D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.11.018 第30卷第11期 北京科技大学学报 Vol.30 No.11 2008年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2008 盐渍土盐化防渗与强度性能 李长洪)张吉良) 林清华) 张永生)方雪松) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037 3)中国建筑科学研究院地基基础研究所，北京100013 摘要为了提高盐田底板盐渍土土层的防渗性及强度性能，根据盐渍土的物理化学性质，结合工程实例，采用盐化处理和 盐化处理十碾压两种方法进行处理.现场原位渗透实验和室内物理力学实验结果表明：处理后盐渍土的防渗性和土层的承载 力得到了明显改善，两种方案均能满足工程设计要求 关键词盐渍土；盐田：地基处理；渗透实验 分类号TU448:TU411.3 Salinization anti-permeability and strength property of saline soil LI Changhong,ZHA NG Jiliang,LIN Qinghua),ZHANG Yongsheng?,FANG Xuesong3) 1)School of Civil and Environmental Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China 2)Institute of Mineral Resources.China Academy of Geological Sciences.Beijing 100037,China 3)Institute of Foundation Engineering,China Academy of Building Research.Beijing 100013.China ABSTRACT Based on the physical and chemical properties of saline soil,a method of salinization treatment and a combined method of salinization treatment with RCC were used to improve the anti-permeability and strength property of saline soil located in the bot- tom of salt field.The results of in-situ permeability testing and indoor physical-mechanical testing show that the anti-permeability and strength property of saline soil after treatment have been markedly improved.All the two measures can meet the requirements of pro- ject design. KEY WORDS saline soil:salt field:ground treatment:permeability testing 岩土中易溶盐含量大于0.3%，并具有溶陷、盐 的渗透性与物理力学性质，并对盐田地基处理方法 胀、腐蚀等工程特性时，应判定为盐渍岩土].我 做出合理评价，为盐田工艺设计提供必要的基础数 国盐渍土主要分布在西北干旱地区的低平盆地、华 据。 北平原、大同盆地及青藏高原的一些湖盆洼地中，不 1工程地质背景 仅地区之间差异很大，同一地区的盐渍土也有很大 差别].目前对盐渍土的研究在新疆、内蒙、山西、 经盐田选址勘察，对西藏扎布耶盐田地区工程 甘肃和青藏高原地区一直进行着，涉及的工程有公 地质、水文地质概述如下：预筑盐田及其周围，除基 路、铁路、盐湖区内建筑物等.为充分利用盐渍土 岩出露外，根据勘探资料，勘察区地基土主要由第四 资源，辅以必要的工程措施，需要对盐渍土性状进行 纪湖相松散沉积物、湖泊化学沉积的盐层及盐渍土 研究可，本文结合国家科技攻关项目一西藏扎布 组成[].湖滨岸自湖心向外划分为五个地质单元， 耶盐湖卤水制取碳酸锂精矿工业化实验研究一黄 即卤水、盐坪、泥盐坪、泉沼带和砂砾坝，其中泥盐 羊滩盐田363万m晒池建造的工程实例，重点介 坪是修筑盐田的主要位置，呈南北向两端窄中间宽 绍在室内实验基础上，通过盐化处理及盐化处理与 的半月形”，南北长约5km,平均宽度500m,土层 碾压相结合的两种现场实验方案，研究处理后土层 自上而下可划分为五层，如表1所示， 收稿日期：2007-10-06修回日期：2007-11-30 基金项目：国家科技攻关项目(N。·2001BA602B-02) 作者简介：李长洪(1962-)男，博士，教授，博士生导师，E-mail:ch@ces-ustb.edu-en
