新疆库车机场扩建站坪盐渍土地基处理设计

孙兰宁

(中国民航工程咨询有限公司，北京 100000)

1 概述

盐渍土是一种不良的特殊性岩土，其易溶盐含量(质量分数)大于0.3%，具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程特性。盐渍土按分布区域，可分为内陆盐渍土区和滨海盐渍土区，其中内陆盐渍土区域主要分布于西北干旱地区的新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古等地势低洼的盆地和平原，华北平原、松辽平原也有分布；滨海盐渍土区主要分布于辽东湾、渤海湾、莱州湾、海州湾、杭州湾以及海岛沿岸。在温度、含水量、气候等条件变化下，盐渍土在三相体与二相体之间相互转化，造成土体结构破坏、土体变形或膨胀，进而造成建(构)筑物倾斜或破坏[1]。

随着我国民航事业发展，西部机场建设有助于提升我国整体的航空运输和国家安全能力。西部地区广泛分布盐渍土，是我国盐渍土分布最多的区域。机场建设过程中若对盐渍土地基处理不当，易造成机场道面使用期的诸多病害，严重影响机场道面安全性、耐久性。加强西部盐渍土地基工程特性及处理措施研究，对西部机场建设有重要意义[2]。

2 盐渍土工程特性

盐渍土是在特殊的地形环境、气候环境、水文地质环境下形成的一种特殊性岩土，其主要盐分为氯盐、硫酸盐和碳酸盐。根据各种盐分的不同含量和比例，盐渍土表现出溶陷性、盐胀性、腐蚀性等工程特性[3-6]。

2.1 溶陷性

盐渍土浸水后不仅强度降低，同时伴随土体结构破坏，将会造成沉降变形，并且其变形速度较快。主要原因有如下方面：1)浸水条件下胶结土颗粒的盐类溶解，土颗粒进入孔隙，导致溶陷；2)盐渍土含有的芒硝结晶，浸水后溶解，造成体积收缩，进一步加剧变形；3)砂性盐渍土浸水后，胶结盐类溶解，导致胶结团粒解体为更细小的土粒，进而在渗流作用下被带走，造成严重潜蚀变形。

2.2 膨胀性

盐渍土膨胀性主要发生于硫酸盐渍土，主要在温度或环境变化下，硫酸钠溶解度减小，结晶析出，体积膨胀。盐渍土膨胀性对于浅基础轻型建(构)筑物易造成较大危害。

2.3 腐蚀性

盐渍土腐蚀性主要表现为物理侵蚀和化学腐蚀。在地下水较深或变化幅度大的地区，以物理侵蚀为主。盐渍土在干湿交替环境下反复胀缩，容易造成建(构)筑物由表及里逐步疏松剥落。在地下水浅或变化幅度小的区域，以化学腐蚀为主。盐渍土中的硫酸根离子与混凝土或水泥中的其他化合物发生化学反应，对混凝土或钢筋混凝土中的钢筋产生腐蚀，影响建(构)筑物耐久性。

3 盐渍土工程危害

在周围环境发生变化时，盐渍土因其特性必然对机场道面工程造成严重危害，其主要表现在道面鼓胀、沉陷、冻胀翻浆等方面[7-9]。

3.1 道面鼓胀

盐渍土的盐胀性导致道面板发生不同程度的隆起，导致道面高程局部不平、鼓包或错台，在飞机荷载及地下水周期性升降过程中，容易造成道面开裂，进而影响飞机起降安全。

3.2 道面沉陷

盐渍土中可溶性盐分在受到水体影响时溶解，土体结构强度丧失，孔隙率变大，密度减小；或其中的结晶体在高温或水体影响下失水，体积缩小。在上部飞机和道面板荷载作用下，土基将发生较大沉降变形，产生不均匀沉降，影响飞机起降安全。

3.3 冻胀翻浆

盐渍土含盐量在一定范围时，会使冰点降低，水分子负温迁移时间变长，加重冻胀。并且经过冬季后温度上升，冻胀逐渐消融，盐碱脱水，导致土基内聚集的水分无法快速排出，在飞机反复荷载作用下，泥浆被挤出道面，出现翻浆现象。

