粗顆粒鹽漬土鹽脹試驗研究

程東幸，張 博，嚴福章，樊柱軍，吳長英

（1.中國電力工程顧問集團西北電力設計院，陜西 西安 710075；2.國家電網公司，北京 100031）

粗顆粒鹽漬土鹽脹試驗研究

程東幸1，張 博1，嚴福章2，樊柱軍1，吳長英1

（1.中國電力工程顧問集團西北電力設計院，陜西 西安 710075；2.國家電網公司，北京 100031）

摘要：鹽漬土鹽脹的影響因素很多，但主要與地基土中鹽的含量、水、溫度及地基土的滲透性有關。前人關于粗顆粒鹽漬地基土鹽脹性的研究中，由于工作主要集中在室內，難以模擬現場地層的實際情況，因此，對于鹽脹性的認知一直難以統一。本文通過室內鹽脹試驗、室內外對比試驗、現場試驗，并與規范對比研究認為：粗顆粒鹽漬土，當滲透系數小于10-7，且地層干燥，Na2SO4含量達到鹽漬土的界限含量（0.3%）時，就應對其進行鹽脹性評價。同時試驗結果顯示，地基土在200 kPa大壓力作用下，鹽脹量仍然非常明顯。

關鍵詞：粗顆粒鹽漬土；現場試驗；鹽脹力；鹽脹性。

1　概述

鹽脹是指土中鹽類（主要指硫酸鹽）因溫度或濕度變化而產生的體積變化及由其引起的地基變形。1997版石油天然氣行業標準［1］規定：當鹽漬土地基中的硫酸鈉含量不小于1%時，需要考慮地基土的鹽脹性；2012版石油天然氣行業標準規定：當土中硫酸鈉含量不小于0.5%時，需要對地基土的鹽脹性進行評價?？梢?，目前對鹽漬土鹽脹的認識和評價還處于認識深化的過程。雖然張莎莎、丁兆民、李國玉等都對不同含鹽量、含水率以及上覆荷載下的粗粒土鹽脹性進行了試驗研究，并獲得了相應成果，但由于研究手段都為室內試驗，鹽漬土所處的環境、地基土結構以及發生工況均與實際工程中存在一定差距。因此，本文結合典型工程實例，通過室內外對比試驗對粗粒鹽漬土的鹽脹性能進行了系統研究，并獲得了一些初步成果，可為鹽漬土地區基礎工程的設計及地基處理提供指導。

2　試驗研究

2.1試驗概況

為研究粗顆粒鹽漬土的鹽脹特性，本文在新疆選取了一個典型場地進行鹽漬土的鹽脹室內外對比試驗，同時進行了地基土的滲透性、骨架顆粒百分比、易溶鹽含量等的互補性試驗，以便對該類鹽漬土的鹽脹特性有更系統的認識。所選場地地層為角礫土，初步設計階段共計87件試樣中硫酸鈉含量大于1%的樣為5件，大于0.5%的樣為15件，大于0.3%的樣為45件，且深度分布比較零散（見表1）。同時該場地由于鹽膠結程度強，在表層形成了見圖1的“鹽蓋層”。

圖1　場地地層照片

表1　試驗場地Na2SO4含量及分布

2.2對比試驗

對比試驗主要對不同層位鹽漬地基土的骨架顆粒含量、含水率、天然密度及滲透系數等進行了測試，試驗結果見表2、表3。

表2　地基土洗鹽前后骨架顆粒（＞2 mm）含量

表3　地基土部分參數

由試驗可知，骨架顆粒占地基土總質量的百分比較高，且地基土較密實、滲透系數非常低，因此，地基土相當于一個隔水層，遇水工況下，可以有效阻止水的豎向和水平向流動。從常規思路分析，地基土的這種致密且阻滯地表水進一步下滲的性能應該能抑制地基土的鹽脹。

2.3室內鹽脹試驗

室內試驗以現場取擾動樣按相應層位的天然密度和含水率（表2）制備，用低溫恒溫箱模擬冬末夏初凍融循環交替的自然環境。24h為一個循環周期，試驗溫度區間為-10℃～20℃。

根據地層展布情況以及硫酸鈉在地層中的分布等，共在場地②層、③層土中取了5個擾動樣進行室內配制并進行試驗，擾動樣的試驗編號依次為：T2-1-8、T2-2-8、T3-1-9、T3-2-9及T3-3-9。試驗結果見表4及圖2—圖6。由試驗結果可知，在與場地土近似工況的條件下，室內試驗的鹽脹量和平均鹽脹率均較小，且從鹽脹量對溫度區間的相應可知，0～-5℃區間是鹽脹量及其增幅最大的區間，但總體表現為試驗初期增幅大，而后期鹽脹增幅非常小，且變形曲線非常平緩。同時，根據《新疆鹽漬土地區公路路基路面設計與施工規范》（XJTJ01-2001）及《鹽漬土地區建筑技術規范》（GB×××—20××）（征求意見稿）的相關規定可知，場地鹽漬土的鹽脹率均小于1%，為非鹽脹性地基土。

表4　室內鹽脹試驗結果

圖2　T2-1-8鹽脹過程曲線

圖3　T2-2-8鹽脹過程曲線

圖4　T3-1-9鹽脹過程曲線

圖5　T3-2-9鹽脹過程曲線

圖6　T3-3-9鹽脹過程曲線

2.4 現場試驗

地基土的現場鹽脹試驗是在2011年2月至5月間采用堆載法（精度0.01 mm的位移計監測位移變化情況）做場地浸水試驗時發現的。由于試驗期間場地溫差較大（2℃～11℃），溶于土孔隙水中的Na2SO4在溫度較低時濃縮結晶析出，在近中午溫度較高時又溶解沉陷，致使地基土表現出明顯的脹、陷現象（圖7—圖9）。通過對比氣溫與地基土變形的關系可知：即便在200 kPa大壓力作用下，在凌晨氣溫較低時，地基土單次的膨脹變形非常明顯，而在中下午氣溫較高時，地基土又表現出較大的溶沉現象。這種溶、脹特征在溫差較大時表現尤為突出，且氣溫與變形的對應性非常一致。