盐渍土盐化防渗与强度性能 李长洪1） 张吉良1） 林清华1） 张永生2） 方雪松3） 1） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 2） 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 3） 中国建筑科学研究院地基基础研究所北京100013 摘 要 为了提高盐田底板盐渍土土层的防渗性及强度性能根据盐渍土的物理化学性质结合工程实例采用盐化处理和 盐化处理＋碾压两种方法进行处理．现场原位渗透实验和室内物理力学实验结果表明：处理后盐渍土的防渗性和土层的承载 力得到了明显改善两种方案均能满足工程设计要求． 关键词 盐渍土；盐田；地基处理；渗透实验 分类号 TU448；TU411∙3 Salinization ant-i permeability and strength property of saline soil LI Changhong 1）ZHA NG Jiliang 1）LIN Qinghua 1）ZHA NG Yongsheng 2）FA NG Xuesong 3） 1） School of Civil and Environmental EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Institute of Mineral ResourcesChina Academy of Geological SciencesBeijing100037China 3） Institute of Foundation EngineeringChina Academy of Building ResearchBeijing100013China ABSTRACT Based on the physical and chemical properties of saline soila method of salinization treatment and a combined method of salinization treatment with RCC were used to improve the ant-i permeability and strength property of saline soil located in the bottom of salt field．T he results of in-situ permeability testing and indoor physica-l mechanical testing show that the ant-i permeability and strength property of saline soil after treatment have been markedly improved．All the two measures can meet the requirements of project design． KEY WORDS saline soil；salt field；ground treatment；permeability testing 收稿日期：2007-10-06 修回日期：2007-11-30 基金项目：国家科技攻关项目（No．2001BA602B－02） 作者简介：李长洪（1962－）男博士教授博士生导师E-mail：lch＠ces．ustb．edu．cn 岩土中易溶盐含量大于0∙3％并具有溶陷、盐 胀、腐蚀等工程特性时应判定为盐渍岩土［1－2］．我 国盐渍土主要分布在西北干旱地区的低平盆地、华 北平原、大同盆地及青藏高原的一些湖盆洼地中不 仅地区之间差异很大同一地区的盐渍土也有很大 差别［3］．目前对盐渍土的研究在新疆、内蒙、山西、 甘肃和青藏高原地区一直进行着涉及的工程有公 路、铁路、盐湖区内建筑物等［4］．为充分利用盐渍土 资源辅以必要的工程措施需要对盐渍土性状进行 研究［5］．本文结合国家科技攻关项目－－－西藏扎布 耶盐湖卤水制取碳酸锂精矿工业化实验研究－－－黄 羊滩盐田363万 m 2 晒池建造的工程实例重点介 绍在室内实验基础上通过盐化处理及盐化处理与 碾压相结合的两种现场实验方案研究处理后土层 的渗透性与物理力学性质并对盐田地基处理方法 做出合理评价为盐田工艺设计提供必要的基础数 据． 1 工程地质背景 经盐田选址勘察对西藏扎布耶盐田地区工程 地质、水文地质概述如下：预筑盐田及其周围除基 岩出露外根据勘探资料勘察区地基土主要由第四 纪湖相松散沉积物、湖泊化学沉积的盐层及盐渍土 组成［6］．湖滨岸自湖心向外划分为五个地质单元 即卤水、盐坪、泥盐坪、泉沼带和砂砾坝．其中泥盐 坪是修筑盐田的主要位置呈南北向两端窄中间宽 的“半月形”南北长约5km平均宽度500m土层 自上而下可划分为五层如表1所示． 第30卷 第11期 2008年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．11 Nov．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．11．018
