西寧黃土狀鹽漬土地區(qū)地基處理效果與其所處地質(zhì)環(huán)境變化關(guān)系的研究

王智明 連杰明

(青海省核工業(yè)地質(zhì)局，青海西寧 810008)

0 引言

《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)規(guī)定：巖土中易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕性等工程性質(zhì)時(shí)應(yīng)定為鹽漬土[1]。

青海省深居歐亞大陸腹部，屬高原大陸性氣候，具有干燥多風(fēng)、寒冷缺氧、光輻射強(qiáng)等特點(diǎn)。由于其獨(dú)特的地理位置和氣候特點(diǎn)，以及受湖泊河流的影響，青海廣泛分布有鹽漬土，如青海西部柴達(dá)木盆地的粗顆粒鹽漬土(砂類鹽漬土、碎石類鹽漬土)以及西寧盆地分布的黃土狀鹽漬土，由于鹽所附從的地層條件、所處的地質(zhì)環(huán)境、氣候環(huán)境不同，其工程特性存在明顯的差異性[2]。

西寧盆地分布的鹽漬土主要是黃土狀鹽漬土，以硫酸鹽漬土為主，它不僅具有黃土濕陷(鹽漬土溶陷)的特點(diǎn)。而且還多具鹽脹性、腐蝕性。由于它具有濕陷性，因而工程技術(shù)人員很容易忽視，將其誤判為一般濕陷性黃土，從室內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，到評(píng)價(jià)方法。都單純沿用黃土標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)，不能滿足鹽漬土地基工程建設(shè)的需要，導(dǎo)致勘察成果不全面，誤導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工，造成建筑物開裂、傾斜、設(shè)備基礎(chǔ)的破壞、室內(nèi)地坪隆起、墻體腐蝕等的事例屢見不鮮，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是近年來，隨著城市建設(shè)的需要和城市用地的緊缺，在鹽漬土地區(qū)的建筑也越來越多，因此，研究鹽漬土的工程性質(zhì)，有著特別重要的意義[3]。

1 影響鹽漬土工程特性的地質(zhì)環(huán)境因素

地質(zhì)環(huán)境因素主要包括：巖土體物性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地下水、地表水、植被、氣象，人類工程-經(jīng)濟(jì)活動(dòng)類型及規(guī)模等[4]。

1.1 氣象的影響

氣象影響主要包括氣溫變化特征、降水時(shí)空分布規(guī)律與特征、蒸發(fā)等。其中氣溫的變化對(duì)于硫酸鹽漬土的工程性能影響比較大，原因是硫酸鹽漬土的鹽脹性隨著硫酸鈉的吸水和失水會(huì)有很大變化。芒硝(Na2SO4)的物態(tài)變化導(dǎo)致其體積的膨脹與收縮；芒硝的溶解度，當(dāng)溫度在32.4℃以下時(shí)，隨著溫度的降低而降低。因此，溫度變化，芒硝將發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，造成建筑物基礎(chǔ)和洞室危巖的破壞[5]。

1.2 地下水的影響

當(dāng)?shù)叵滤泻}量較高時(shí)，會(huì)隨著水溫的變化和毛細(xì)水上升的影響以及蒸發(fā)等因素的影響，土中含鹽量會(huì)發(fā)生根本性的改變，引起地基土地質(zhì)環(huán)境的變化[4]。如硫酸鹽石膏發(fā)育區(qū)，硬石膏(CaSO4)經(jīng)水化后形成石膏(CaSO4·2H2O)，在水化過程中體積膨脹，可導(dǎo)致建筑物的破壞；另外，在石膏—硬石膏分布地區(qū)，幾乎都發(fā)育巖溶化現(xiàn)象，在建筑物運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)，在石膏—硬石膏中出現(xiàn)巖溶化洞穴，而造成基礎(chǔ)的不均勻沉陷[5]。

1.3 人類工程的影響

一些工程原本是在填溝或池塘地段興建工程時(shí)，需大量的土方量進(jìn)行回填，由于填土本身含鹽量較高，改變了地基土的性質(zhì)，另有一些工程是因?yàn)楣S建成后大量的生產(chǎn)或使用含鹽量很高的化學(xué)制劑，如青海鉻鹽廠建成后鉻鹽下滲造成地基土中含鹽量變化后引起的一系列問題等等。

