盐渍土对青海某工程危害分析及处理措施

李林忠，冶金顺，冶金祥，王 鹏，孙建聿，李书山，孙双魁，任永军，何 远

(1.中国电建集团青海省电力设计院有限公司，青海 西宁 810008；2.国家电网青海省海北供电公司，青海 海北州 812200)

0 引言

盐渍土通常指的是土体中盐与碱的含量过高，土体产生盐化或者碱化的土质称为盐渍土。国内外对于盐渍土的定义也存在差异，前苏联相关部门规定〔1〕，当土体中的含盐量超过0.5 %时，工程设计将该土体定义为盐渍土，需要地基处理。我国铁道部颁布的相关规程规范表示，土体的易溶盐的含量大于0.5 %的土质按照盐渍土进行勘察设计；我国交通行业对盐渍土的界定为易溶盐含量超过0.3 %的土体按盐渍土进行地基处理〔2〕。盐渍土的特殊属性，通常在岩土勘察或者盐渍土地基的设计归为特殊土进行处理。盐渍土的三相属性决定盐渍土的特殊性质，其液态的盐溶液、固态的盐结晶对土体的物理指标存在影响，对工程建设产生较大的困难；盐渍土的易溶性直接影响地基土体的性质，盐渍土地基浸水后，其地基土体的结构属性、结构状态以及土质分布状况均发生改变，对上部工程结构产生极大的危害〔3〕。因此，随着西部开发及西北地区经济的发展，盐渍土地区的工程建设增多，盐渍土对工程的危害也日益凸显，针对西北地区盐渍土地基处理技术的研究可以有效地为工程实施提供软技术支撑。

2008年，G·V·Dobrovol’skii等相关学者的研究表明，盐渍土地区采用灌注桩、预制桩等地基处理方式可以有效改善地基的属性，增加地基的承载，保障上部结构的安全与稳定性〔4〕。我国学者的研究阐述，采用强夯法可以消除新疆黄土盐渍土的不均匀沉降〔5〕；根据工程特性分析，对于不同路基不同地段的盐渍土采取换填法、灌注桩以及设置隔断层，可以有效改善土质的性状，增加地基的稳定性〔6〕；戴荣里的研究表明，采用换填法与土工膜处置地下水相结合的施工工艺，其地基承载与建筑沉降均达到规范要求〔7〕。本文针对青海地区盐渍土对某工程的影响，根据实际工程的地质状况，提出技术合理、经济适宜的地基处理方式，以满足工程的勘察设计要求，并通过该工程地基处理的技术，为同类工程在地基处理方面提供一定的技术借鉴。

1 盐渍土的工程危害及地基处理技术

1.1 盐渍土对工程的危害

我国盐渍土地域分布及空间分布较广，各地的盐渍土均存在地域分布的差异性，其盐渍土的形成、特性及元素组成有明显的特征差异，不同区域的盐渍土其危害特性不同。青海地区的盐渍土一般特性为盐渍土地基对建构筑物的影响和地下水有密切的关系；在含盐量相同的情况下，土颗粒越细，表现出的盐胀盐溶的特性越明显，土颗粒越粗，特性表现越不明显。

1.1.1 盐渍土地基的盐胀性

盐渍土地区的盐胀性对工程存在极大的危害性，其主要发生在易溶的硫酸盐渍土与亚硫酸盐渍土区域。当土体温度动态变化较大时，地下水以上的土层发生明显的盐胀性，其温度较低时，盐溶液达到饱和状态，土体中的盐溶液以结晶的状态析出，土体体积增大，发生盐胀现象；其温度较大时，土体的盐结晶体发生相态变化，土体体积减小。以此往复的循环作用，使得地基的力学性能变化较大，对建、构筑物存在危害〔8,9〕。

1.1.2 盐渍土地基的腐蚀性

盐渍土地区的腐蚀性危害分布较广。根据相关研究表明〔10,11〕，盐渍土地区的建筑物腐蚀的危害主要源自两个方面：一是液相盐液体与高矿化地下水，通过毛细水直接作用在建筑物基础上，与建筑材料发生化学反应，促使建筑物的基础发生结构破坏；二是建筑材料本身含盐，毛细水的向上作用与材料内盐结晶，产生内应力，促使结构产生破坏。

1.1.3 盐渍土地基的溶陷性

盐渍土地区的溶陷性指的是盐渍土浸水后，土体的可溶盐溶解、流失，导致土体结构强度发生改变，促使土体的饱和自重压力发生变化，使得地基承载力下降并产生土体的沉降。相关研究表明〔12〕：盐渍土的结晶溶解以及潜蚀效应引起盐渍土浸水后受荷载作用而产生地基土的沉降变形。