.1212. 北京科技大学学报 第30卷 表1土层单元的划分 Table 1 Dividing of soil layer unit 序号 土层 土体性质 层厚/cm 备注 I 盐壳 白色一灰白色，松散一稍密，含少量黏土 0~2 部分盐壳因受湖水浸润成为软盐壳 黏土层 浅灰一灰黄色，呈可塑状态，含砂质碳酸盐或黏土细砂层 2-25 部分含芒硝散晶 Ⅲ 黏土层 灰白一浅灰色，呈可塑状态，含芒硝散晶碳酸盐 2555 芒硝散晶分布均匀，含量5%~15%不等 W 黏土层 灰白色一棕黄色，软塑一可塑，稍湿状态 55~105 含块状芒硝和芒硝碳酸盐 黏土层 棕黄色一灰色，密实状态，可塑软塑，稍湿一很湿 105~225含少量芒硝碳酸盐 土颗粒间的黏聚力，使卤水饱和状态下的抗剪强度 2盐渍土室内实验 降低，为了测试含盐量对盐渍土的内摩擦角及黏聚 在盐渍土中，由于盐充填土的孔隙及盐的胶结 力的影响进行了室内实验，采用颗粒相对密度为 作用，使得含盐量影响盐渍土的抗剪强度，进而影响 2.7的浅灰白色盐渍土，筛选后击实制成含盐量（质 土的力学性能，抗剪强度指标C、P值均表现为天 量分数)为0%，5%，8%，10%，12%，15%，18%， 然状态下的指标值大于卤水饱和时的指标).天然 25%和30%的土样；土中含水量为现场平均含水量 状态下，由于盐晶体的存在使土的C值较大；而在 (27.4%),盐的成分为NaC1和KCl,比值为48：3， 卤水饱和状态下，土颗粒表面水化膜的增厚削弱了 采用直接剪切实验法[8]，实验结果如图1所示 32 120 314 100 09 80 60. 28 27 10 20 20 30 10 20 30 40 盐质量分数，p/% 盐质量分数，0/% (a)内摩擦角-含盐量关系曲线 (b)黏聚力-含盐量关系曲线 图1含盐量与盐渍土内麻擦角及黏聚力的关系 Fig.I Variation curves of cohesion and internal friction angle based to salt content 由以上数据可知，对于固体颗粒体积相等的盐 控制在8%~10%就可满足本工程设计要求，以此 渍土（含土颗粒和盐晶体）和非盐渍土（仅含土颗 为依据，进行了现场的盐化处理的实验 粒)，当盐渍土含盐量较小时，土中的水能充分溶解 土中盐，因此相对非盐渍土而言，盐渍土中的固体土 3盐化处理实验 颗粒减少，密实度降低.这种情况下，含盐量增加导 扎布耶盐湖附近有较多的结晶盐.南湖为半干 致土的抗剪强度降低 旱盐湖，赋存湖底卤水和地表卤水，北湖为盐水湖， 对于同一含水量(27.4%)的土样，孔隙水浓度 以地表卤水为主，对于干旱地区含盐量较高、盐渍 随含盐量增加而增大，当盐溶液达到饱和后，多余的 土层较厚的地基土，可利用材料优势条件采取盐化 盐以晶体形式充填于土颗粒间，构成骨架的一部分 处理方法，即“以盐治盐”方法，基本原理是：在盐田 起胶结土体作用，从而使土的内摩擦角及黏聚力增 底板的盐渍土土层中注入饱和或过饱和的盐溶液， 大，这便是抗剪强度在这种条件下随含盐量的增加 形成一定厚度的盐饱和土层，随后土层中水分蒸发， 而增大的原因. 过饱和盐溶液中析出的盐晶填充在原状土的孔隙 可见，对盐渍土而言有一个临界含盐量，当含盐 中，一方面充当土颗粒骨架以增强土体强度，同时充 量超过该临界值时，盐渍土的力学强度随含盐量增 填的盐晶减小了原有孔隙比，使盐渍土渗透性降低 大而增加，而盐晶的填充作用势必降低土的渗透性， 盐化处理所用的盐采用扎布耶基地附近的盐，水则 根据盐田设计要求（一是满足渗透系数要求，二是满 利用当地饮用水，也可直接用盐湖水代替 足盐田底板的强度要求)，从室内实验的含盐量与盐 实验地点选择在扎布耶黄羊滩盐田附近，具体 渍土内摩擦角及黏聚力的关系可知，盐渍土含盐量 操作是：将表层盐壳用铁锹铲除，开挖一个500cm
表1 土层单元的划分 Table1 Dividing of soil layer unit 序号 土层 土体性质 层厚／cm 备注 Ⅰ 盐壳 白色－灰白色松散－稍密含少量黏土 0～2 部分盐壳因受湖水浸润成为软盐壳 Ⅱ 黏土层 浅灰－灰黄色呈可塑状态含砂质碳酸盐或黏土细砂层 2～25 部分含芒硝散晶 Ⅲ 黏土层 灰白－浅灰色呈可塑状态含芒硝散晶碳酸盐 25～55 芒硝散晶分布均匀含量5％～15％不等 Ⅳ 黏土层 灰白色－棕黄色软塑－可塑稍湿状态 55～105 含块状芒硝和芒硝碳酸盐 Ⅴ 黏土层 棕黄色－灰色密实状态可塑－软塑稍湿－很湿 105～225 含少量芒硝碳酸盐 2 盐渍土室内实验 在盐渍土中由于盐充填土的孔隙及盐的胶结 作用使得含盐量影响盐渍土的抗剪强度进而影响 土的力学性能．抗剪强度指标 C、φ值均表现为天 然状态下的指标值大于卤水饱和时的指标［7］．天然 状态下由于盐晶体的存在使土的 C 值较大；而在 卤水饱和状态下土颗粒表面水化膜的增厚削弱了 土颗粒间的黏聚力使卤水饱和状态下的抗剪强度 降低．为了测试含盐量对盐渍土的内摩擦角及黏聚 力的影响进行了室内实验采用颗粒相对密度为 2∙7的浅灰白色盐渍土筛选后击实制成含盐量（质 量分数）为0％5％8％10％12％15％18％ 25％和30％的土样；土中含水量为现场平均含水量 （27∙4％）盐的成分为 NaCl 和 KCl比值为48∶3 采用直接剪切实验法［8］实验结果如图1所示． 图1 含盐量与盐渍土内摩擦角及黏聚力的关系 Fig．1 Variation curves of cohesion and internal friction angle based to salt content 由以上数据可知对于固体颗粒体积相等的盐 渍土（含土颗粒和盐晶体）和非盐渍土（仅含土颗 粒）当盐渍土含盐量较小时土中的水能充分溶解 土中盐因此相对非盐渍土而言盐渍土中的固体土 颗粒减少密实度降低．这种情况下含盐量增加导 致土的抗剪强度降低． 对于同一含水量（27∙4％）的土样孔隙水浓度 随含盐量增加而增大当盐溶液达到饱和后多余的 盐以晶体形式充填于土颗粒间构成骨架的一部分 起胶结土体作用从而使土的内摩擦角及黏聚力增 大．这便是抗剪强度在这种条件下随含盐量的增加 而增大的原因． 