河北省濱海鹽漬土強度特性與性能改良的試驗研究

耿俊巖+陰世寧+潘一茜+井新奎+劉周

摘 要：濱海鹽漬土含鹽量高，當易溶鹽遇水溶解時強度明顯下降，對工程建設造成較大影響和危害。在研究濱海鹽漬土的物理力學特性后，項目組通過正交法向濱海鹽漬土中以一定配比加入水泥、石灰、粉煤灰對其進行改良固化。最終選擇出切實可行的改良措施，不但將其強度提高，而且施工簡單，花費低廉，為該地區鹽漬土路基的修筑提供了參考依據。

關鍵詞：漬土；工程建設；工程地質

鹽漬土在我國河北地區的濱海平原分布廣泛。對于鹽漬土來說，由于其的松脹性和膨脹性，將對路基的穩定造成影響，從而使得路基失穩和塌陷，對于工程建設有著極大的危害。如何避免鹽漬土的危害，利用和改造鹽漬土，將為工程建設和經濟發展做出巨大的貢獻。為此，項目組對河北滄州黃驊港沿線路段的濱海鹽漬土性能進行了研究和深入了解，并通過試驗提出改善濱海鹽漬土性能的方法。

1 濱海鹽漬土的物理力學性質

1.1 顆粒分析

試驗室內所用土樣的顆粒分析統計結

果如表1、表2所示，由表可知土樣的粒度成分以粗粒組為主。

1.2 易溶鹽分析

河北省濱海鹽漬土的主要礦物成分依次為：石英、長石、云母；粘土礦物為蒙脫石、伊利石、少量高嶺石。鹽漬土中易溶鹽化學成分分析實驗結果如表3所示，所取土樣為氯鹽漬土。

1.3 土的各項性能指標

土的塑性指標包括液限、塑限、塑性指數。他們反映了水對土性狀的影響。所取鹽漬土的界限含水率等各項性能指標如表4所示。

表1 原土樣的顆粒分析（篩分法）

顆粒大小 <5mm <2mm <1mm <0.5mm <0.25mm <0.1mm <0.075mm

顆粒組成百分比 /% 97.16 76.39 65.11 50.00 45.20 36.86 33.53

表2 原土樣的顆粒分析（比重計法）

顆粒大小 <0.06mm <0.01mm <0.007mm <0.005mm <0.001mm

顆粒組成百分比 /% 76.86 64.56 42.65 35.68 23.43

表3 鹽漬土中易溶鹽化學成分分析

化學成分 Cl- SO42- Na+ 、K+ Ca2+ Mg2+ CO32- HCO3- PH

含量/% 10.381 0.345 6.473 0.206 0.358 0.015 0.225 8.4

表4 土的各項性能指標

檢測項目 液限 塑限 液性指數 塑性指數 最大干密度 最佳含水量 比重

檢測值 26.59% 18.81% 0.1490 0.0778 1.86 g/cm3 18.94% 2.62

1.4 最優含水率

利用重擊試驗測鹽漬土的最優含水率。繪制干密度和含水率的關系曲線，取曲線峰值點相應的縱坐標為擊實試樣的最大干密度，相應的橫坐標為擊實試樣的最優含水率，結果見表4。

1.5 抗剪強度

根據直剪試驗，以抗剪強度為縱坐標，垂直壓力為橫坐標，繪制抗剪強度與垂直壓力關系曲線，可知直線的傾角為摩擦角28°，直線在縱坐標上的截距為粘聚力25KPa。

2 濱海鹽漬土的改良試驗

2.1 實驗原理

試驗利用在工程中應用較多的水泥、石灰、粉煤灰對其進行改良。水泥與土體拌合后，水泥顆粒表面的礦物迅速與土中水發生水化和水解反應，生成各種水化物。水泥的各種水化物生成后，有的繼續硬化形成水泥石，有的則與土顆粒發生反應。隨著水泥水化反應的深入，溶液中析出大量的鈣離子，堿性環境下能使組成黏土礦物中的部分二氧化硅及三氧化鋁與鈣離子進行化學反應，從而形成不溶于水的結晶化合物，增加了土壤強度。石灰中，氧化鈣和氧化鎂的含量對灰土的強度有著明顯的影響。消石灰與土混合后，產生一系列水化和水解反應，在此過程中，不斷生成新的水化產物并產生放熱反應，從而發生體積變化和強度增長。粉煤灰的主要化學成分是SiO2，Al2O3，Fe2O3及CaO。在鹽漬 土中加入粉煤灰，形成晶體物質相互交織形成空間網狀結構，使改良后的鹽漬土形成較高的強度、模量及水穩定性。