2 地質(zhì)環(huán)境變化對(duì)地基處理效果的影響

各種致災(zāi)地質(zhì)作用受控于所有地質(zhì)環(huán)境因素不等量的作用。在工程項(xiàng)目建設(shè)和使用中也是如此，當(dāng)?shù)鼗幍刭|(zhì)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，原本符合規(guī)范，恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒〞?huì)失效或發(fā)生質(zhì)量事故，只是在不同環(huán)境下以某種作用為主，因此要根據(jù)場(chǎng)地鹽漬土的類型、含鹽量、成分及其是否進(jìn)水等因素綜合確定。鹽漬土當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境條件變化時(shí)，其工程性質(zhì)亦產(chǎn)生變化。鹽漬土由于含鹽性質(zhì)及含鹽量的不同，土的工程特性各異，而且地域性很強(qiáng)[1]。弄清影響鹽漬土工程性質(zhì)變化的地質(zhì)環(huán)境因素是正確選擇其地基處理方法的關(guān)鍵所在，只有對(duì)癥下藥，才能解決鹽漬土地基的三大危害(溶陷、鹽脹、腐蝕)，下邊將通過幾個(gè)工程案例來進(jìn)行分析討論。

3 地基處理效果與所處地質(zhì)環(huán)境變化的關(guān)系

3.1 地基處理前后地質(zhì)環(huán)境沒有變化—地基處理成功的工程案例

在西寧市典型的黃土狀鹽漬土地區(qū)—南灘，一般多層建筑其地基處理方法幾乎全部采用灰土墊層+素土墊層(即基底2 m素土墊層將鹽漬土隔離后上邊2 m采用灰土墊層)進(jìn)行處理，如青海某廠住宅樓，地基濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)自重濕陷，地基土含鹽量為0.5118%～1.0%，屬中等硫酸鹽漬土，經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)，最大干密度為1.73～1.77 g/cm3，最優(yōu)含水量為12.5%～13.2%。采用灰土墊層+素土墊層進(jìn)行地基處理；南山路某樓群(住宅四棟，辦公室一棟，車庫(kù)兩座，鍋爐房一座)，場(chǎng)地土層主要為褐黃和棕紅色新近堆積黃土狀鹽漬土，含鹽量0.5%～1.15%，濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)自重濕陷，地基處理采用灰土墊層+素土墊層；南山路警校附近某住宅樓，基底下回填用土含鹽量為0.8000%～0.8649%，未進(jìn)行換土，采用灰土墊層+素土墊層，其建成使用以來，未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事故。

3.2 地質(zhì)環(huán)境變化—地下水、氣象引起的含鹽量變化造成的地基處理失敗的工程案例

3.2.1 地基處理失敗案例一

(1)概況：西寧硝灣某變電所，地基處理采用灰土墊層法。建成運(yùn)行兩年后發(fā)現(xiàn)構(gòu)架、設(shè)備基礎(chǔ)以及場(chǎng)區(qū)道路等嚴(yán)重變形，建筑物由于變形門窗無法正常開啟，部分母線被迫停止運(yùn)行。勘察資料顯示地層組成為：

①粉質(zhì)黏土，褐紅色，土質(zhì)較均勻，局部含石膏顆粒，未見層理。含水量13.5%～35.6%，液性指數(shù)IL=-0.44～0.88，堅(jiān)硬—軟塑狀，層厚9～12 m。

②古近系—新近系泥巖，埋深9～12 m；場(chǎng)地地下水枯水期埋深4～5 m。土中易溶鹽及膨脹性指標(biāo)見表1。

表1 土中易溶鹽指標(biāo)

