某新能源项目盐渍土地基工程地质特性分析

贾军飞

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

马鬃山地区处于河西走廊北缘，天山山脉末端，东临额济纳旗，西临新疆维吾尔族自治区，北界蒙古人民共和国，南靠玉门市。该地区气候干旱，风沙大，降水量少，植被稀疏，人烟稀少，阳光充沛，是发展风电、光电项目的好地方。但其气候干旱，蒸发量大，降水量小，毛细作用强，极利于盐分在地表聚集，从而形成了大规模盐渍土。盐渍土具有溶陷性、盐胀性及腐蚀性的特点，随着风电、光电的飞速发展，对盐渍土地基的勘察和试验研究，探讨与工程相适应的地基处理措施，都具有重要的实际意义。

2 区域地质概况

拟建场址区位于马鬃山山间盆地边缘地带，南侧为基岩残丘，场地处于倾斜平原区，地形平坦开阔，地势由西南向东北微倾斜，场址区内受洪水冲刷影响，局部略有起伏，地面高程1 793～1 810 m，相对高差一般1～2 m。场址区天然植被稀少，耐旱植被零星分布。

马鬃山当地年均气温6.30 ℃，1月平均气温-11.80 ℃，极端最低温度-33.70 ℃（1958年1月13日）；7月平均气温18.80 ℃，极端最高温度34.50 ℃（1975年8月4日）。年降水量150 mm，蒸发量3 072.90 mm，年日照时数3 316.50 h，无霜期163 d，年均风力4.5级。

此次钻探揭露深度（20.80 m）范围内，场地地层岩性主要为①层第四系上更新统洪积砾砂层（Q3pl），褐红色，干燥～稍湿，3.00 m以上结构松散～中密，3.00 m以下结构密实，局部为泥质弱胶结，挖掘机开挖困难，含芒硝。

场址区内无常年性的地表径流，地下水类型为孔隙性潜水，含水层为砾砂层，主要受大气降水补给，地下水埋深15 m左右，季节变幅1～3 m，对建筑物基础无影响。

场址区地形较为平坦开阔，地表水系不发育，但场址区东南向发育一条暂时性洪水冲沟，沟道走向由西南向东北，沟道长13 km，宽100～180 m，沟槽深2～3 m，沟道宽浅，暴雨季节暂时性洪水对建筑物基础存在冲刷破坏，需采取防护措施。

3 盐渍土的分布规律、类型

3.1 定义

根据《岩土工程勘察规范》《工程地质手册》（第五版）的相关规定：岩土中易溶盐含量大于0.30%，并具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性时，应判定为盐渍岩土。

3.2 盐渍土的成因、类型

马鬃山地区位于西北内陆，干旱少雨，年降水量150 mm，而蒸发量达3 072.90 mm，蒸发量远大于降水量，为盐渍土的形成提供了有利条件，属内陆盐渍土。

盐渍土中盐分的分布随季节、气候和水文地质条件而变化，在干旱季节，地面蒸发量大，盐分向地表聚集，在地表形成盐霜或者盐壳。雨季时，地表盐分被雨水或者地表水溶解，随水流汇入低洼地带或者渗入地下，而使地表的盐霜或者盐壳消失。

此次勘察在场址内共取12组土样进行了室内土化学分析试验，根据室内试验成果，按含盐类的性质和含盐量分类见表1。

根据上表可知，马鬃山地区的盐渍土按含盐类的性质分类主要为硫酸盐渍土～亚硫酸盐渍土，按含盐量分类为中盐渍土。

3.3 盐渍土的分布规律

从分布空间上看，盐渍土主要分布在西北干旱地区的青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古等地区，由于气候干燥，内陆湖泊较多，在盆地到高山地区，多形成盐渍土。马鬃山地区盐渍土主要分布在盆地部位，盆地四周为山地或者丘陵，含盐量由山地向盆地中间逐渐增加的趋势。

从分布深度上看，易溶盐含量呈不均匀分布，经勘探揭示，地表下0～2.50 m 范围内含盐的结晶体较高，也不均一，深度2.50 m以下含盐结晶体较少，总体自地表向下易溶盐含量呈逐渐减少的趋势，此次勘察研究选择了两个典型探井进行分析，含盐量随深度的变化曲线见图1、图2。

由图1、图2 可以看出，地表下0～2.50 m 范围内易溶盐含量0.91%～1.43%，含盐量较高；深度2.50～3.50 m 间含盐量急剧减少，易溶盐含量0.30%～0.80%；4.00 m 以下含盐量＜0.30%，为非盐渍土，这与勘探揭示基本相符合。因此，在马鬃山区的风电基础及升压站基础埋置深度不宜小于4.00 m，并且应尽量将建筑物布置在地势高的地方。