可见对盐渍土而言有一个临界含盐量当含盐 量超过该临界值时盐渍土的力学强度随含盐量增 大而增加而盐晶的填充作用势必降低土的渗透性． 根据盐田设计要求（一是满足渗透系数要求二是满 足盐田底板的强度要求）从室内实验的含盐量与盐 渍土内摩擦角及黏聚力的关系可知盐渍土含盐量 控制在8％～10％就可满足本工程设计要求．以此 为依据进行了现场的盐化处理的实验． 3 盐化处理实验 扎布耶盐湖附近有较多的结晶盐．南湖为半干 旱盐湖赋存湖底卤水和地表卤水北湖为盐水湖 以地表卤水为主．对于干旱地区含盐量较高、盐渍 土层较厚的地基土可利用材料优势条件采取盐化 处理方法即“以盐治盐”方法．基本原理是：在盐田 底板的盐渍土土层中注入饱和或过饱和的盐溶液 形成一定厚度的盐饱和土层随后土层中水分蒸发 过饱和盐溶液中析出的盐晶填充在原状土的孔隙 中一方面充当土颗粒骨架以增强土体强度同时充 填的盐晶减小了原有孔隙比使盐渍土渗透性降低． 盐化处理所用的盐采用扎布耶基地附近的盐水则 利用当地饮用水也可直接用盐湖水代替． 实验地点选择在扎布耶黄羊滩盐田附近具体 操作是：将表层盐壳用铁锹铲除开挖一个500cm ·1212· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第11期 李长洪等：盐渍土盐化防渗与强度性能 ,1213 长、500cm宽和50cm深的浅实验坑；在试坑周围修 液，盐来自盐田旁边的小盐场，配制完后将饱和盐溶 建防渗墙以防止盐水的水平渗漏，并开挖排水沟降 液从浅坑一角慢慢倒入直至指定刻度为止，此次实 低地下水位以减少毛细水上升，防止地下水溶蚀盐 验刻度定为15cm,该“以盐治盐”的地基处理现场 晶造成地基塌陷和盐水渗漏，试坑边插一个刻度尺 如图2所示. 用于观测倒入卤水的高度，用塑料桶配制饱和盐溶 5m 3m 3m宽三合土坝基用于防止卤水水平渗漏引 目倒入卤水处理地基盐化处理一盐水下渗，水分蒸发，析出盐品 地面水平线 并承载轻型运输车 盐品填充土中孔隙胶结土体，加固盐田地基 2 又地下水位 排水沟 毛细水上升 排水沟 用于降低地下水位 一盐化处理实验 防止毛细水上升破坏盐田地基 溶蚀盐晶破坏地基 共倒人五次卤水，每次待水分蒸发完成后， 造成地基塌陷和盐水渗漏 需做一次现场渗透实验同时采土样做室内实验 图2西藏扎布耶盐田地基处理示意图 Fig.2 Sketch map of saline soil foundation at Zhabuye Salt Field in Tibet,China 为了测试土层的原始渗透系数和土的物理力学 内实验测出天然土的物理力学性质，结果如表2 性质，在实验坑附近同一土层中取天然土样，通过室 所示 表2天然土样的物理力学性质参数 Table 2 Physical and Chemical properties of original soil 土样 含水量， 密度， 干密度， 相对密度， 孔隙比， 饱和度， 快剪 编号 o(水)/% P/(g'cm3) Pal(g'cm3) e s/% 黏聚力，C/Pa内摩擦角，/() 1 27.8 1.61 1.25 2.78 1.23 62.8 27,2 16.7 2 31.8 1.53 1.16 2.78 1.25 70.7 26.5 15.9 3 22.6 1.52 1.24 2.77 1.21 51.7 24.8 15.4 平均 27.4 1.55 1.22 2.78 1.23 61.7 26.2 16.0 (1)在塑料管渗水测点附近挖深井至地下水 4原位渗透实验 位，同时记录和描述地层剖面，且每隔20cm取扰动 鉴于目前国内尚无建造盐田土壤的野外渗透实 样测其天然含水量和塑限， 验规程可遵循，本次野外现场实验参照沿海盐场盐 (2)安装好实验装备，将塑料管垂直贯入预定 田的渗透实验方法和经验，此次现场实验采用塑料 深度并向管内注入卤水，保持100cm水头，测定并 管渗水法，用来测试原状土的渗透系数、倒入饱和盐 记录原始水位和水温，塑料管顶端用塑料膜密封以 水后土层渗透系数的变化情况，以及判断倒入第几 防止卤水蒸发， 次饱和盐水后所测得的渗透系数可以满足工程的设 (3)每天定时观测各试点处渗漏量随时间的变 计要求 化情况，直至渗漏趋于稳定，该法与室内塑料管渗 根据可行性设计阶段要求，盐田堤坝下要做 透实验不同之处在于：塑料管渗透实验管内无残留 150~250cm深的防渗墙（主要通过碾压法加强防 土柱，而原位渗透实验管内仅除去盐壳部分，残留有 渗墙的防渗性)，因此试坑内卤水在150~250cm深 150cm土柱，如图3所示[] 范围内只存在垂直渗透 对于原位渗透实验，渗透系数的计算方法分两 为了测定现场土层的渗透系数，首先在试坑附 种情况：一种是卤水未渗透到地下水位时，根据达西 近选择一个测点进行塑料管原位渗透实验；土层要 定律k=V/I(其中V采用现场所测的日水位降， 求与试坑内土层位于同一层位，实验目的是测出未 cmd一1，I为水力坡降)计算土层渗透系数：另一种 倒入饱和盐溶液时的现场土层的渗透系数，操作步 是当卤水渗透到地下水位时采用下述公式计算0： 骤及要求如下 k=1.157X10-6Q(1+-z) h十z (1)
