花草滩矿井黄土状盐渍土特性及地基处理方法浅析

蒋丽丽，李　伟，王　鹏

(煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031)



花草滩矿井黄土状盐渍土特性及地基处理方法浅析

蒋丽丽，李伟，王鹏

(煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031)

[摘要]介绍了花草滩矿井土层结构分布，通过对其场地黄土状盐渍土的特性以及危害性进行研究分析，总结了黄土状盐渍土常用的地基处理方法，并根据现场实际情况评判各种地基处理方法的优缺点，从中选定最适合花草滩矿井场地的地基处理方法，为以后相类似工程提供参考。

[关键词]黄土状盐渍土；特性；地基处理

Loessial Salty Soil Characteristic and Basement Treatment Method of Huacaotan Mine

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.05.023

[引用格式]蒋丽丽，李伟，王鹏.花草滩矿井黄土状盐渍土特性及地基处理方法浅析[J].煤矿开采，2015，20(5)：84-86，109.

在我国的西北部分布着一种特殊的土层——黄土状盐渍土，其具有黄土和盐渍土共同特性，对构筑物及建筑物地基危害极大[1]，因此对此类土做好地基处理尤为重要。花草滩矿井位于我国西北部的甘肃张掖市山丹县县城东南，井田地处大黄山北缘之山前冲洪积倾斜戈壁平原上，呈典型的干旱戈壁，其也正处于黄土状盐渍土的分布区内。

花草滩矿井主要地面建筑物为主井井架、副井井架、主井提升机房、宿舍、副井提升机房、主井井口房、副井井口房、空气压缩室、锅炉房、110kV变电所、通风机房、选煤厂综合楼、综合办公楼等。矿区场地建(构)筑物建筑设计首先要考虑场地土地基处理，本文就花草滩矿井地基土特点，研究黄土状盐渍土特性，总结黄土状盐渍土常用的地基处理方法，并根据现场实际情况，确定最适合花草滩矿区的处理方法。

1花草滩矿井土层结构分布

在场区勘察范围内，矿井地层自上而下分为3层和2个亚层。土层主要分布见表1及图1。

图1　花草滩矿井典型土层分布剖面

土层岩土名称主要成分承载力/kPa平均分布厚度/m特性(1)耕土粉土-0.5(2)黄土黄土1403.1~4.9湿陷性、溶陷性、中腐蚀(3)圆砾石英、砂岩、变质岩400未穿透(3-1)卵石石英、砂岩、变质岩500(3-2)含圆砾粉质黏土圆砾(45%)黏性土(55%)300

2花草滩矿井场地土特性

黄土状盐渍土，既具有黄土湿陷性又具有盐渍土的溶陷性、盐胀性以及腐蚀性[1-2]。

2.1　黄土特性

黄土是产生于第四纪地质历史时期干旱条件下的沉积物，其外观颜色杂乱，主要为黄色或黄褐色，颗粒组成主要以粉粒为主，同时还含有砂粒和黏粒，以及大量的可溶盐类。在干旱少雨的条件下，土体水分不断减少，盐类析出，形成固化黏聚力，从而阻止了上面的土对下面土的压密作用而形成欠压密状态。时间越长，堆积的欠压密土层越厚，在一定压力下受水浸湿，土体结构迅速破坏，并发生显著下沉产生湿陷[2]。根据《花草滩矿井岩土地质勘查报告》，场地具有湿陷性黄土，对主要建筑进行黄土湿陷性试验，确定其是湿陷量为非自重性湿陷Ⅱ级。

2.2　盐渍土特性

根据《花草滩矿井岩土地质勘查报告》对场地1号、2号取样做易溶盐分析，地基土易溶盐试验结果见表2，表中D1为加权平均盐分比值。根据含盐量分类场地土属于中盐渍土；根据化学成分分类，场地土为亚硫酸盐渍土。盐渍土的特点具有溶陷性、盐胀性、腐蚀性[3]。

表2　地基土易溶盐试验结果

2.2.1溶陷性

盐渍土的溶陷性一般是指天然状态下的盐渍土在土的自重压力或附加压力作用下受水浸湿所产生的附加变形。其形成的原因主要是因为盐渍土中含有大量无机易溶及中溶盐，其在遇水浸湿后除地基受荷载作用压密沉降以外，还因无机盐溶解产生附加沉陷，如果浸水时间长，土中固体颗粒被水带走，土中结晶盐溶解与渗流中被带走，就产生了附加的溶陷变形。溶陷变形较之湿陷变形要小很多，但其对建筑物的影响却不容忽视。

