0.0.,0.0.,0.0.0.0.,0.的不同，試樣遇水鹽溶解，原生結(jié)構(gòu)破壞，顆粒被壓密重新排列，含鹽量與溶陷系數(shù)關(guān)系曲線見（圖3）。9876543210 O.O.O.O.O.O.O.O.O.袞)岫如涵0. 010. 020. 030. 04溶陷系數(shù)&圖3溶陷系數(shù)-總含鹽量關(guān)系綜上分析鹽漬土初始孔隙比及含鹽量大小，一同制約著溶陷系數(shù) 的大小。通過（圖4）對比分析可知，當(dāng)原始土結(jié)構(gòu)比較密實時，即 使易溶鹽含量較高，但在溶濾后不會發(fā)生較大的溶陷變形；反之，原 始土結(jié)構(gòu)不密實，即使易溶鹽

7、含量較低，鹽分溶濾后，結(jié)構(gòu)強度喪失， 會有一定的溶陷變形（如試樣2）。圖4孔隙比、總含鹽量與溶陷系數(shù)對比關(guān)系曲線因此，鹽漬土的溶陷性主要取決于含鹽量（易溶鹽含量）和原始土 體的密實狀態(tài)（土中空隙的大?。?。2.4.2溫度的影響溫度的影響主要在鹽分的溶解度上。隨著溫度的升高溶解度增 大，增加了溶陷變形量的變化速率。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在較高溫度 下，溶陷穩(wěn)定較快，而對溶陷變形量的大小沒有影響;但在較低溫度 下，特別是低于0度時，減小了溶陷變形量的變化速率，暫時降低溶 陷變形量。.3鹽漬土溶陷性判定方法3.1現(xiàn)場初步判定符合下列條件之一的鹽漬土地基，可初步判別為非溶陷性土或不 考慮溶陷性對建筑物的影響

8、：3.1.1碎石類鹽漬土中洗鹽后粒徑大于2mm的顆粒超過全重70%時， 可判為非溶陷性土；克拉瑪依地區(qū)碎石類鹽漬土大多滿足此條規(guī)定， 因此一般不考慮碎石類鹽漬土溶陷性對工程建設(shè)的影響。3.1.2碎石類、砂類鹽漬土的濕度為很濕至飽和、粉土類鹽漬土的濕 度為很濕、粘性土類的鹽漬土的狀態(tài)為軟塑至流塑時，可判為非溶陷 性土。3.2鹽漬土的溶陷性按溶陷系數(shù)判別當(dāng)溶陷系數(shù)0 40通過上試分析可知，如基礎(chǔ)底以下溶陷性土層較薄即分級溶陷量 即小于7時，可不考慮鹽漬土溶陷性的影響。4溶陷性對工程建設(shè)的影響對鋼筋混凝土框排架廠房影響基礎(chǔ)下沉；吊車梁傾斜變位；圍護墻開裂。對單層鋼筋混凝土排架廠房影響基礎(chǔ)下沉；柱下沉

9、傾斜并水平開裂；屋架與柱頂或與屋面板連接 節(jié)點拉裂基礎(chǔ)梁，圈梁以及圍護墻體開裂。對單層磚混結(jié)構(gòu)廠房影響磚柱斷裂，墻體倒塌。對辦公樓和住宅樓影響基礎(chǔ)下沉開裂，墻體開裂甚至整棟建筑物裂為兩截。從以上破壞特征可以看出，鹽漬土溶陷性土對磚混結(jié)構(gòu)所造成的 主要影響為墻體開裂：如圖6所示，設(shè)在a圖的左側(cè)鹽漬土地基產(chǎn)生 溶陷時，則由于自重和上部荷載的作用，在b圖所示的方向產(chǎn)生拉應(yīng) 力和壓應(yīng)力，當(dāng)主拉應(yīng)力大于墻體材料的抗拉強度時，在抗拉方向產(chǎn) 生裂縫，并從溶陷小的一邊向大的一邊發(fā)展，為斜裂縫。圖6 鹽漬土溶陷造成墻體開裂對整個建筑物來說，隨著地基溶陷位置和面積的不同對其造成的 影響也不同。當(dāng)建筑物中央部的地基