长、500cm 宽和50cm 深的浅实验坑；在试坑周围修 建防渗墙以防止盐水的水平渗漏并开挖排水沟降 低地下水位以减少毛细水上升防止地下水溶蚀盐 晶造成地基塌陷和盐水渗漏试坑边插一个刻度尺 用于观测倒入卤水的高度．用塑料桶配制饱和盐溶 液盐来自盐田旁边的小盐场配制完后将饱和盐溶 液从浅坑一角慢慢倒入直至指定刻度为止此次实 验刻度定为15cm．该“以盐治盐”的地基处理现场 如图2所示． 图2 西藏扎布耶盐田地基处理示意图 Fig．2 Sketch map of saline soil foundation at Zhabuye Salt Field in TibetChina 为了测试土层的原始渗透系数和土的物理力学 性质在实验坑附近同一土层中取天然土样通过室 内实验测出天然土的物理力学性质结果如表2 所示． 表2 天然土样的物理力学性质参数 Table2 Physical and Chemical properties of original soil 土样 编号 含水量 w（水）／％ 密度 ρ／（g·cm －3） 干密度 ρd／（g·cm －3） 相对密度 G 孔隙比 e 饱和度 Sr／％ 快剪 黏聚力C／kPa 内摩擦角φ／（°） 1 27∙8 1∙61 1∙25 2∙78 1∙23 62∙8 27∙2 16∙7 2 31∙8 1∙53 1∙16 2∙78 1∙25 70∙7 26∙5 15∙9 3 22∙6 1∙52 1∙24 2∙77 1∙21 51∙7 24∙8 15∙4 平均 27∙4 1∙55 1∙22 2∙78 1∙23 61∙7 26∙2 16∙0 4 原位渗透实验 鉴于目前国内尚无建造盐田土壤的野外渗透实 验规程可遵循本次野外现场实验参照沿海盐场盐 田的渗透实验方法和经验．此次现场实验采用塑料 管渗水法用来测试原状土的渗透系数、倒入饱和盐 水后土层渗透系数的变化情况以及判断倒入第几 次饱和盐水后所测得的渗透系数可以满足工程的设 计要求． 根据可行性设计阶段要求盐田堤坝下要做 150～250cm 深的防渗墙（主要通过碾压法加强防 渗墙的防渗性）因此试坑内卤水在150～250cm 深 范围内只存在垂直渗透． 为了测定现场土层的渗透系数首先在试坑附 近选择一个测点进行塑料管原位渗透实验；土层要 求与试坑内土层位于同一层位实验目的是测出未 倒入饱和盐溶液时的现场土层的渗透系数．操作步 骤及要求如下． （1） 在塑料管渗水测点附近挖深井至地下水 位同时记录和描述地层剖面且每隔20cm 取扰动 样测其天然含水量和塑限． （2） 安装好实验装备将塑料管垂直贯入预定 深度并向管内注入卤水保持100cm 水头测定并 记录原始水位和水温塑料管顶端用塑料膜密封以 防止卤水蒸发． （3） 每天定时观测各试点处渗漏量随时间的变 化情况直至渗漏趋于稳定．该法与室内塑料管渗 透实验不同之处在于：塑料管渗透实验管内无残留 土柱而原位渗透实验管内仅除去盐壳部分残留有 150cm 土柱如图3所示［9］． 对于原位渗透实验渗透系数的计算方法分两 种情况：一种是卤水未渗透到地下水位时根据达西 定律 k＝ V／I（其中 V 采用现场所测的日水位降 cm·d －1I 为水力坡降）计算土层渗透系数；另一种 是当卤水渗透到地下水位时采用下述公式计算［10］： k＝1∙157×10－6 Q（ l＋ l′－z ） h＋z （1） 第11期 李长洪等： 盐渍土盐化防渗与强度性能 ·1213·
,1214, 北京科技大学学报 第30卷 塑料膜 5 m 刻度尺 倒人肉水角点○ (每次注人卤水深15cm) 7777777☑ 77777 腰料管AI 塑料管A2 第一次倒人卤水蒸发后，渗透实验及取样点 (塑料管B1 细料窗B2 第二次倒入卤水蒸发后，渗透实验及取样点 10cm. (塑料管C1 塑料管)C2 第三次倒入卤水蒸发后，渗透实验及取样点 图3原位渗透实验简图 (塑料管D1 (塑料管)D2 Fig.3 Sketch map of in situ permeability test 第四次倒人卤水蒸发后，渗透实验及取样点 式中，k为渗透系数，cmd一；Q为现场所测的日水 塑料管)E1 塑料管E2 位降，cmd;l为塑料管内土柱长度，cm;'为塑料 第五次倒入卤水蒸发后，渗透实验及取样点 管下端埋深，即实验深度下界值，cm;z为稳定地下 水位埋深，cm;h为塑料管内卤水高度，cm 图4卤水蒸发后的渗透实验及取样点示意图 根据本地气象站的常年观测记录得知：年平均 Fig.4 Sketch map of sampling and permeability test after evapora- 蒸发量为2355mm,4~8月的温度范围为6.5~ tion of saline water 31.5℃，风速最大为17.5ms;结合现场反复实 验，试坑内倒入的卤水全部蒸发需要2周 5盐化处理与碾压相结合 为了测试倒入卤水并待水分蒸发完后土层的渗 在“以盐治盐”基础上，进行了第二种方案的现 透系数变化情况，需要在试坑内进行原位渗透实验， 场实验：在盐田中第一次倒入卤水并全部蒸发后，采 实验步骤为：每次倒入等量卤水（水深均为15cm), 用蛙式夯实机（标准号：JG/T27一1999）对实验盐 再等待2周，水分蒸发完后进行一次原位渗透实验 田底板碾压夯实山；夯实后再进行原位渗透实验及 (每次实验共布两点)，如此反复实验多次，为了不 土层物理力学实验，实验方法与以盐制盐原位渗透 影响测试结果，下一次原位渗透实验将测点移到坑 实验一致，按照同样方法对每次倒入卤水经蒸发后 内的其他位置处，坑内测点的平面布置如图4所示. 