新疆准格尔盆地盐渍土的工程性质及防治措施

【摘要】通过分析研究新疆准格尔盆地地区盐渍土的工程特性及其影响因素，进而分析盐渍土对工程建设所造成的危害及影响，并提出较为适用的防治措施。

【关键字】准格尔盆地；盐渍土；工程性质；防治措施。

中图分类号： E271 文献标识码： A

1前言

盐渍土是指包括盐土和碱土在内的，以及不同程度盐化，碱化的土壤的统称，根据《岩土工程勘察规范》(GB50021―2001)（2009年版）6.8.1条规定，当岩土中易溶盐含量达0.3％以上，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，称该岩土为盐渍土。盐渍土按地理位置分为内陆盐渍土、滨海盐渍土和冲积平原盐渍土。位于新疆北部的准格尔盆地北有阿尔泰山脉，南邻天山山脉，区域内降雨稀少，蒸发强烈，土中易溶盐不断向表层迁移、积聚从而使土壤盐渍化，形成盐渍土，该区域是我国典型的内陆盐渍土分布区域之一。近年来， 在我国西部大开发的大背景下，新疆经济建设飞速发展，地处北疆的准格尔盆地依托资源优势，陆续开工了许多大型工程建设项目，许多项目在建设过程中不可避免的遇到盐渍土防治的问题。本文通过对盐渍土的工程特性及其影响因素进行研究，进而着重分析盐渍土对工程建设项目中的建（构）筑物的危害及影响，并提出相应的防治措施，为该地区相似的工程建设提供参考。

2准格尔盆地盐渍土的工程特性及危害

2.1溶陷性

根据区域资料统计，准格尔盆地盐渍土含盐类型多为硫酸盐、氯化物，这些盐类大部分属易溶盐，干燥状态下土体具有强度高，压缩性小的特点，但当土体遇到外界渗流水时，土体中的易溶盐随即被溶解并随着渗流水被带走，只要有不断的水源补给，渗流不断，土体中的易溶盐就不断被溶解和排出，随着土体中的潜蚀区域越来越大，土体结构越来越松散，在上覆土自重压力及附加压力的共同作用下，该地基就下沉，即产生溶陷。

在工程建设中，盐渍土的溶陷特性对地基稳定危害巨大。当盐渍土地区建筑物的地基遭到水的浸入时，建筑物除了受荷已产生的地基压密沉降以外，还将产生因盐渍土溶陷而引起的附加沉陷（见图3）。溶陷性的盐渍土地基一旦浸水后，因土中的可溶盐的溶解，结构强度的丧失，使地基承载力下降并产生较大的沉降，不均匀的浸水产生不均匀的地基沉降，从而导致建筑物的开裂和破坏（见图4）。地基溶陷变形的速度很快，如在砂类土中，浸水一昼夜基础可下降一、二十厘米，这就更加加重了对建筑物的危害。溶陷性对地基危害之大也可以从试验中表现出来，根据准格尔盆地内某电厂载荷试验资料，场地内盐渍土层在干燥状态下试验取得的承载力特征值为193kPa，而在浸水即产生溶陷的状态下取得的承载力特征值仅为62.5 kPa。

图3：盐渍土地基浸水溶陷引起的地基沉降曲线图4：溶陷导致的建筑物局部开裂

2.2盐胀性

盐渍土具有盐胀特性，盐胀可分为结晶盐胀和非结晶盐胀，新疆准格尔盆地的盐渍土化学成分主要为硫酸盐、氯化物，其产生的盐胀主要为结晶盐胀。随着气温的降低，盐渍土土体中的硫酸盐溶液聚集在土颗粒接触点间并发生结晶析出, 在此过程中，晶体由于结合了水分子,导致其体积膨胀,从而引起土体膨胀。同时，硫酸盐结晶后改变了剩余溶液浓度,在负温时产生结冰并引起冻胀。每年9月份至10月份，准格尔盆地地区气温开始下降，次年1月随着气温下降土体温度也达到了峰值，土体中的盐分结晶程度也达到最大，随即土体也产生了剧烈膨胀。此后随着温度回升，一部分盐类又逐渐溶解，致使土体的孔隙率增大，在上覆荷载的作用下，土体便产生沉降。这样年年反复，地基土体结构遭到严重破坏，呈疏松状。这种情况道路地基表现的尤为突出，路面在盐胀作用下可产生不均匀变形，形成波浪、鼓包等，使路面平整度严重下降。