1.2 盐渍土地基处理技术

盐渍土地基处理就其本质而言为了改变土体的力学属性，改善或减弱地基土体因浸水而发生盐胀、溶陷及腐蚀等特性以及改善或防止因地基土体发生形变而导致建筑物基础结构的损伤破坏。盐渍土地基处理技术的选择依据其方法的适用性与局限性，针对盐渍土的含盐类别、含盐量、土体分布状态、盐胀特性及物理属性的不同选择不同的地基处理方法。

(1)换填垫层法〔13〕

换填垫层法是将不良土体去除，换填符合地基承载的土体进行夯实或者碾压，作为建、构筑物的持力层，可以有效改变建、构筑物的承载力与地基抗变形能力。该方法适用于盐溶性区域广、易溶性较大的地区，换填深度一般为1 m～5 m，地基换填超过5 m的深度，其方法工程造价过大，经济实用性不高。

(2)强夯法〔14〕

对于土体结构密实性差，土体具有大孔隙的非饱和盐渍土，采用强夯法将土体强制压实，提高建筑物的地基承载力，减少或者消除土体的不均匀性以及防止土体的变形与沉降。工程实例表明，经强夯法处理的盐渍土地基其承载力满足工程设计的规程规范，对于含盐量比较低且饱和度低的盐渍土处理效果较好。

(3)浸水预溶法〔15〕

浸水预溶法对液相盐液体与矿度化较低的盐渍土进行浸水，使得土体中的溶盐排放到其他区域或渗透到深层土体中，促使盐渍土的含盐量降低，到达土体的承载力要求。该方法对渗透性较差的土质不适用，且浸水预溶法需要较大的水量处置盐渍土，对水源的要求较高。

(4)桩基〔16〕

当某地区盐渍土含盐量较高、盐渍土土层厚度较大时，采用桩基技术处理盐渍土地基。桩基由深桩与顶部承台相结合，其桩穿过较厚的盐渍土土层，将上部建、构筑物的结构荷载传递到桩底部承载能力较好的土体。根据工程实例分析与研究，盐渍土地区采用灌注桩比预制桩更加符合地基要求。

(5)固化剂处置法〔17〕

固化剂处置法处理盐渍土地基是将不良的盐渍土土体通过无机固化剂与高分子固化剂改良成为满足工程规范承载力要求的地基土。相关研究表明〔17〕，采用固化剂对盐渍土土体进行大量的试验后，其力学性能、地基抗变形、地基承载力均得到明显的改善。

(6)设置隔断层〔18〕

通常设置隔断层分为砂砾石隔断层与土工布隔断层。粒径较大的砂砾石以及级配砂砾石设置的隔断层，其隔断层可以有效地阻断毛细水的上升，且隔断层保障地基的整体性，提升地基的力学性能，增强地基的承载力；土工布隔断层不仅有效地阻断毛细水的上升，而且可以防止地表水的下渗，土工布作为建筑软技术，对于盐渍土地基的处理推广性较高。

2 工程实例

2.1 工程概况

某工程位于青海地区，其交通便利。该站址地貌属湟水河南岸III级阶地，微地貌为塔尔山山前冲洪积扇。据踏勘调查和勘察、试验及邻近工程地质资料表明，站区内地基土主要由第四系全新统冲、洪积物(Q4)组成，0.0 m～15 m为黄土状粉土夹粉粘土层，地基土属盐渍土，具盐胀性、溶陷性、腐蚀性、湿陷性。

场内地基土结构较为简单，自上而下分别为①层人工填土、②层黄土状土。①层人工填土：杂色，密实，干，主要由漂石、卵石为主，泥岩碎块、土次之。该层分布厚度为0 m～1.80 m。黄土状土：棕红色、黄褐色，中密，稍湿～湿～饱和，坚硬～硬塑，土质不均匀，具孔隙，水平层理明显，以粉土为主，粉质粘土次之。确定出各土层的承载力特征值分别为：湿陷性黄土状土为180 kPa，非湿陷性黄土状土为160 kPa，饱和黄土状土(地下水位以下)为80 kPa。

2.2 盐渍土特性分析及地基处理方案

依据地质勘测资料分析得到，该工程建设区域场址为盐渍土地基，具有盐胀性、溶陷性、湿陷性及腐蚀性等特性。本地基处理方案着重解决场地地基土的四种特性带来的危害。经对场地地基土的工程地质特性综合分析与评价，依据相关规程规范对特殊岩土的处理方法和要求，结合有关工程地基处理实际经验，分别对场地地基土的四种特性进行处理。

2.2.1 盐胀性消除

根据地质勘测资料，场地内地基土的盐胀性具有以下特点：

(1)地基土中的石膏、芒硝碎颗粒是多年来山洪爆发后冲积形成的，场地土中的含盐量较为稳定，无明显的补充来源。

(2)场地内地下水丰富，黄土状土中含有大量的上层滞水，而且补给充分。地表以下10 m处的黄土达到或接近饱和状态，而不具盐胀性。因此，场地内具有盐胀性的盐渍土厚度约9 m。