(2)該工程首次采用的是灰土墊層處理方法處理地基：處理后初期未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，但整體工程完工后一年建筑物出現(xiàn)變形、地基下沉、散水、構(gòu)架區(qū)鼓脹變形事故。查其原因是該場(chǎng)地地下水埋深較淺，水中溶濾的鹽分隨地下水的遷移，鹽分不斷帶入建設(shè)場(chǎng)地基礎(chǔ)下的毛細(xì)帶土中，隨著蒸發(fā)帶入地基土中，使原本含鹽量較低的換土墊層，含鹽量不斷升高，而石灰類材料在酸或硫酸鹽作用下所產(chǎn)生的鹽類，有的具有膨脹性質(zhì)，有的使石灰不能固結(jié)鈣化，失去加固作用，所以隨著時(shí)間的推移，換土墊層強(qiáng)度不但沒有加強(qiáng)，反而有所下降。

(3)總結(jié)以上灰土墊層失敗的教訓(xùn)后，經(jīng)專家論證決定采用高壓旋噴樁加固地基，同時(shí)為了減弱基底原有土層鹽脹力，對(duì)基底、樁間土進(jìn)行了置換，置換厚度0.5 m，置換材料為非鹽漬土，由于旋噴樁本身的置換作用，也使地基土中的含鹽量有所下降。從理論上來講，該方法處理應(yīng)當(dāng)是恰當(dāng)?shù)摹５鼗幚砉ぷ魍瓿珊螅S著時(shí)間的推移到了第三年入冬，架構(gòu)區(qū)變形加劇，地面開始出現(xiàn)了鼓脹變形，與當(dāng)年地基加固以前幾乎相同，雖然本次加固耗資幾千萬元，終因沒有從根本上解決場(chǎng)地地基地質(zhì)環(huán)境變化而導(dǎo)致的土體含鹽量不斷增高這個(gè)主要問題，而使得該變電所廢棄，整體進(jìn)行搬遷，教訓(xùn)是沉痛的。

(4)失敗原因分析：由于地質(zhì)環(huán)境改變，樁間置換土已被嚴(yán)重鹽漬化，由原先的非鹽漬土變成了鹽漬土，同時(shí)由于旋噴樁屬于水泥及母體地層的混合體，因而樁體本身也產(chǎn)生了不同程度的破壞。也驗(yàn)證了場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境變化是制約地基處理成功與否的關(guān)鍵因素。

3.2.2 地基處理失敗案例二

(1)工程概況：某鉻鹽廠，場(chǎng)地與3.2.1所列工程實(shí)例相似屬于硫酸鹽漬土，地下水：枯水期初見水位3.6～5.4 m，豐水期水位約上升0.7～2.05 m。

(2)處理方法及效果：地基處理采用了換非鹽漬土回填法，施工質(zhì)量經(jīng)當(dāng)時(shí)檢測(cè)符合規(guī)范要求。工程竣工后第三年廠房出現(xiàn)明顯的鹽脹變形破壞，嚴(yán)重部位甚至基礎(chǔ)鋼筋被拉斷。

(3)原因分析：廠房建成初期地基沒有明顯變形破壞跡象，是因?yàn)椴捎昧朔躯}漬土回填，后來隨著地下水的升降及氣候引起的溫差變化，導(dǎo)致鹽分不斷析出，使原本不是鹽漬土的墊層含鹽量發(fā)生了較大變化，從而改變了地基土的工程性質(zhì)，并產(chǎn)生一系列的破壞變形。

另外本工程地質(zhì)環(huán)境變化還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是人類工程活動(dòng)的影響，即本工程本身生產(chǎn)鉻鹽，鉻鹽本身對(duì)上部與其接觸的混凝土具腐蝕破壞作用，使帶有鹽分的地表水下滲，導(dǎo)致地基土含鹽量大幅提高，加劇了地基土的鹽漬化進(jìn)程。最終導(dǎo)致環(huán)繞廠房的電纜溝已塌陷，生產(chǎn)重地配電室底梁斷裂，所有建筑物墻壁有裂縫，重達(dá)50 t的磨機(jī)被隆起的地面供得東倒西歪，廠房車間已成危房，該廠雖已投入維修加固費(fèi)達(dá)400多萬元，但由于沒有解決根本問題，已無修繕價(jià)值需立即拆除的4座，立即停用加固處理的3座，需防腐加固處理的3座。造成了巨大的損失。