2.2.2盐胀性

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盐渍土地基的盐胀性一般可分为结晶膨胀和非结晶膨胀。结晶膨胀是盐渍土因失水或温度降低后，溶于孔隙水中的盐浓缩结晶所引起的体积膨胀；非结晶膨胀是由于盐渍土中大量吸附性阳离子与黏土胶粒相互作用，是扩散层水膜厚度增大引起的土体膨胀。除此外，盐类之间的相互作用也影响硫酸钠的溶解度。土中各种盐类随着环境条件的改变而相互转化，因此形成地基膨胀或收缩。

2.2.3腐蚀性

盐渍土的腐蚀性是一个十分复杂的问题，因其含有大量的无机盐而使土具有明显的腐蚀性，其腐蚀性一般分为化学腐蚀和物理结晶性腐蚀。在花草滩矿井亚硫酸盐渍土场地中，这两种腐蚀都大量存在，地基中的硫酸盐( 亚硫酸盐) 对混凝土构件、钢材产生化学反应，而通过潮湿墙体进入墙体空隙中的溶液浓缩结晶膨胀对建筑材料产生破坏，从而严重影响结构构件的耐久性和安全性。

花草滩矿井场地环境类型为Ⅰ类，按环境类型对混凝土结构腐蚀性进行评价，第(2)层黄土土样中SO42-的含量为370.6～791.0mg/kg，第(3)层圆砾土样中硫酸盐SO42-的含量为222.7～448.3mg/kg，根据《岩土工程勘察规范》(2009年版)(GB 50021-2001)表12.2.1判定：第(2)层黄土对混凝土结构具有中等腐蚀性；第(3)层圆砾土对混凝土结构具有弱腐蚀性。第(2)层黄土土样中Cl-含量为767.9～1023.8mg/kg，第(3)层圆砾土样中Cl-含量为246.7～987.3mg/kg，根据《岩土工程勘察规范》表12.2.4的规定，第(2)层黄土对钢筋混凝土结构中钢筋具有中等腐蚀性，第(3)层圆砾土对钢筋混凝土结构中钢筋具有中等腐蚀性。

3黄土状盐渍土地基对工程建筑物的影响

黄土状盐渍土特性复杂，如果地基处理不得当，对建筑物或构筑物的影响是深远的，将造成的危害和财产损失也是巨大的。根据花草滩矿井黄土状盐渍土的特性，通过分析和查阅相关资料可以得出，在设计、施工或建筑物使用阶段将可能会出现以下问题。

(1)建筑物沉降如果工程技术人员对黄土状盐渍土认识不到位，在设计过程中地基处理宽度和厚度偏小。地基处理后消除湿陷效果差或者湿陷量偏大，地基土一旦浸水，土中易溶盐溶解，土体原有结构破坏，地基承载力下降，将产生很大的湿陷和溶陷以致建构筑物沉降。

(2)膨胀破坏花草滩矿井所在地区日夜温差变化很大，干湿交替现象明显，盐渍土中盐类结晶膨胀变形较大，对建筑物的山墙、散水、地坪等破坏就比较明显。

(3)腐蚀破坏盐渍土地区的建设工程受腐蚀的危害相当普遍和严重。如果地下构件未设防水层、防腐层或者防水层、防腐层设置不满足规范要求，含盐水分通过毛细管作用进入了混凝土构件中与之发生化学或物理反应，使之腐蚀破坏，这种破坏极大地影响了结构的耐久性和安全。

因此，通过场地土特性分析，因地制宜，确定合理的地基处理方法在设计过程中至关重要，是矿井安全生产迫在眉睫的问题。

4地基处理方法的选择

黄土状盐渍土地基处理的过程就是消除地基湿陷性、溶陷性、膨胀性以及腐蚀性的过程。规范[3]介绍湿陷性黄土常用的地基处理方法主要有换填垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法及桩基础；文献资料[4-6]介绍盐渍土常用的地基处理方法浸水预溶法、 强夯法、浸水预溶+强夯法、换土垫层法[7]、降低地下水位、碎石桩法、桩基础。故黄土状盐渍土特性常用的地基处理方法为换土垫层法、浸水预溶法、强夯法、浸水预溶+强夯法、桩基础、浸水预溶+预压。

