粗颗粒盐渍土盐胀试验研究

程东幸，张 博，严福章，樊柱军，吴长英

(1.中国电力工程顾问集团西北电力设计院，陕西 西安 710075；2.国家电网公司，北京 100031)

1 概述

盐胀是指土中盐类(主要指硫酸盐)因温度或湿度变化而产生的体积变化及由其引起的地基变形。1997版石油天然气行业标准[1]规定：当盐渍土地基中的硫酸钠含量不小于1%时，需要考虑地基土的盐胀性；2012版石油天然气行业标准规定：当土中硫酸钠含量不小于0.5%时，需要对地基土的盐胀性进行评价。可见，目前对盐渍土盐胀的认识和评价还处于认识深化的过程。虽然张莎莎、丁兆民、李国玉等都对不同含盐量、含水率以及上覆荷载下的粗粒土盐胀性进行了试验研究，并获得了相应成果，但由于研究手段都为室内试验，盐渍土所处的环境、地基土结构以及发生工况均与实际工程中存在一定差距。因此，本文结合典型工程实例，通过室内外对比试验对粗粒盐渍土的盐胀性能进行了系统研究，并获得了一些初步成果，可为盐渍土地区基础工程的设计及地基处理提供指导。

2 试验研究

2.1 试验概况

为研究粗颗粒盐渍土的盐胀特性，本文在新疆选取了一个典型场地进行盐渍土的盐胀室内外对比试验，同时进行了地基土的渗透性、骨架颗粒百分比、易溶盐含量等的互补性试验，以便对该类盐渍土的盐胀特性有更系统的认识。所选场地地层为角砾土，初步设计阶段共计87件试样中硫酸钠含量大于1%的样为5件，大于0.5%的样为15件，大于0.3%的样为45件，且深度分布比较零散(见表1)。同时该场地由于盐胶结程度强，在表层形成了见图1的“盐盖层”。

图1 场地地层照片

表1 试验场地Na2SO4含量及分布

2.2 对比试验

对比试验主要对不同层位盐渍地基土的骨架颗粒含量、含水率、天然密度及渗透系数等进行了测试，试验结果见表2、表3。

表2 地基土洗盐前后骨架颗粒(>2 mm)含量

表3 地基土部分参数

由试验可知，骨架颗粒占地基土总质量的百分比较高，且地基土较密实、渗透系数非常低，因此，地基土相当于一个隔水层，遇水工况下，可以有效阻止水的竖向和水平向流动。从常规思路分析，地基土的这种致密且阻滞地表水进一步下渗的性能应该能抑制地基土的盐胀。

2.3 室内盐胀试验

室内试验以现场取扰动样按相应层位的天然密度和含水率(表2)制备，用低温恒温箱模拟冬末夏初冻融循环交替的自然环境。24h为一个循环周期，试验温度区间为－10℃～20℃。

根据地层展布情况以及硫酸钠在地层中的分布等，共在场地②层、③层土中取了5个扰动样进行室内配制并进行试验，扰动样的试验编号依次为 ：T2-1-8、T2-2-8、T3-1-9、T3-2-9及 T3-3-9。试验结果见表4及图2—图6。由试验结果可知，在与场地土近似工况的条件下，室内试验的盐胀量和平均盐胀率均较小，且从盐胀量对温度区间的相应可知，0～－5℃区间是盐胀量及其增幅最大的区间，但总体表现为试验初期增幅大，而后期盐胀增幅非常小，且变形曲线非常平缓。同时，根据《新疆盐渍土地区公路路基路面设计与施工规范》(XJTJ01－2001)及《盐渍土地区建筑技术规范》(GB×××—20××)(征求意见稿)的相关规定可知，场地盐渍土的盐胀率均小于1%，为非盐胀性地基土。