4 分析、思考及驗(yàn)證

(1)通過以上的工程案例分析，作者認(rèn)為任何一種地基處理方法都有其自身適用的條件，當(dāng)其所處的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，原本符合規(guī)范規(guī)定的地基處理方法，會(huì)因其依存的條件發(fā)生變化而失效，所以要因地制宜，與時(shí)俱進(jìn)，依據(jù)地基土所處的地質(zhì)環(huán)境和預(yù)測(cè)可能變化的地質(zhì)環(huán)境選取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒āＲ陨蠋讉€(gè)地基處理失敗的案例并不是象有些技術(shù)人員或?qū)＜姨岢龅乃^規(guī)范條文不正確或規(guī)定過時(shí)造成的，而是缺乏對(duì)規(guī)范的全面、正確理解造成的。

(2)通過分析研究認(rèn)為，地基土地質(zhì)環(huán)境變化的形式多見于：①地下水埋深較淺，一般不超過5～6 m的細(xì)粒土，存在毛細(xì)水上升高度到氣溫急劇影響帶的地層；②周邊環(huán)境地層含鹽量較高，經(jīng)地下水溶濾后帶到本場(chǎng)地；③地層為細(xì)粒土，為毛細(xì)水上升提供了通道，同時(shí)地層本身又不具備鹽脹緩釋能力。

(3)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)6.1.11條規(guī)定：選擇墊層法和擠密法處理濕陷性黃土地基，不得使用鹽漬土、膨脹土、凍土、有機(jī)質(zhì)土等不良土料和粗顆粒的透水性(砂、石)材料作填料[6]。而西寧地區(qū)出現(xiàn)的鹽漬土多為黃土狀鹽漬土，多具濕陷性，基于規(guī)范條文的限制，多年來人們對(duì)于黃土狀鹽漬土地基處理總是習(xí)慣性回避用碎石等粗顆粒作為回填料使用。其實(shí)規(guī)范的本意是為了避免回填粗顆粒后增大了地基的透水性，從而加大濕陷發(fā)生的機(jī)率。事實(shí)上做好防水措施的情況下，如果在墊層下部增加一層碎石墊層不僅可以割斷毛細(xì)水上升，而且可以緩釋鹽脹。與上部墊層配合使用，既可以解決地基的濕陷問題，又可以解決由于地下水升降引起的地基土含鹽量增大的問題，還可以緩解鹽脹，是一種可行的地基處理方案。

(4)工程驗(yàn)證：某機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地處于西寧典型的黃土狀鹽漬土地基上，建設(shè)用地屬于削山填溝的場(chǎng)地，經(jīng)取樣(673件)分析地基土含鹽量及回填土含鹽量在0.146%～2.802%，平均值1.578%。其中含量，1#土源1201.00～13808.50 mg/kg，平均值6940.09 mg/kg(161件樣)，新建跑道360.00～14709.00 mg/kg，平均值7265.39 mg/kg(459件樣)新建站坪780.50～17711.00 mg/kg，平均值8765.48 mg/kg(53件樣)，地基土和回填用量料中90%以上都是鹽漬土。如果按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB 50025—2004)6.1.11條規(guī)定鹽漬土是不容許作為回填用料的，需采取換土回填，這樣不但在西寧難以找到可以大量用于工程建設(shè)的回填用土，而且將給建設(shè)單位帶來特別昂貴的代價(jià)(估計(jì)換土一項(xiàng)費(fèi)用將上億元)，因不能就地取材，造成的棄土的運(yùn)輸、堆放都將是很大問題，也是制約該工程建設(shè)的一個(gè)重大因素。但是任何致災(zāi)因素都將是通過一定的賦存環(huán)境變化而發(fā)生的，如果我們能夠?qū)ΠY下約，因地制宜的選取適合的方法，克服其所處的地質(zhì)環(huán)境因素發(fā)生變化，就能成功地預(yù)防該類地基給工程建設(shè)造成的危害。基于這個(gè)思路，本工程的具體做法是：