的盐田底板进行夯实，并做渗透实验及盐土的物理 实验方法与试坑外渗透实验相同， 力学实验，实验结果如表5所示， 为准确测出倒入卤水后土层渗透系数及土的物 由表4和表5可知，两种实验方法在第三次倒 理力学性质变化情况，经过6个月的野外工作，共进 入卤水后渗透系数便趋于一致且变化甚微，且第二 行了五次现场原位渗透实验，相继取了五次土样（每 种治理方案第二次实验步骤完成后已能满足工程设 次每组取三个共15个土样)，经过室内实验得知盐 计要求 化处理后盐渍土的物理力学性质参数如表3所示； 现场测得盐渍土的渗透系数及含盐量变化情况如表 6结论 4所示，实验中发现，倒入饱和盐溶液后盐渍土含 (1)盐化处理后盐渍土的防渗性能和黏聚力明 盐量逐渐增加，且第三次倒卤水时盐渍土表面出现 显提高，处理后的盐田底板可承载小型机械在上面 盐结晶现象，析出的结晶盐进一步提高了盐渍土的 操作，满足工程要求 防渗性能， (2)盐渍土地基经盐化处理后，孔隙水中含盐 由表3和表4可知，含水量在21%~28%内波 量增加，盐溶液饱和后析出的盐晶可填充和胶结土 动，孔隙比明显下降，而含盐量、黏聚力和内摩擦角 体起骨架作用，一方面可提高土的内摩擦角和黏聚 显著增加，尤其是渗透系数下降迅猛，结合该工程设 力进而增强土体强度，另一方面盐晶充填可增加土 计要求，第四次倒入卤水后，土体物理力学性能及防 层致密性进而大大降低渗透性，即使地基受水浸湿 渗性能便可满足工程要求 也不会发生较大溶陷
图3 原位渗透实验简图 Fig．3 Sketch map of in-situ permeability test 式中k 为渗透系数cm·d －1 ；Q 为现场所测的日水 位降cm·d －1 ；l 为塑料管内土柱长度cm；l′为塑料 管下端埋深即实验深度下界值cm；z 为稳定地下 水位埋深cm；h 为塑料管内卤水高度cm． 根据本地气象站的常年观测记录得知：年平均 蒸发量为2355mm4～8月的温度范围为6∙5～ 31∙5℃风速最大为17∙5m·s －1 ；结合现场反复实 验试坑内倒入的卤水全部蒸发需要2周． 为了测试倒入卤水并待水分蒸发完后土层的渗 透系数变化情况需要在试坑内进行原位渗透实验． 实验步骤为：每次倒入等量卤水（水深均为15cm） 再等待2周水分蒸发完后进行一次原位渗透实验 （每次实验共布两点）如此反复实验多次．为了不 影响测试结果下一次原位渗透实验将测点移到坑 内的其他位置处坑内测点的平面布置如图4所示． 实验方法与试坑外渗透实验相同． 为准确测出倒入卤水后土层渗透系数及土的物 理力学性质变化情况经过6个月的野外工作共进 行了五次现场原位渗透实验相继取了五次土样（每 次每组取三个共15个土样）经过室内实验得知盐 化处理后盐渍土的物理力学性质参数如表3所示； 现场测得盐渍土的渗透系数及含盐量变化情况如表 4所示．实验中发现倒入饱和盐溶液后盐渍土含 盐量逐渐增加且第三次倒卤水时盐渍土表面出现 盐结晶现象析出的结晶盐进一步提高了盐渍土的 防渗性能． 由表3和表4可知含水量在21％～28％内波 动孔隙比明显下降而含盐量、黏聚力和内摩擦角 显著增加尤其是渗透系数下降迅猛结合该工程设 计要求第四次倒入卤水后土体物理力学性能及防 渗性能便可满足工程要求． 图4 卤水蒸发后的渗透实验及取样点示意图 Fig．4 Sketch map of sampling and permeability test after evaporation of saline water 5 盐化处理与碾压相结合 在“以盐治盐”基础上进行了第二种方案的现 场实验：在盐田中第一次倒入卤水并全部蒸发后采 用蛙式夯实机（标准号：JG／T 27－1999）对实验盐 田底板碾压夯实［11］；夯实后再进行原位渗透实验及 土层物理力学实验实验方法与以盐制盐原位渗透 实验一致．按照同样方法对每次倒入卤水经蒸发后 的盐田底板进行夯实并做渗透实验及盐土的物理 力学实验实验结果如表5所示． 由表4和表5可知两种实验方法在第三次倒 入卤水后渗透系数便趋于一致且变化甚微且第二 种治理方案第二次实验步骤完成后已能满足工程设 计要求． 6 结论 （1） 盐化处理后盐渍土的防渗性能和黏聚力明 显提高处理后的盐田底板可承载小型机械在上面 操作满足工程要求． （2） 盐渍土地基经盐化处理后孔隙水中含盐 量增加盐溶液饱和后析出的盐晶可填充和胶结土 体起骨架作用一方面可提高土的内摩擦角和黏聚 力进而增强土体强度另一方面盐晶充填可增加土 层致密性进而大大降低渗透性即使地基受水浸湿 也不会发生较大溶陷． ·1214· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第11期 李长洪等：盐渍土盐化防渗与强度性能 ,1215 表3盐化处理实验后盐渍土的物理力学性质参数 Table 3 Variations of physical and chemical properties of saline soil after salinization treatment 土样 含水量， 密度，/ 干密度，P 孔隙比， 饱和度， 快剪 批次 相对密度， 编号 0(水)/% (g.cm-3) (g'cm-3) G s,/% 黏聚力，C/kPa内摩擦角，/（°） 1 20.3 1.55 1.29 2.77 1.13 49.76 28.2 18.7 2 21.4 1.59 1.31 2.78 1.15 51.73 26.9 17.2 第一次 22.1 1.61 1.32 2.77 1.20 51.01 25.8 16.4 平均 21.3 1.58 1.31 2.77 1.16 50.83 27.0 17.4 23.5 1.63 1.32 2.78 1.12 58.33 30.5 20.6 24.0 1.65 1.33 