地基处理方法的选择主要受建筑物的类别和场地土特性的制约，同时也应考虑施工进度、施工设备、建筑材料来源以及当地环境等各种因素的影响，并通过技术可行性、经济指标的综合分析比较后确定。花草滩矿井抗震设防裂度为Ⅶ度，设计基本地震动峰值加速度为0.10g，设计地震分组为第三组；建筑场地类别为Ⅱ类；场地为非自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级；场地土为盐渍土，根据含盐量分类场地土属于中盐渍土；勘察深度范围内未见地下水。综合矿井现场情况，对基础处理方案进行分析、评估，选定合适的处理方法，见表3。

通过对地基处理方案分析、评估，花草滩矿井可采用换土垫层法和桩基础对地基进行处理。就经济性而言，换土垫层法为最经济合理的地基处理方法。但换土垫层法垫层深度一般不能超过3m，否则换土效果不好，在花草滩矿井有些工程地基黄土层稍厚，工程设计要求基础埋深已比较深，如再采用换土垫层法，反而不如大开挖把基础下落至第3层圆砾层或3-1层卵石层更经济合理，故采用大开挖天然地基也是不错选择。现将花草滩矿井主要建筑物地基采用的处理形式统计于表4。

表3　地基处理方案分析、评估及选定

表4　矿井厂区主要建筑物地基处理形式统计

5场地施工时应注意的问题

(1)在工程建设和施工过程中，应采取可靠的措施防止施工用水或雨水流入基坑，如施工时设置临时排水管道，平整场地使雨水顺利排出，必要情况下设置护坡或挡水墙等。

(2)保证施工所用水源在建筑物安全防护距离之外。

(3)基础换填土或者基坑回填土应采用非湿陷性的素土，一般情况下，基础施工完成后应立即回填素土，并分层夯实。

(4)做好施工组织设计，合理安排施工时间，尽量避免在雨季和冬季施工，如不可避免应采取可靠的防水和防冻保温措施。

(5)在此类场地施工前，应充分了解场地特性，并根据盐渍土的侵蚀类型，选取合适的水泥、水灰比以及外加剂，并根据腐蚀强度等级确定地下构件的防腐、防水措施。

(6)桩基础宜采用预应力混凝土管桩或混凝土灌注桩，桩承台的埋深不宜小于2.5m；当承台埋深处于2.5m以上的部位宜加强防腐防护。

6结论

黄土状盐渍土特点众多，化学成分极其复杂，随着使用环境的变化其工程特性也会随之发生较大的变化。因此，针对花草滩矿井场地土的地质情况，分析了黄土状盐渍土的工程特性及其特性对建筑物的危害，最后通过对各种地基处理方案优缺点的评判，确定出最适合花草滩矿井地基处理的方案，使其达到了既经济、合理又实用的效果。

[参考文献]

[1]范恩让，张炜，李凯，等.黄土状盐渍土的工程特点及地基处理方法[J].岩土工程技术，2001(1)：27-30.

[2]秦晓栋，薛维俊.湿陷性黄土地基湿陷机理、湿陷性评价及地基处理方法[J].内蒙古石油化工，2009(2)：38-41.

[3]中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《湿陷性黄土地区建筑规范》( GB 50025- 2004)[S].北京：中国建筑工业出版社.

[4]张冬菊.盐渍土地区工程地基设计与防腐处理[J].青海大学学报( 自然科学版)，2000，18(6)：23-29.

[5]周瑞福.西宁地区盐渍土的特征及工程处理措施[J].青海大学学报( 自然科学版)，2012，30(3)：46-50.

[6]林纪春.南疆地区盐渍土的基本特征及处理措施建议[J].山西建筑，2009，35(17)：81-83.

[7]琚旭光，黄敏，俞泱.土工合成材料加筋垫层作地基处理的工程实践[J].煤矿开采，2001(S1)：80-82.

[责任编辑：邹正立]

[作者简介]蒋丽丽(1982-)，女，山东聊城人，硕士，工程师，主要从事煤炭工业建筑结构设计与研究。

[收稿日期]2015-02-06

[中图分类号]TU472

[文献标识码]B

[文章编号]1006-6225(2015)05-0084-03