①合理的面層結(jié)構(gòu)防止地表水的滲入和土體中水分的蒸發(fā)。設(shè)計(jì)跑道結(jié)構(gòu)層自上而下依次為：4 cm中粒改性瀝青砼；6 cm粗粒瀝青砼；8 cm瀝青碎石；18 cm二灰碎石；18 cm級(jí)配砂礫；18 cm級(jí)配砂礫，其下為夯實(shí)碾壓回填地基土。設(shè)計(jì)站坪結(jié)構(gòu)層自上而下依次為：16 cm水泥混凝土；40 cm三灰碎石；20 cm水泥穩(wěn)定沙層；20 cm級(jí)配碎石。設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)道結(jié)構(gòu)層：4 cm AC-16Ⅰ型細(xì)粒式改性瀝青砼上面層；6 cm AC-16Ⅱ型中粒式改性瀝青砼中面層；8 cm AC-16Ⅱ型粗粒式改性瀝青砼下面層；三灰碎石基層；現(xiàn)澆水泥混凝土，其下為夯實(shí)碾壓地基土。

②在使用期間，對(duì)站坪區(qū)建筑物和管道應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)。并應(yīng)確保所有防水措施發(fā)揮有效作用，防止建筑物和管道的地基浸水濕陷，對(duì)跑道區(qū)范圍的防水地面、排水溝和雨水明溝應(yīng)經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)修補(bǔ)。對(duì)散水的伸縮縫和散水與外墻交接處的填塞材料，應(yīng)經(jīng)常檢查和填補(bǔ)。如散水發(fā)生倒坡時(shí)，必須及時(shí)修補(bǔ)和調(diào)整，并應(yīng)保持原設(shè)計(jì)坡度。建筑場(chǎng)地應(yīng)經(jīng)常保持原設(shè)計(jì)的排水坡度，發(fā)現(xiàn)積水地段，應(yīng)及時(shí)用土填平夯實(shí)。在建筑物周圍6 m以內(nèi)的地面應(yīng)保持排水通暢，不得堆放阻礙排水的物品和垃圾，嚴(yán)禁大量澆水。每年雨季和每次暴雨后，對(duì)防洪溝、緩洪調(diào)節(jié)池、排水溝、雨水明溝、集雨水集水口等，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，清除淤積物，整理溝提，保證排水暢通。

③防止大氣降水、洪水淹沒浸濕地基及附近場(chǎng)地，采取割斷毛細(xì)水上升的措施(采用一定厚度的粗顆粒土隔開)，做好結(jié)構(gòu)層，同時(shí)防止地表水的下滲、側(cè)滲即可確保工程正常使用。該工程正是切斷了改變地質(zhì)環(huán)境變化的因素。因而建成至今數(shù)年，運(yùn)行良好，經(jīng)調(diào)查沒有發(fā)生因鹽漬土地基處理不當(dāng)引發(fā)的工程問題。

5 結(jié)論

(1)任何一種地基處理方法都有其適用的條件，當(dāng)其所處的地質(zhì)環(huán)境變化導(dǎo)致其適用條件發(fā)生變化時(shí)，原本符合規(guī)范的處理方法將會(huì)失效。不能把地基處理失敗歸結(jié)于規(guī)范條文不正確。

(2)從西寧幾個(gè)典型的工程案例分析，黃土狀鹽漬土地基處理失敗的原因都是由于所處的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化所致，引起地質(zhì)環(huán)境變化的誘發(fā)因素主要是地下水、毛細(xì)水上升、蒸發(fā)、溫差等的變化，其中主因是土體中含鹽量的變化，導(dǎo)致了土體工程性質(zhì)發(fā)生了變化。

(3)在黃土狀鹽漬土地基，當(dāng)?shù)叵滤宦裆钶^淺時(shí)，選取在灰土墊層+素土墊層下部增加一層碎石墊層的地基處理方法，不僅可以隔斷毛細(xì)水上升，而且可以緩釋鹽脹，是一種比較好的地基處理方法。

(4)當(dāng)其他地基處理方法難以做到即技術(shù)先進(jìn)，又經(jīng)濟(jì)、安全并行時(shí)，應(yīng)采取工程綜合措施，預(yù)防和切斷改變地質(zhì)環(huán)境變化的途徑，采取防治結(jié)合措施，因地制宜，仍可以作為新的方法和思路來進(jìn)行探索和實(shí)踐。