2.3腐蚀性

盐渍土主要特点是含有大量盐,尤其是易溶盐,它使土具有明显的腐蚀性,对建筑物基础和地下设施的耐久性和安全性产生严重影响。新疆准格尔盆地的盐渍土多为氯盐和硫酸盐，两种盐对建筑物基础和地下设施的腐蚀破坏原理不同, 氯盐渍土以化学腐蚀为主，而硫酸盐盐渍土则以物理结晶性腐蚀(盐胀) 为主。氯(亚氯)盐的腐蚀对象主要为钢筋，硫酸盐的腐蚀对象主要为水泥制品。

2.3.1氯盐的腐蚀破坏作用

准格尔盆地的盐渍土中的氯盐多以NaCl为主，还有KCl、CaCl2、MgCl2等易溶盐,这些氯盐溶解度很高,遇水便离解为Cl-、Na+等离子。而Cl- 对金属有强烈的腐蚀作用。对钢筋混凝土而言，Cl-可以透过钢筋混凝土保护层被吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，与钝化膜的氧化铁反应生成无保护作用的氯化铁，锈蚀的钢筋体积膨胀，混凝土受到挤压逐渐开裂、脱落, 从而使整个混凝土结构遭到破坏。具体的化学反应如下所示：

Fe-2eFe2+Fe2+ +2 Cl-+4H2O FeCl2・4H2O

FeCl2・4H2OFe（OH）2+2 Cl-+2H++2H2O

3Fe（OH）2+ O2+2H2O4Fe（OH）2（生锈）

2.3.2 硫酸盐的腐蚀破坏作用

硫酸盐的腐蚀破坏作用,有别于氯盐,其主要破坏对象是混凝土本身。硫酸盐可与混凝土中的水泥水化物起化学反应，使水泥丧失胶结能力，严重时可使水泥混凝土呈酥状，直至混凝土建筑物遭到破坏。此外,硫酸盐渗入混凝土之中,在干湿交替或温度变化的条件下,会发生结晶现象从而引起混凝土体积变化。在结晶过程中，硫酸盐会结合一定数量的水分子,使混凝土体积增大,当脱水时使混凝土体积变小,这个过程的反复作用,混凝土就会粉化、脱落和丧失强度。

在准格尔盆地地区，经常发生类似破坏, 除各种建筑物外, 还常见于混凝土道路、桥梁、机场等。

3盐渍土地基危害的防治措施。

准格尔盆地地区由于其特殊的地理位置和气候环境，区域内盐渍土分布广泛，盐渍土地基由于其溶陷、盐胀及腐蚀特性，严重影响了区域内工程建设发展。在工程建设场地若有盐渍土存在，且影响到工程建设的进行，必须采取合适的防治措施对盐渍土的危害进行治理。由于其特殊的形成原因，盐渍土一般埋深较浅，因此在各种建设工程类型中，盐渍土对以浅层土为地基的公路、铁路的影响最大，相应的针对盐渍土对公路、铁路的危害方面的研究也相对较多，其防治措施也比较成熟，这里不再赘述，以下将着重从盐渍土对建（构）筑物的危害防治措施方面进行分析和探讨。

3.1以溶陷为主的防治措施

在盐渍土的特性中，溶陷性对荷载较大、承载力要求高的建（构）筑物影响最大，若建（构）筑物地基为溶陷性盐渍土地基，则必须对盐渍土地基进行处理。盐渍土溶陷性地基处理方法类似于湿陷性土，比较常用的方法主要有换土垫层法、浸水预溶、强夯、浸水预溶+强夯、旋喷桩、化学加固、CFG桩等。根据盐渍土的埋深情况、厚度及溶陷程度等相关因素，我们需要采取不同的防治措施。结合准格尔盆地盐渍土的实际分布情况，我们对以下几种常用的盐渍土处理方法进行分析探讨。

3.1.1换土垫层

换土垫层法为准格尔盆地地区处理盐渍土溶陷的常用手段，准格尔盆地地区盐渍土一般具有土层厚度较薄、分布范围不均、土层溶陷性大小不均等特点，因此在本地区处理厚度小于3.0m的溶陷性盐渍土采用换土垫层法可以达到良好处理效果及较经济的效益指标。通常情况下，如场地内溶陷性盐渍土厚度大于3.0m时，一般采用其他方法进行处理，因为换土垫层法在这种情况下既不经济也不适用。