图1 TK1含盐量随深度的变化曲线图

图2 TK2含盐量随深度的变化曲线图

4 盐渍土工程地质特性

4.1 盐渍土物理力学性质

根据洗盐前后颗粒分析资料（见表2），洗盐前（平均值）：卵石占0.74%，砾石占38.39%，砂占52.74%，粉黏粒占8.14%；洗盐后（平均值）：卵石占0.74%，砾石占35.67%，砂占37.49%，粉黏粒占26.1%。

表2 洗盐前后砾砂层颗粒分析试验成果统计表

由此可以看出，洗盐前后卵石和砾石含量变化不大，砂粒减少的较为明显，粉黏粒增加的也较为明显，洗盐前后盐分与颗粒质量百分比18.60%～71.90%，平均值45.96%，因此，洗盐前后的物理性质变化较大。

根据钻孔中重型动力触探试验（见表3），天然状态下锤击数12～22.5击，平均值16.5击，结构中密～密实状态；浸水状态下锤击数7.5～18.5 击，平均值13.52 击，结构稍密～中密状态。由此可见，天然状态下，盐渍土含水率较低，平均含水率约4%，动力触探试验锤击数较高，结构性较强，工程地质性质良好；若在浸水状态下，或者含水量较高时，土体内盐分溶解，土层的结构被改变，动力触探试验锤击数明显降低，平均值降低约36.40%，土体的工程地质性能也相应变差。

表3 地基土重型动力触探试验（N63.5）数据统计值表

4.2 盐渍土的溶陷性

盐渍土中的可溶盐经水浸泡后溶解、流失，致使土体结构松散，在土的饱和自重压力下出现溶陷，有的盐渍土浸水后，需在一定压力作用下，才会产生溶陷。为了查明马鬃山地区盐渍土的溶陷性，次勘察选择典型建筑物场地进行现场浸水平板载荷试验6组，200 kPa压力下，砾砂层溶陷系数0.022～0.045，平均溶陷系数0.032，溶陷程度为轻微～中等。

4.3 盐渍土的盐胀性

马鬃山地区盐渍土类型主要为硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土，其无水芒硝（Na2SO4）含量较多，含量2.5%～3.8%＞1%，具有盐胀性。无水芒硝在32.4 ℃以上时为无水晶体，体积较小，当温度低于32.4 ℃时，吸收10个水分子的结晶水，成为芒硝晶体（Na2SO4·10H2O），体积增大。此地区昼夜温度变化较大，白天温度较高，体积小，晚上温度较低，体积增大，在反复的作用下，土体结构发生变化，使得土变得松软，工程力学性质变差，对建筑物基础影响较大。

4.4 盐渍土的腐蚀性

室内土化学试验成果见表4。

表4 砾砂层土化学成果统计表 单位：mg/kg

由表4可知，马鬃山地区盐渍土中以SO42-、Ca2+、Cl-及Na++K+离子为主，SO42-离子含量平均值4 007.04 mg/kg，Cl-离子含量平均值1 617.79 mg/kg，pH 值为8.40，砾砂层天然含水率为4.20%＞3%，属潮湿状态。根据《盐渍土地区建筑技术规范》中的腐蚀性评价，盐渍土对砖、水泥、石灰具硫酸盐强腐蚀性，设计时，需采取必要的防腐蚀措施。

5 盐渍土地基的工程处理措施

综上所述，该地区盐渍土具溶陷性、盐胀性及腐蚀性，对风电基础及升压站基础有危害作用，因此，需采取以下工程处理措施。①在建筑物场址选择时，采取“趋利避害”的原则，根据本区盐渍土的分布范围、规律及特性，将建筑物场地选择在含盐量较低的部位，地势上相对较高且地表水排水较为通畅地带。②对风电机组等重要建筑物，必须将基础置于4 m以下含盐量较低或者非盐渍土地基中。升压站、储能站及管理房等基础可置于经过处理后的盐渍土地基上，可采用换填法、强夯法及隔断层等处理措施。③做好地表水的疏排措施，防止大气降水、地表水对地基的浸泡，施工结束后要对建筑物基础周边设置防渗层，防止盐渍土地基产生溶陷破坏。④做好防腐措施，此区域盐渍土类型以硫酸盐为主，应采用抗硫酸盐水泥，不宜采用石灰材料。⑤合理安排施工程序和作业时间，避免雨季施工，基坑、基槽开挖后及时回填夯实，防止施工用水流入建筑物地基、基坑或基础周围。

6 结语

马鬃山地区气候干旱，地广人稀，植被稀疏，阳光充沛，在该地区大力发展新能源项目有很大的经济效益和生态环境效益。但该地区降水量低，蒸发量大，盐渍土分布范围大，其具有溶陷性、盐胀性及腐蚀性等特性，对工程危害程度较高。因此，开展对此区盐渍土的勘察研究，分析其分布规律及溶陷、盐胀、腐蚀等特性，为设计提供切合实际的设计参数，并针对不同的建筑物，选择合理、经济的地基处理方案和基础型式，对马鬃山地区新能源项目的开发和发展具有重要的指导意义。