根据盐胀特性分析，结合本工程建(构)筑物的类型和结构特征，对于上部具有盐胀性的土层，可采用卵石换填或级配砂换填的方式解决。

2.2.2 溶陷性消除

本建设场址的溶陷性为Ⅱ级或Ⅲ级，针对场地内盐渍土的溶陷特性及溶陷等级，结合本工程建(构)筑物的类型和结构特征，宜采用卵石换填或级配砂换填法或素土夯密桩法进行局部处理，消除其溶陷性。

2.2.3 腐蚀性防护

针对场地内地基土、地下水对混凝土结构、对钢筋混凝土结构中的钢筋、对钢结构的腐蚀性评价，采取控制水灰比、最少水泥用量、铝酸三钙含量及防护层厚度等方法进行防护。

2.3 地基处理方案比选

根据站址场地内存在的不良地质作用以及相应的地基处理方式，提出采用卵石换填或级配砂换填法、素土夯密桩法作为本工程建设场地地基处理的备选方案。

1)卵石换填或级配砂换填法

将具有湿陷性、盐胀性的土层挖除，并回填如卵石、级配砂、素土等，分层夯实作为持力层，达到消除湿陷性、盐胀性的目的，同时能提高黄土状土的承载力。该方法施工简单易行，同时可以消除地基土的湿陷、溶陷和盐胀。此方法在我省的大部分民用建筑中广泛应用，有较好的效果和成熟的工程施工经验。

2)素土夯密桩法

素土夯密桩法是指采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，提高强度，达到地基处理的目的。可以看出该方法同样能消除场地内存在的湿陷性和溶陷性，也可消除地基土的盐胀性，采用夯密桩法可有效的控制投资，缩短工期；施工工艺相对简化，可靠宜行。

2.3.1 站区建构筑物的地基处理方案

根据站内建构筑物的重要等级及工艺要求，对不同的建构筑物采用不同的处理方式，达到安全可靠、经济合理的目的，具体处理方式如下：

1)主控通信楼(主变压器、电抗器)

方案一：采用卵石换填或级配砂换填法，在满足规程规范的要求下，换填深度为2 m，上部采用0.3 m厚素土做缓冲层。地下水较浅的区域采用土工布隔断，减少毛细水对基础的影响。

方案二：采用素土挤密桩，桩长约6.5 m，桩径400 mm，成桩后600 mm，桩间距0.9 m。桩顶上部做0.5 m厚素土封闭层及0.5 m厚碎石缓冲层。

2)110 kV室外配电装置

方案一：采用卵石换填或级配砂换填法，在满足规程规范的要求下，换填深度为3 m，上部采用0.5 m厚素土做缓冲层。

方案二：根据GIS设备的重要性及设备自身的要求，采用素土挤密桩，桩长约8 m，桩径400 mm，成桩后600 mm，桩间距0.9 m。桩顶上部做0.5 m厚素土封闭层及0.5 m厚碎石缓冲层。

3)330 kV室外配电装置

方案一：采用卵石换填或级配砂换填法，在满足规程规范的要求下，换填深度为3 m，上部采用0.3 m厚素土做缓冲层。

方案二：采用素土挤密桩，桩长约5 m，桩径400 mm，成桩后600 mm，桩间距0.9 m。桩顶上部做0.5 m厚素土封闭层及0.5 m厚碎石缓冲层。

4)330 kV继电器室和综合电气室

方案一：采用卵石换填或级配砂换填法，在满足规程规范的要求下，换填深度为3m，上部采用0.5 m厚素土做缓冲层。

方案二：采用素土挤密桩，桩长约6 m，桩径400 mm，成桩后600 mm，桩间距0.9 m。桩顶上部做0.5 m厚素土封闭层及0.5 m厚碎石缓冲层。

5)投资比较

方案一：1 350万元；

方案二：1 580万元。

2.3.2 地基处理比选结果

站址场地采用一种处理方式，很难同时消除地基土的湿陷性、溶陷性及盐胀性。从地质资料中可以看出，场地处理的关键是如何消除地基的湿陷性，同时还要考虑地基土的盐胀性及溶陷性。根据地质报告资料显示、专家评价意见、经济指标以及施工便易性等各方条件因素的综合分析，本次盐渍土地基处理采用卵石换填或级配砂换填法，且地下水较浅的区域采用土工布隔断。

3 结论

该工程项目建设投运后，经过几年的运行，其建构筑物及场区内未发生大面积或者建筑结构的损伤破坏；建设业主邀请相关专家进行评审论证及现场调查，专家均同意卵石换填或级配砂换填法以及土工布隔断地下水的地基处理方案。根据现场调查及专家的论证，证明该地基处理的技术可以有效解决盐渍土地区的地基处理问题，可以为青海地区盐渍土区域的建设提供软技术支撑。