2.2 改良試驗方法及結果

采用正交法設計配合比

確定試驗指標一個：最優含水率，抗剪強度。

考察三個主要因素：水泥添加量，石灰添加量，粉煤灰添加量。

每個因素取三個水平：水泥添加量取2%、4%、6%；石灰添加量取3%、6%、9%；粉煤灰添加量取3%、6%、9%。

根據水平及因素個數，本實驗選取因素3水平的正交表L9（34）。實驗方案及實驗結果見表5。

試驗分析結果見表6，表中K1、K2、K3為表中1、2、3列因素在相同水平值所對應的實驗結果的和；K01、K02、K03是與K1、K2、K3值相對應的平均值；R為該列的極差。

表5 正交設計試驗方案及結果

水平 因素 結果

水泥添加量 石灰添加量 粉煤灰添加量 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa）

1 2% 3% 3% 1.79 28.7

2 2% 6% 6% 1.72 29.6

3 2% 9% 9% 1.78 30.3

4 4% 3% 6% 1.73 30.8

5 4% 6% 9% 1.81 32.3

6 4% 9% 3% 1.85 31.6

7 6% 3% 9% 1.78 31.8

8 6% 6% 3% 1.84 30.8

9 6% 9% 6% 1.89 33.0

表6 正交設計實驗結果分析表

因素 水泥 石灰 粉煤灰

最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa）

K1 5.29 88.6 5.3 91.3 5.48 91.1

K2 5.39 94.7 5.37 92.7 5.34 93.4

K3 5.52 95.6 5.52 94.9 5.37 94.4

K01 1.76 29.5 1.77 30.4 1.83 30.4

K02 1.80 31.6 1.79 30.9 1.78 31.1

K03 1.84 31.9 1.84 31.6 1.79 31.5

R 0.08 2.4 0.07 2.7 0.05 1.1

由表可以看出：（1）根據各列的極差R分析，改善鹽漬土強度時，加入石灰對其影響最大，其次是水泥，再次是粉煤灰。（2）從平均值K0可以看出，在一定范圍內，隨著水泥、石灰添加量的增大，改良土的最優含水率和抗剪強度也是增大的。而粉煤灰的加入對最有含水率影響不明顯，但會增大其抗剪強度。

分析可知：石灰、水泥的添加對改善鹽漬土的性能起著重要的作用。由于水泥成本較高，在滿足一定強度的基礎上可適當降低水泥的添加量。粉煤灰對改良土的強度也起著改善的作用。水泥、石灰、粉煤灰的同時加入可以很好地改善濱海鹽漬土的強度，達到施工要求。

實驗結論：水泥、石灰、粉煤灰的加入及合理搭配是改善濱海鹽漬土的關鍵之一。在本實驗條件下，通過驗證可獲得最

佳配合比為水泥添加量為4%，石灰添加量為6%，粉煤灰添加量為9%。其最優含水率為1.81%，抗剪強度為32.3KPa。

3 結論

3.1 濱海鹽漬土是濱海地區分布廣泛的一種特種土，其主要為氯鹽漬土。工程建設和人類活動必然涉及鹽漬土的改性和利用問題。濱海鹽漬土的改良不能對環境產生影響，同時還要固化鹽漬土滿足工程使用要求。

3.2 本次改良濱海鹽漬土的試驗采用正交法，簡化了實驗步驟，為濱海鹽漬土正交分析法的研究開辟了道路。在各種固化方案中，以4%水泥+6%石灰+9%粉煤灰的固化方案為最優，提高了固化土的強度，且成本低廉，為該地區鹽漬土路基的修筑提供了參考。

參考文獻

[1] 柴壽喜，王曉燕，魏麗，王沛，仲曉梅.濱海鹽漬土的工程地質問題與防護固化方法[J].工程勘察，2009年07期.