10、發(fā)生溶陷時，墻體的裂縫呈“八”字形， 產(chǎn)生的溶陷區(qū)兩側(cè)如圖7（a）的1號裂縫；當(dāng)溶陷大時，在建筑物 中央部位的下部由于拉力作用還有可能產(chǎn)生豎向裂縫，如圖7（a） 的2號裂縫；當(dāng)砌體灰縫砂漿標(biāo)號低時，也有可能沿磚縫產(chǎn)生水平裂 縫如圖7（b）的3裂縫。圖7建筑物中央部位鹽漬土溶陷時墻體開裂形式綜上所述鹽漬土溶陷性對各類建（構(gòu)）筑物所造成的危害主要是， 地基遇水溶陷，造成基礎(chǔ)不均勻沉降，對上部結(jié)構(gòu)造成不同程度破壞， 影響建（構(gòu)）筑物的耐久性及安全性。5地基處理方法近幾年隨著巖土工程的迅速發(fā)展，很多新科技、新工藝、新方法 在地基處理方面得到了運用和實踐，鹽漬土溶陷性地基處理類似與濕 陷性土，方法較多如

11、：浸水預(yù)溶、強夯、浸水預(yù)潘強夯、換土墊層、 旋噴樁、化學(xué)加固、CFG等。但結(jié)合克拉瑪依地區(qū)實際情況提出以下 幾種較為經(jīng)濟適用的地基處理方法。5.1換土墊層換土墊層法為克拉瑪依地區(qū)處理鹽漬土溶陷性的常用手段，本地 區(qū)溶陷性土層具有局部小范圍分布、土層厚度較薄、土層溶陷性大小 不均等特點。因此換填法在本地區(qū)處理厚度小于3.0m溶陷性土?xí)r具 有良好效果及較經(jīng)濟的效益指標(biāo)；如溶陷性土厚度大于3.0m既不經(jīng) 濟也不適用，應(yīng)采取其它手段進行地基處理。主要技術(shù)要求：（1）挖除溶陷性土，采用非鹽漬砂礫石回填，其 中粒徑5mm的礫石含量宜30%，分層夯實，分層厚宜小于 300mm。（2）砂礫石墊層厚度hN50c

12、m，墊層寬度應(yīng)超出外墻基礎(chǔ)邊緣 的距離至少等于墊層的厚度，且不得小于300mm。5.2浸水預(yù)溶+強夯處理5.2.1浸水預(yù)溶浸水預(yù)溶目的：1.使地基土一定深度范圍內(nèi)易溶鹽溶解，隨著鹽 分的溶解、流失，土體結(jié)構(gòu)重新排列，土體松軟并產(chǎn)生一定的沉降或 陷落（預(yù)沉降）；2.使部分鹽分在晾曬過程中，由于蒸騰作用隨毛細 水上升在地表富集，清除表層形成的鹽殼，達到降低含鹽量的目的； 3.地基土浸水后，含水率上升，可使其與最佳含水量相近。5.2.2強夯處理地基土在浸水后，強度會大幅降低，土體結(jié)構(gòu)松軟，為提高地基 土強度及消除或降低地基土溶陷性，采用強夯的方法進行處理。通過 強夯可使有效作用深度內(nèi)土層達到超固結(jié)，

13、起到沉降預(yù)處理及地基強 化的作用。此外，經(jīng)強夯處理后的地基土的孔隙率降低，進一步消除 鹽漬土溶陷帶來的影響。5.2.3浸水預(yù)溶+強夯地基處理效果實例克拉瑪依市新建飛機場局部地區(qū)地基土含鹽量較高，具有一定的 溶陷性，采用浸水預(yù)溶+強夯方法進行地基處理，達到消除地基土溶 陷性，并提高地基承載力的目的。地層分布自上而下為粉土，粘土，粉砂，粘土。下表為浸水前后 地基土總含鹽量。表3浸水前后地基土總含鹽量平均值深度（m）原地基土含鹽量平均值（%）浸水后地基土含鹽量平均值（%）0.10.120.622.00.230.243.00.2440.224.00.4760.215.00.230.12浸水前后地基土總