4 工程实例

4.1 场地概况

工程为新疆库车机场扩建站坪项目，场区地形为库车河冲洪积平原西侧细土平原区，地势相对平缓。整个场区内生长很多芦苇、芨芨草、骆驼刺、红柳等植被，其中芦苇根系埋深较大，多向下延伸1.0 m～2.0 m，最大可达3.0 m以上直至含水量较大地层。场地属于新疆中部地震区南天山地震亚区，地震烈度为8度，设计基本地质动峰值加速度为0.2g，抗震设防第二组。

勘探深度18.0 m范围内地层主要为冲洪积粉细砂层构成，根据力学性质差异，分为两层：①层粉细砂，厚度1.7 m～3.2 m，灰色～灰黄色，分选性好，级配差，形状浑圆，黏粒含量少，具有层理，局部夹粉土、中粗砂薄层及透镜体，顶部含薄层粉土，有大量植物根系，呈稍密、稍湿状态。②层粉细砂，埋深1.7 m～3.2 m，勘察深度范围内未揭穿，可见厚度6.0 m～15.9 m。灰色、灰黄色、青灰色，分选性好，形状浑圆，黏粒含量少，局部夹粉土中粗砂薄层及砾砂透镜体，呈中密，稍湿、饱和状态。整个场地粉细砂标贯击数N=11击～29击，平均击数16击，击数随深度逐渐增加。主要力学参数见表1。

表1 粉细砂承载力及变形参数

场地土根据化学分析，地基土在0.0 m～2.5 m范围内，总含盐量为0.76%～5.38%，平均为2.07%，大于0.3%。根据GB/T 50942—2014盐渍土地区建筑技术规范和GB 50011—2001岩土工程勘察规范(2009版)的规定，场地土为盐渍土，以中亚氯、中亚硫酸、强亚硫酸盐渍土为主，少量中氯、强氯盐渍土。且对地基土0.0 m～1.0 m范围内Na2SO4含量Cssn(%)进行化学分析试验，大于0.5%，具有弱盐胀性。综合分析不具有溶陷和液化性。

场区地下水类型属于第四系孔隙潜水，含水层为粉细砂层。根据钻孔揭露，地下水位埋深2.1 m～3.5 m，年变幅为0.46 m～0.55 m，粉细砂层毛细水上升高度约1.0 m。地下水的补给源主要为上游地下径流补给及库车河水和周围农田灌溉水，其次为大气降水，排泄形式主要为蒸发和向下游潜流。

4.2 地基处理方案

场地为盐渍土地基，由于上述盐渍土本身特殊的工程性质及对道面结构的危害性，因此不宜将盐渍土地基直接作为天然地基使用。常用盐渍土地基处理方式有：强夯法、换填法、浸水预溶法、物理化学法、桩基础等。根据本场区地层、水文条件及站坪沉降要求(见表2)，并考虑经济性，采用换填方式可满足承载力及沉降要求。同时考虑阻断毛细水上升，阻断盐分向表层运移汇聚，防止产生鼓胀、沉陷、翻浆等病害，采用设置隔断层阻隔。常用隔断层有砂砾石隔断层、风积砂或河砂隔断层、土工布隔断层以及沥青砂隔断层等，综合考虑工程水文地质条件以及机场工程特点，采用复合土工膜隔断层。

表2 站坪工后沉降及差异沉降要求

综上，本站坪道面影响区地基处理采用换填80 cm垫层(2 cm细砂保护层+50 cm砂砾石(粒径5 mm～53 mm)+28 cm砂砾石(最大粒径不大于53 mm)，换填垫层要求含盐量小于0.3%，且采用两布一膜的复合土工膜包裹(技术指标见表3)，形成隔断层[10]。复合土工膜对砂砾石采用U字形反包，反包至基层内不小于2.0 m。复合土工膜与砂砾石垫层共同作用，可起到双重隔离的效果，地基处理剖面图见图1。砂砾石需满足不均匀系数Cu≥5，且含泥量不大于5%，压碎值不大于30%的要求。

表3 复合土工膜技术指标

地基处理一般顺序：挖除土方至碾压标高(压实并满足相应压实标准)→铺设复合土工膜→分层回填振动碾压垫层至道基顶面→相关检测试验→侧壁复合土工布包裹→道面结构层施工→周边肥槽回填平整。