[2] 趙海艷，韓文峰，張淵.濱海鹽漬土的工程特性研究[J].天津城市建設學院學報，2004年03期.

[3] 谷云峰，王國體，俞競偉.鹽漬土的基本特性及其工程治理[J].安徽建筑，2004年01期.

[4] 柴壽喜.固化濱海鹽漬土的強度特性研究[D].蘭州大學，2006年.

[5] 駱昊舒.天津市濱海新區固化氯鹽漬土綜合性能研究[D].長安大學，2009年.

作者簡介：耿俊巖（1990- ），男，河北張家口人，石家莊經濟學院勘查技術與工程學院在讀本科生，地質工程，研究方向：工程地質。

基金項目：石家莊經濟學院第十屆學生科技基金科研項目，項目編號：KBG201301。

表6 正交設計實驗結果分析表

因素 水泥 石灰 粉煤灰

最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa）

K1 5.29 88.6 5.3 91.3 5.48 91.1

K2 5.39 94.7 5.37 92.7 5.34 93.4

K3 5.52 95.6 5.52 94.9 5.37 94.4

K01 1.76 29.5 1.77 30.4 1.83 30.4

K02 1.80 31.6 1.79 30.9 1.78 31.1

K03 1.84 31.9 1.84 31.6 1.79 31.5

R 0.08 2.4 0.07 2.7 0.05 1.1

由表可以看出：（1）根據各列的極差R分析，改善鹽漬土強度時，加入石灰對其影響最大，其次是水泥，再次是粉煤灰。（2）從平均值K0可以看出，在一定范圍內，隨著水泥、石灰添加量的增大，改良土的最優含水率和抗剪強度也是增大的。而粉煤灰的加入對最有含水率影響不明顯，但會增大其抗剪強度。

分析可知：石灰、水泥的添加對改善鹽漬土的性能起著重要的作用。由于水泥成本較高，在滿足一定強度的基礎上可適當降低水泥的添加量。粉煤灰對改良土的強度也起著改善的作用。水泥、石灰、粉煤灰的同時加入可以很好地改善濱海鹽漬土的強度，達到施工要求。

實驗結論：水泥、石灰、粉煤灰的加入及合理搭配是改善濱海鹽漬土的關鍵之一。在本實驗條件下，通過驗證可獲得最

佳配合比為水泥添加量為4%，石灰添加量為6%，粉煤灰添加量為9%。其最優含水率為1.81%，抗剪強度為32.3KPa。

3 結論

3.1 濱海鹽漬土是濱海地區分布廣泛的一種特種土，其主要為氯鹽漬土。工程建設和人類活動必然涉及鹽漬土的改性和利用問題。濱海鹽漬土的改良不能對環境產生影響，同時還要固化鹽漬土滿足工程使用要求。

3.2 本次改良濱海鹽漬土的試驗采用正交法，簡化了實驗步驟，為濱海鹽漬土正交分析法的研究開辟了道路。在各種固化方案中，以4%水泥+6%石灰+9%粉煤灰的固化方案為最優，提高了固化土的強度，且成本低廉，為該地區鹽漬土路基的修筑提供了參考。

參考文獻

[1] 柴壽喜，王曉燕，魏麗，王沛，仲曉梅.濱海鹽漬土的工程地質問題與防護固化方法[J].工程勘察，2009年07期.

[2] 趙海艷，韓文峰，張淵.濱海鹽漬土的工程特性研究[J].天津城市建設學院學報，2004年03期.