换土垫层法的主要技术要求：

（1）按要求挖除溶陷性盐渍土，采用非盐渍的灰土或砂砾石换填，并分层夯实，分层厚度宜小于300mm。

（2）换土深度应超过有效的溶陷性土层厚度，保证残留的盐渍土的溶陷量不超过上部建（构）筑物结构容许的变形值。换填土的宽度应大于基础底边宽度且则应保证下卧层顶面处的压力小于该土层浸水后的承载力，同时还应保证周围土溶陷时换土部分土体的稳定性。

3.1.2浸水预溶+强夯处理

（1）浸水预溶

在盐渍土地基上浸水，水在下渗过程中将易溶盐溶解并带到到较深土中。在上部土中的易溶盐溶解、流失的过程中，土体结构在自重作用下重新排列，产生了预沉降，所以建在该地基上的建（构）筑物即使再遇到水，其变形也要小得多。

浸水预溶处理时应根据不同地段的含盐量及溶陷土层厚度对场地进行分区处理，针对不同区段进行浸水预溶试验，根据试验结果确定浸水量和浸水时间。根据新疆某电厂试验结果分析，经浸水预溶处理后，地表下3.0m以内地基土易溶盐含量锐减，大部分土体变为非盐渍土。

（2）强夯处理

盐渍土在浸水后，强度会大幅降低，土体结构变松软，为了提高地基土强度及消除地基土的溶陷性，可采取强夯的手段进行处理。通过强夯处理可使有效作用深度内的土层达到超固结，起到沉降预处理及地基强化的作用。此外，经强夯处理后的地基土的孔隙率大幅降低，进一步消除盐渍土溶陷的影响。

新疆准格尔盆地某电厂区域内上部地基土为盐渍土，具有一定的溶陷性，经论证拟采用浸水预溶+强夯方法进行地基处理，以达到消除地基土溶陷性，并提高地基承载力的目的。图5为该电厂浸水前后地基土总含盐量关系曲线，图6为该电厂浸水+强夯前后地基土标准贯入试验平均值关系曲线。

图5：浸水前后地基土总含盐量关系曲线 图6：浸水+强夯前后地基土标准贯入试验平均值关系曲线

通过浸水前后地基土总含盐量曲线及浸水+强夯前后地基土标准贯入试验平均值关系曲线分析比较，经过浸水预溶+强夯处理后的盐渍土地基，在地面下1-5m范围内含盐量显著降低，地基土强度显著提高。实践证明对地面下5m以内存在以溶陷性为主的盐渍土地基，经浸水预溶+强夯处理后的地基处理效果十分有效。

3.1.3CFG桩地基处理

CFG桩复合地基的加固机理可概括为桩体的置换作用，褥垫层的调整均化作用，采用不排土成桩工艺施工，还具有挤密作用。可以明显提高地基承载力和减少地基变形。CFG桩体主要由水泥、碎石、粉煤灰组成，其优点是充分利用工业废料，此方法对处理溶陷性的软弱土具有良好的施工效果及经济效益。但新疆准格尔地区的盐渍土大多为砂土或粘性土，干强度一般较高，在该地区，经处理CFG桩复合地基效果显著，但在经济效益及施工方法上不如换土垫层法和浸水预溶+强夯法。

3.2以盐胀为主的防治措施

新疆准格尔地区的盐渍土盐胀特性危害巨大，尤其对公路、铁路等路基影响巨大。根据盐胀特性的产生原理，我们可以从改善盐渍土地基的盐分、水分、温度等条件入手，以消弱盐胀地基的盐胀量或不均匀变形的能力。

3.2.1换填覆重法

换填覆重法就是通过换填或覆盖一定厚度非盐渍土对硫酸盐渍土地基覆重，使得地基的盐胀与压缩相等从而来抑制地基盐胀。理论上讲，盐胀率随着上覆荷载的增大而降低，而地基压缩量随上覆荷载增大而增大，必定存在某个荷载能使盐胀与压缩相等，使地基总变形为零。目前盐渍土地基处理方法中设置的隔离层、缓冲层或换土层，都是作用于地基上的覆重荷载，抑制了部分盐胀。