表4 室内盐胀试验结果

图2 T2-1-8盐胀过程曲线

图3 T2-2-8盐胀过程曲线

图4 T3-1-9盐胀过程曲线

图5 T3-2-9盐胀过程曲线

图6 T3-3-9盐胀过程曲线

2.4 现场试验

地基土的现场盐胀试验是在2011年2月至5月间采用堆载法(精度0.01 mm的位移计监测位移变化情况)做场地浸水试验时发现的。由于试验期间场地温差较大(2℃～11℃)，溶于土孔隙水中的Na2SO4在温度较低时浓缩结晶析出，在近中午温度较高时又溶解沉陷，致使地基土表现出明显的胀、陷现象(图7—图9)。通过对比气温与地基土变形的关系可知：即便在200 kPa大压力作用下，在凌晨气温较低时，地基土单次的膨胀变形非常明显，而在中下午气温较高时，地基土又表现出较大的溶沉现象。这种溶、胀特征在温差较大时表现尤为突出，且气温与变形的对应性非常一致。

同时，在此试验中，发现在200 kPa大压力作用下，地基土的盐胀现象非常明显，说明在一定工况下，盐胀力的大小与前期研究成果中获得的荷载大于50 kPa时，地基土难以发生盐胀的结论有出入。

3 试验结果及讨论

试验结果显示，室内试验与现场试验的位置、深度均相同，但结果差别较大。室内测试结果与相关规范的规定基本一致，而现场试验结果与规范内容相差较大，使得对地基土盐胀性能的评价出现了较大的难题。但通过补充试验可知，地基土的级配良好、地层密实，且渗透系数非常低，因此，在温差变化时，结晶析出的Na2SO4在致密的地基土中难以耗散盐胀力和盐胀量，故易使地基土发生膨胀和建筑物引起变形。而室内试验重塑样中，粗粒土难以达到现场的密实性，因此，遇水Na2SO4析出结晶的过程中，大孔隙通常耗散了地基土的盐胀作用，结果常表现为非盐胀的特点。实际工程中，由于室内试验改变了原地基土的地层结构及地基土的渗透性，影响了地基土发生盐胀的环境，其结果的可靠性受到了一定影响。

4 结论

根据本场地盐胀试验结果，并结合在新疆、内蒙古等不同工程场地的相关试验及工程经验等，对粗颗粒盐渍土盐胀性的认识可总结如下几点结论：

图7 T2-1 S－lgt曲线

图8 T3-2 S－lgt曲线

(1)对于粗颗粒盐渍土的盐胀性，不能仅依据《盐渍土地区建筑规范》(SY/T0317－2012)、《盐渍土地区建筑技术规范》(GB/T50942－2014)进行评定，通过相关工程的研究可知，对于粗颗粒盐渍土，当渗透系数小于10-7，且地层干燥，Na2SO4含量达到盐渍土的界限含量(0.3%)时，就应对其进行盐胀性评价。

图9 T3-3 S－lgt曲线

(2)对地基土盐胀性的认识，除了对Na2SO4含量分析外，还需对地基土所处的环境及结构特征进行研究。通常情况下，环境温差不大、且渗透性强、地基土孔隙大的盐渍土，盐胀对建筑物结构的影响非常小。而对于环境温差较大、地层结构致密的盐渍地基土，当Na2SO4含量达到一定程度时，盐胀量和盐胀力均较大，工程中需要采取一定的防盐胀措施。

(3)从建筑物安全角度讲，温差变化过程中的地基土胀缩变化对建筑物更不利。

(4)地基土的盐胀力，从微观讲，应分为法向、切向和水平盐胀力几个方面。目前该项研究还未开展，后续工作中应进一步深入研究。

[1]SY/T0317－97，盐渍土地区建筑规范[S]．

[2]SY/T0317－2012，盐渍土地区建筑规范[S]．

[3]张沙沙，杨晓华，戴志仁．基于均匀设计的砾类硫酸盐渍土盐胀特性试验研究[J]．公路交通科技，2009，26(5)．

[4]丁兆民，张莎莎，杨晓华．粗颗粒盐渍土路用填料可用性指标研究[J]．冰川冻土，2008，30(4)．

[5]李国玉，等．甘肃省公路沿线典型地段含盐量对冻胀盐胀特性影响的试验研究[J]．岩土力学，2009，30(8)．

[6]XJTJ01－2001，新疆盐渍土地区公路路基路面设计与施工规范[S]．

[7]徐攸在，等．盐渍土地基[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．