4.3 植物根系处理

现场开挖至换填垫层底标高，道面影响区存在大量芦苇根系，且根系埋置较深，不易全部清除，见图2。根据相关研究，不同生态环境中，芦苇的形态、生长发育以及生态适应性不同[11]。在缺乏阳光和地下水条件下，芦苇不易生长或生长极为缓慢。根据库车机场一期工程对于芦苇根系处理方式，特将复合土工膜以下1.0 m范围内粉细砂挖除，换填风积砂(含盐量不大于0.5%)，采用分层回填分成压实分层检验，要求压实系数不小于0.96。芦苇区地基处理剖面示意图见图3。

4.4 “橡皮土”处理

场区地下水位较高，清除芦苇根系后，对原地层进行振动碾压过程中出现“橡皮土”现象，地层此伏彼胀。由于粉土、粉细砂互层，且接近地下水位，在振动碾压过程中，局部土体所含水分进入土颗粒内部更为封闭的孔隙无法快速排出，孔隙水压力增加所致。“橡皮土”的出现致使原地基及上部回填料无法压实，不利于上部结构稳定，易成为工程隐患。

根据“橡皮土”特征，现场进行了“换填底面虚铺40 cm天然 砂砾石并在其上铺设风积砂”碾压试验。现状原地层采用小吨位压路机静压至压实系数0.93，其上铺填天然砂砾石及风积砂碾压过程中未出现“橡皮土”现象。该区域地基处理剖面示意图见图4。

4.5 土基填筑

土基填筑前，需对原地层面碾压检测，合格后方可进行上部填料回填。作为回填料的风积砂、砂砾石需严格控制含盐量、粒径以及含水量等指标，填料不得含有植物残体、生活垃圾及污染环境工业废渣。填筑过程中采用26 t振动碾压机进行压实，要求分层填筑、分层压实、分层检测压实度。每层虚铺厚度不大于40 cm，碾压遍数按8遍～10遍执行，压实指标采用重型击实最大干密度控制。

复合土工膜铺设前应对下承层进行清理平整，下承层顶面不得含有棱角块石凸出，全断面铺设，平展并紧贴下承层。铺设过程中应确保其整体性，相邻两幅采用焊接或搭接(搭接宽度不小于20 cm)。铺设完成后应检测是否有破损，否则应在破损处加铺补强。铺设后禁止行人车辆通行，并避免长时间暴晒。铺设完毕后需及时上覆2 cm细砂保护层，采用人工铺摊，以防止砂砾石刺破复核土工膜。

土基施工应避开雨季，宜在枯水期季节施工。施工过程中应提前布置好排水系统，保持排水系统通畅。各种用水不得随意排放，应引至排水系统，确保场地及其附近无积水，并根据盐渍土特性编制相应施工方案。

4.6 质量检测

施工过程中应严格执行填料含盐量、含水量以及压实指标的检测工作。其相应的检测项目及频率如下:1)复合土工膜按批为单位，同一牌号、配方、规格、生产工艺为一批，每批次抽取3卷；2)原地基压实系数检测，可采用灌砂法、灌水法或环刀法，每1 000 m2检测一点；3)填筑体压实系数检测，可采用同原地基检测相同方法，每1 000 m2检测一点；4)道基顶面高程检测，采用水准仪，按10 m×10 m方格网控制；5)道基顶面平整度检测，采用3 m直尺测最大孔隙，每1 000 m2检测一点；6)道基反映模量检测，每10 000 m2检测三点，要求不小于60 MN/m3。

质量检测是工程安全的重要保障。若某处检测指标未达到要求，可在其附近进行2组以上检测复核，若复核指标达到要求，则仅处理未合格处，否则要采取适当措施对检验划定的不合格范围进行重新处理。

5 结语

新疆库车站坪扩建工程目前已全部完工，效果良好。综合场地地层条件、植被习性、盐渍土特性，采用换填、隔离、碾压等地基处理方式可满足工程要求。

1)场区地层力学性能较好，具有盐胀性，不具有湿陷性、液化性。针对盐渍土相关特性，采用换填砂砾石垫层加复合土工膜包裹方案可有效阻止水分与盐分的表层运移，进而防止地基的盐胀、翻浆、沉陷等工程问题，保证道面结构的安全性、耐久性。

2)西部干旱区域表层多生长芦苇等植被，且根系较深，不易全部清除干净。根据其生长习性，清除局部深度根系可满足工程安全性需要。

3)施工过程中应根据具体地层情况、水文条件、施工季节、施工技术，对“橡皮土”情况作出预测，并有针对的选择合理的处理措施。采用局部铺设天然砂砾石方式可有效控制“橡皮土”现象，既满足工期要求，又满足经济性。