3.2.2 添加化学试剂法

用参入氯盐的办法可以抑制硫酸盐渍土的盐胀。通过试验研究，一般环境中，当土中Cl-与 SO42-的比值增大到 6陪以上时，抑制盐胀的效果最为显著。氯盐之所以能抑制盐胀，是由于氯盐溶液在硫酸盐渍土中起到了双重作用。一是因为Na2SO4在氯盐溶液中溶解度随氯盐浓度的增加而减少，二是因为加入氯盐，易生成难溶于水、性质稳定的硫酸盐，不易结晶产生盐胀。

3.2.3降低水位法

水分子是硫酸盐产生结晶盐胀的一条关键因素，因此抑制盐胀关键需要控制工程环境中的水分。具体的控制措施主要有做好竖向设计，防止大气降水、地表水体等，严格控制施工用水，防止水向基槽内渗流，设置施工排水管道，尽量避免在冬季或雨季施工，施工完成后要立即回填基坑，并进行认真夯实。

3.3以腐蚀为主的防治措施

新疆准格尔盆地地区盐渍土主要以氯盐、硫酸盐为主，氯盐盐渍土以化学腐蚀为主, 而硫酸盐盐渍土则以物理结晶性腐蚀为主，氯盐的腐蚀对象主要为钢筋，而硫酸盐的腐蚀对象主要为水泥制品。因此根据盐渍土主要含盐种类的不同，防治盐渍土的腐蚀的措施也不同。

3.3.1以氯盐为主的防治措施

由于以氯盐为主的盐渍土地区主要是Cl- 引起的钢筋锈蚀，所以在对建筑材料进行防护时主要考虑它的化学腐蚀。主要方法有:

（1）提高混凝土的密实性, 如增加水泥用量，减少水灰比，加减水剂、密实剂等。

（2）在混凝土施工中掺入钢筋阻锈剂。

（3）涂抹混凝土外涂层。

（4）采用其他特殊措施，诸如特种钢筋、阴极保护等, 但这些措施一般价格较高, 且在实施过程中操作困难，因此目前国内很少采用。

3.3.2以硫酸盐为主的防护措施

（1）最大限度地提高混凝土的密实性。

（2）控制水分。

（3）采用抗硫酸盐水泥。

（4）掺入硅灰、优质粉煤灰。

（5）增加防硫酸盐添加剂。

（6）采用地基开挖换土，挖除原来带有腐蚀性成分的土，回填人工配合的土料。

作为一种具有溶陷、盐胀、腐蚀等特殊工程性质的土，盐渍土对工程建设的影响巨大。在工程建设中遇到盐渍土，必须采取合适的防治措施对盐渍土危害进行治理。新疆准格尔盆地地区盐渍土分布广泛，该地区建设的不少工程项目遇到盐渍土防治的问题，根据区域内盐渍土不同的工程特性，需要采用不同的防治措施。需要指出的是，每种防治方法都有其适用范围和局限性，对具体的工程来说，我们先要分析所在区域盐渍土的性质及本工程的具体要求，同时要考虑施工设备、材料来源、施工期限和投资成本等因素。总之，在做出最终的防治措施实施决定前，我们应对各种处理方法做综合的技术经济比较，选择既经济又合理的方法。

4结论

（1）新疆北部的准格尔盆地区域内降雨稀少，蒸发强烈，该区域内盐渍土分布广泛。

（2）盐渍土具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性，对工程建设危害巨大。

（3）对以溶陷性为主的盐渍土地基可以采用换土垫层法、浸水预溶+强夯、CFG桩等方式进行治理。

（4）对以盐胀为主的盐渍土地基可以采用换填覆重法、添加化学试剂法、降低水位法等措施进行防治。

（5）对以腐蚀为主的盐渍土地基可以采用提高混凝土的密实性、加入添加剂、涂抹外涂层、控制水分等措施。

（6）在工程建设中遇到盐渍土，必须采取合适的防治措施对盐渍土危害进行治理。盐渍土防治方法都有其适用范围和局限性，应根据工程实际特点选择既经济又合理的防治措施。

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作者简介：薛维俊(1980－),男(汉族),内蒙古呼和浩特托克托县人。工程师,硕士,2003年到内蒙古电力勘测设计院有限责任公司从事岩土工程勘测工作。