2.77 1.13 58.83 31.9 19.1 第二次 22.9 1.58 1.29 2.76 1.10 57.46 29.1 19.9 平均 23.5 1.62 1.31 2.77 1.12 58.21 30.4 19.9 23.5 1.64 1.33 2.78 1.03 63.49 39.0 21.6 22.4 1.69 1.38 2.78 0.90 69.11 34.7 25.7 第三次 3 25.3 1.72 1.37 2.78 1.07 66.04 40.0 28.4 平均 23.7 1.68 1.36 2.78 1.00 66.21 37.9 25.2 1 26.4 1.67 1.32 2.77 0.87 84.06 48.4 30.7 2 28.7 1.70 1.32 2.78 1.04 77.01 42.5 29.4 第四次 3 23.5 1.72 1.39 2.76 0.82 79.00 45.9 30.5 平均 26.2 1.70 1.34 2.77 0.91 80.02 45.6 30.2 1 24.1 1.74 1.40 2.78 0.79 84.81 48.9 31.3 2 28.4 1.71 1.33 2.77 1.01 77.89 44.7 30.8 第五次 25.2 1.76 1.41 2.79 0.91 77.26 45.3 32.7 平均 25.9 1.74 1.38 2.78 0.90 79.99 46.3 31.6 表4盐化处理实验前后盐渍土的渗透系数及含盐量 Table 4 Variations of infiltration coefficient and salt content before and after salinization treatment 渗透系数/(cms一) 盐的质量分数/% 批次 第一点 第二点 平均值 第一点 第二点 平均值 原始土样 4.96X10-5 4.96×10-5 4.96×10-5 2.042 2.042 2.042 第一次 1.53×10-6 2.12X106 1.83×10-6 2.843 2.806 2.825 第二次 7.48×10-7 5.67×10-7 6.58×10-7 3.658 3.642 3.650 第三次 3.03×10-8 1.84X10-7 1.07×10-7 4.560 4.340 4.450 第四次 2.42X10-8 3.17×10-8 2.80X10-8 5.984 5.828 5.906 第五次 2.55X10-8 3.01×10-8 2.78×10-8 6.883 6.992 6.938 表5盐化处理与碾压结合实验前后盐渍土的渗透系数 Table 5 Variations of infiltration coefficient of saline soil before and after salinization treatment and RCC 渗透系数/(cm一1) 渗透系数/(cms一) 批次 批次 第一点 第二点 平均值 第一点 第二点 平均值 原始土样 4.96×10-5 4.96×10-5 4.96×10-5 第三次 2.67×10-8 3.87×10-8 3.27×10-8 第一次 7.48×10-7 5.67×10-7 6.58×107 第四次 4.63X10-8 3.22X10-8 3.93×10-8 第二次 2.34×10-8 4.11×10-8 3.23×10-8
表3 盐化处理实验后盐渍土的物理力学性质参数 Table3 Variations of physical and chemical properties of saline soil after salinization treatment 批次 土样 编号 含水量 w（水）／％ 密度ρ／ （g·cm －3） 干密度ρd／ （g·cm －3） 相对密度 G 孔隙比 e 饱和度 Sr／％ 快剪 黏聚力C／kPa 内摩擦角φ／（°） 1 20∙3 1∙55 1∙29 2∙77 1∙13 49∙76 28∙2 18∙7 第一次 2 21∙4 1∙59 1∙31 2∙78 1∙15 51∙73 26∙9 17∙2 3 22∙1 1∙61 1∙32 2∙77 1∙20 51∙01 25∙8 16∙4 平均 21∙3 1∙58 1∙31 2∙77 1∙16 50∙83 27∙0 17∙4 1 23∙5 1∙63 1∙32 2∙78 1∙12 58∙33 30∙5 20∙6 第二次 2 24∙0 1∙65 1∙33 2∙77 1∙13 58∙83 31∙9 19∙1 3 22∙9 1∙58 1∙29 2∙76 1∙10 57∙46 29∙1 19∙9 平均 23∙5 1∙62 1∙31 2∙77 1∙12 58∙21 30∙4 19∙9 1 23∙5 1∙64 1∙33 2∙78 1∙03 63∙49 39∙0 21∙6 第三次 2 22∙4 1∙69 1∙38 2∙78 0∙90 69∙11 34∙7 25∙7 3 25∙3 1∙72 1∙37 2∙78 1∙07 66∙04 40∙0 28∙4 平均 23∙7 1∙68 1∙36 2∙78 1∙00 66∙21 37∙9 25∙2 1 26∙4 1∙67 1∙32 2∙77 0∙87 84∙06 48∙4 30∙7 第四次 2 28∙7 1∙70 1∙32 2∙78 1∙04 77∙01 42∙5 29∙4 3 23∙5 1∙72 1∙39 2∙76 