14、含鹽量關(guān)系曲線圖+原地基土含鹽量平均值(%) 一-浸水后地基土含鹽量平均值(%)圖8浸水前后地基土總含鹽量關(guān)系曲線通過浸水前后地基土含鹽量曲線分析比較，經(jīng)過一段時間的浸水 晾曬后，鹽分在地表富集的作用非常明顯，使地基土一定深度范圍內(nèi) 的含鹽量降低，而在浸水底部又略呈上升趨勢。因此可以分析出經(jīng)過 充分浸水再晾曬后，清理表面鹽漬土對降低一定深度范圍內(nèi)地基土含 鹽量是非常有效的，從而達到消除地基土溶陷性的目的。浸水后地基土承載力較低，土體結(jié)構(gòu)松軟，需進行強夯加固，以 下是部分區(qū)段強夯前后標(biāo)貫數(shù)據(jù)統(tǒng)計。表4場地內(nèi)浸水強夯前后標(biāo)貫數(shù)據(jù)統(tǒng)計表土層深度(m)統(tǒng)計 個數(shù)范圍值平均值對應(yīng)承載力基本值(kPa)粉

15、土夯前0.0-1.356-1411.2145夯后34-96.67100粉質(zhì)粘土夯前1.3-2.896-2517.5350夯后527-3931.4350粉砂夯前2.8-4.81315-2519.8200夯后917-4628.4240粘土夯前4.8-6.057-119.4220夯后416-2118350強夯前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果對比表+夯前標(biāo)貫擊數(shù)平均值夯后標(biāo)貫擊數(shù)平均值圖9浸水強夯前后標(biāo)貫數(shù)平均值關(guān)系曲線(=凝布林昨從以上圖表可以明顯看出，強夯處理后地基土的強度有大幅提 高，僅在面層局部會有所降低，應(yīng)加強表層平夯效果，保證地基處理 的均勻性，提高地基承載力。5.3 CFG樁地基處理CFG樁復(fù)合地基

16、的加固機理可概括為樁體的置換作用，褥墊層的 調(diào)整均化作用，采用不排土成樁工藝施工，還具有擠密作用。適用于 淤泥、粘性土、溶陷性土、雜填土、粉土、砂土以提高地基承載力和 減少地基變形為主要目的地基加固方法。CFG主要由水泥、碎石、粉煤灰組成，其優(yōu)點充分利用工業(yè)廢料， 能較大提高地基承載力。圖10CFG樁加固示意此方法對處理軟弱土，有良好的經(jīng)濟效益，但新疆地區(qū)具有溶陷 性的粘性土層承載力一般較高，在經(jīng)濟效益及施工方法不如以上兩種 地基處理方法適用。綜合以上分析可以看出，浸水預(yù)溶強夯適用處理大面積具有一定 深度的溶陷性土層；換土墊層適用處理小范圍，深慶3.0m的溶陷性 土層；CFG本地區(qū)不適用；各種

17、地基處理方法都有其優(yōu)缺點，應(yīng)因地 制宜根據(jù)工程規(guī)模、性質(zhì)選擇合理的處理方法，從而達到保證工程質(zhì) 量、降低工程造價、控制工程投資的目的。6結(jié)論（1）克拉瑪依溶陷性鹽漬土分布不均，呈區(qū)塊狀態(tài)零散分布，主要 地層為粘性土、砂土、粉土。（2）土層的孔隙比和含鹽量為影響鹽漬土溶陷性大小主要因素，而 環(huán)境溫度主要影響鹽漬土遇水溶陷后的溶陷速率。（3）溶陷性判定方法較多，現(xiàn)場直觀判斷，室內(nèi)試驗，現(xiàn)場載荷試 驗等。溶陷性對工程建設(shè)的主要影響為：地基土溶陷，致使基礎(chǔ)不均 勻沉降，對上部結(jié)構(gòu)造成不同程度的破壞，因此在工程建設(shè)中要引起 足夠的重視。針對克拉瑪依地區(qū)溶陷性土的主要特性提出經(jīng)濟合理的地基處 理方法，其中換土墊層，浸水強夯對消除地基