同時，在此試驗中，發現在200 kPa大壓力作用下，地基土的鹽脹現象非常明顯，說明在一定工況下，鹽脹力的大小與前期研究成果中獲得的荷載大于50 kPa時，地基土難以發生鹽脹的結論有出入。

3　試驗結果及討論

試驗結果顯示，室內試驗與現場試驗的位置、深度均相同，但結果差別較大。室內測試結果與相關規范的規定基本一致，而現場試驗結果與規范內容相差較大，使得對地基土鹽脹性能的評價出現了較大的難題。但通過補充試驗可知，地基土的級配良好、地層密實，且滲透系數非常低，因此，在溫差變化時，結晶析出的Na2SO4在致密的地基土中難以耗散鹽脹力和鹽脹量，故易使地基土發生膨脹和建筑物引起變形。而室內試驗重塑樣中，粗粒土難以達到現場的密實性，因此，遇水Na2SO4析出結晶的過程中，大孔隙通常耗散了地基土的鹽脹作用，結果常表現為非鹽脹的特點。實際工程中，由于室內試驗改變了原地基土的地層結構及地基土的滲透性，影響了地基土發生鹽脹的環境，其結果的可靠性受到了一定影響。

4　結論

根據本場地鹽脹試驗結果，并結合在新疆、內蒙古等不同工程場地的相關試驗及工程經驗等，對粗顆粒鹽漬土鹽脹性的認識可總結如下幾點結論：

圖7　T2-1S-lgt曲線

圖8　T3-2S-lgt曲線

（1）對于粗顆粒鹽漬土的鹽脹性，不能僅依據《鹽漬土地區建筑規范》（SY/T 0317-2012）、《鹽漬土地區建筑技術規范》（GB/ T50942-2014）進行評定，通過相關工程的研究可知，對于粗顆粒鹽漬土，當滲透系數小于10-7，且地層干燥，Na2SO4含量達到鹽漬土的界限含量（0.3%）時，就應對其進行鹽脹性評價。

（2）對地基土鹽脹性的認識，除了對Na2SO4含量分析外，還需對地基土所處的環境及結構特征進行研究。通常情況下，環境溫差不大、且滲透性強、地基土孔隙大的鹽漬土，鹽脹對建筑物結構的影響非常小。而對于環境溫差較大、地層結構致密的鹽漬地基土，當Na2SO4含量達到一定程度時，鹽脹量和鹽脹力均較大，工程中需要采取一定的防鹽脹措施。

圖9　T3-3S-lgt曲線

（3）從建筑物安全角度講，溫差變化過程中的地基土脹縮變化對建筑物更不利。

（4）地基土的鹽脹力，從微觀講，應分為法向、切向和水平鹽脹力幾個方面。目前該項研究還未開展，后續工作中應進一步深入研究。

參考文獻：

［1］ SY/T0317-97，鹽漬土地區建筑規范［S］.

［2］ SY/T0317-2012，鹽漬土地區建筑規范［S］.

［3］ 張沙沙，楊曉華，戴志仁.基于均勻設計的礫類硫酸鹽漬土鹽脹特性試驗研究［J］.公路交通科技，2009，26（5）.

［4］ 丁兆民，張莎莎，楊曉華.粗顆粒鹽漬土路用填料可用性指標研究［J］.冰川凍土，2008，30（4）.

［5］ 李國玉，等.甘肅省公路沿線典型地段含鹽量對凍脹鹽脹特性影響的試驗研究［J］.巖土力學，2009，30（8）.

［6］ XJTJ01-2001，新疆鹽漬土地區公路路基路面設計與施工規范［S］.

［7］ 徐攸在，等.鹽漬土地基［M］.北京：中國建筑工業出版社，1993.

中圖分類號：TU4

文獻標志碼：A

文章編號：1671-9913（2015）02-0001-04

* 收稿日期：2014-07-01

作者簡介：程東幸（1978- ），男，甘肅會寧人，博士研究生，高級工程師，主要從事巖土工程勘察、評價及研究方面工作。

基金項目：國家電網公司科技部計劃項目（HQ-2013-S-EX-018），凍土工程國家重點實驗室開放基金（SKLFSE201215）資助

Experimental Study on Salt
Expansion of Coarse Particle Saline Soil

CHENG Dong-xing1， ZHANG Bo1， YAN Fu-zhang2， FAN Zhu-jun1， WU Chang-ying1
（1. Northwest Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group， Xi'an 710032， China；2. State Grid Corporation of China， Beijing 100031， China）

Abstract：The influencing factors upon salt-heaving properties of salty soil are a lot，but the primary are relate to the groundsill salinity、water、temperature、penetrability.The work of previous studies about salt heaving of coarse salty soil were indoors，it was difficult to simulate the actual formation of the stratum，that resulted in different cognition about salt heaving.In view of indoor salt-heaving experiment、indoor- outdoor supplementary experiment、field trial and comparative study with the specification，the results show that：coarse salty soil，when the permeability coefficient is less than 10-7，the formation is drying， Na2SO4content of saline soil is 0.3%，it should carry salt-heaving evaluation. Meanwhile，experiment show that salt heaving under 200 kPa great pressure is still very obvious.

Key words：coarse salty soil； field trial；salt expansion force； salt-heaving evaluate.