[3] 谷云峰，王國體，俞競偉.鹽漬土的基本特性及其工程治理[J].安徽建筑，2004年01期.

[4] 柴壽喜.固化濱海鹽漬土的強度特性研究[D].蘭州大學，2006年.

[5] 駱昊舒.天津市濱海新區固化氯鹽漬土綜合性能研究[D].長安大學，2009年.

作者簡介：耿俊巖（1990- ），男，河北張家口人，石家莊經濟學院勘查技術與工程學院在讀本科生，地質工程，研究方向：工程地質。

基金項目：石家莊經濟學院第十屆學生科技基金科研項目，項目編號：KBG201301。

表6 正交設計實驗結果分析表

因素 水泥 石灰 粉煤灰

最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa） 最優含水率（%） 28d抗剪強度（KPa）

K1 5.29 88.6 5.3 91.3 5.48 91.1

K2 5.39 94.7 5.37 92.7 5.34 93.4

K3 5.52 95.6 5.52 94.9 5.37 94.4

K01 1.76 29.5 1.77 30.4 1.83 30.4

K02 1.80 31.6 1.79 30.9 1.78 31.1

K03 1.84 31.9 1.84 31.6 1.79 31.5

R 0.08 2.4 0.07 2.7 0.05 1.1

由表可以看出：（1）根據各列的極差R分析，改善鹽漬土強度時，加入石灰對其影響最大，其次是水泥，再次是粉煤灰。（2）從平均值K0可以看出，在一定范圍內，隨著水泥、石灰添加量的增大，改良土的最優含水率和抗剪強度也是增大的。而粉煤灰的加入對最有含水率影響不明顯，但會增大其抗剪強度。

分析可知：石灰、水泥的添加對改善鹽漬土的性能起著重要的作用。由于水泥成本較高，在滿足一定強度的基礎上可適當降低水泥的添加量。粉煤灰對改良土的強度也起著改善的作用。水泥、石灰、粉煤灰的同時加入可以很好地改善濱海鹽漬土的強度，達到施工要求。

實驗結論：水泥、石灰、粉煤灰的加入及合理搭配是改善濱海鹽漬土的關鍵之一。在本實驗條件下，通過驗證可獲得最

佳配合比為水泥添加量為4%，石灰添加量為6%，粉煤灰添加量為9%。其最優含水率為1.81%，抗剪強度為32.3KPa。

3 結論

3.1 濱海鹽漬土是濱海地區分布廣泛的一種特種土，其主要為氯鹽漬土。工程建設和人類活動必然涉及鹽漬土的改性和利用問題。濱海鹽漬土的改良不能對環境產生影響，同時還要固化鹽漬土滿足工程使用要求。

3.2 本次改良濱海鹽漬土的試驗采用正交法，簡化了實驗步驟，為濱海鹽漬土正交分析法的研究開辟了道路。在各種固化方案中，以4%水泥+6%石灰+9%粉煤灰的固化方案為最優，提高了固化土的強度，且成本低廉，為該地區鹽漬土路基的修筑提供了參考。

參考文獻

[1] 柴壽喜，王曉燕，魏麗，王沛，仲曉梅.濱海鹽漬土的工程地質問題與防護固化方法[J].工程勘察，2009年07期.

[2] 趙海艷，韓文峰，張淵.濱海鹽漬土的工程特性研究[J].天津城市建設學院學報，2004年03期.

[3] 谷云峰，王國體，俞競偉.鹽漬土的基本特性及其工程治理[J].安徽建筑，2004年01期.

[4] 柴壽喜.固化濱海鹽漬土的強度特性研究[D].蘭州大學，2006年.

[5] 駱昊舒.天津市濱海新區固化氯鹽漬土綜合性能研究[D].長安大學，2009年.

作者簡介：耿俊巖（1990- ），男，河北張家口人，石家莊經濟學院勘查技術與工程學院在讀本科生，地質工程，研究方向：工程地質。

基金項目：石家莊經濟學院第十屆學生科技基金科研項目，項目編號：KBG201301。