0∙82 79∙00 45∙9 30∙5 平均 26∙2 1∙70 1∙34 2∙77 0∙91 80∙02 45∙6 30∙2 1 24∙1 1∙74 1∙40 2∙78 0∙79 84∙81 48∙9 31∙3 第五次 2 28∙4 1∙71 1∙33 2∙77 1∙01 77∙89 44∙7 30∙8 3 25∙2 1∙76 1∙41 2∙79 0∙91 77∙26 45∙3 32∙7 平均 25∙9 1∙74 1∙38 2∙78 0∙90 79∙99 46∙3 31∙6 表4 盐化处理实验前后盐渍土的渗透系数及含盐量 Table4 Variations of infiltration coefficient and salt content before and after salinization treatment 批次 渗透系数／（cm·s －1） 盐的质量分数／％ 第一点 第二点 平均值 第一点 第二点 平均值 原始土样 4∙96×10－5 4∙96×10－5 4∙96×10－5 2∙042 2∙042 2∙042 第一次 1∙53×10－6 2∙12×10－6 1∙83×10－6 2∙843 2∙806 2∙825 第二次 7∙48×10－7 5∙67×10－7 6∙58×10－7 3∙658 3∙642 3∙650 第三次 3∙03×10－8 1∙84×10－7 1∙07×10－7 4∙560 4∙340 4∙450 第四次 2∙42×10－8 3∙17×10－8 2∙80×10－8 5∙984 5∙828 5∙906 第五次 2∙55×10－8 3∙01×10－8 2∙78×10－8 6∙883 6∙992 6∙938 表5 盐化处理与碾压结合实验前后盐渍土的渗透系数 Table5 Variations of infiltration coefficient of saline soil before and after salinization treatment and RCC 批次 渗透系数／（cm·s －1） 第一点 第二点 平均值 原始土样 4∙96×10－5 4∙96×10－5 4∙96×10－5 第一次 7∙48×10－7 5∙67×10－7 6∙58×10－7 第二次 2∙34×10－8 4∙11×10－8 3∙23×10－8 批次 渗透系数／（cm·s －1） 第一点 第二点 平均值 第三次 2∙67×10－8 3∙87×10－8 3∙27×10－8 第四次 4∙63×10－8 3∙22×10－8 3∙93×10－8 第11期 李长洪等： 盐渍土盐化防渗与强度性能 ·1215·
,1216 北京科技大学学报 第30卷 (3)现场盐化处理实验结果表明：盐化处理法 treated saline ground.J Highway Transp Res Dev,2005.22(9): 中第三次及第四次倒入饱和盐水并蒸发后土层的渗 103 (黄晓波，杨志夏，周立新，等，盐渍土地基处理的浸水实验研 透性变化微小，经测试第四次倒入饱和盐水待蒸发 究.公路交通科技，2005,22(9)：103) 后便可满足工程设计的渗透性及力学强度要求，盐 [5]Lin Q H.Li C H.Huo B Y,et al.Engineering application of 化处理十碾压实验结果表明：第二次倒入卤水待蒸 saline soil after modification.J Unin Sci Technol Beijing.2007, 干碾压后便可满足工程设计要求，综合比较两种治 29(5):456 理方案发现：前者工期长但较经济，后者工期短但费 (林清华，李长洪，霍保营，等，盐渍土改性后在工程中的应用 北京科技大学学报，2007,29(5)：456) 用较高，这对大面积处理地基提供了宝贵实验依 [6]Zheng J P.Qinghai-Tibet Plateau Salt Lake.Beijing:Beijing 据 Science and Technology Press.1989:84 (4)由于研究区域为无人区，抽入盐田的卤水 (郑绵平.青藏高原盐湖，北京：北京科学技术出版社，1989：84) 可从附近盐湖中直接抽取，对地下水及周围环境并 [7]Lei H Y,Zhang W S,Zhang X F,et al.Study on engineering 无污染和破坏，因此盐化处理法在地下水位较低、气 property indexes of ultracholrine saline soil.I Changchun Univ 候干燥的西藏扎布耶盐湖地区是既有效又经济的治 Sci Technol,2001,31(1):70 (雷华阳，张文殊，张喜发，等·超氯盐渍土的工程特性指标研 理方案，该方法已投入本工程的实际应用中并取得 究.长春科技大学学报，2001,31(1)：70) 了良好效果，为即将建造的二期盐田工程提供了成 [8]Tang DX.Rock and Soil Engineering Science.Beijing:Geologi- 功例证 cal Publishing House.1987:207 (唐大雄.工程岩土学.北京：地质出版社，1987：207) 参考文献 [9]Lin Q H.Zhang Y S.Fang X S.Difference analysis on seepage test results for the saline soil at Zhabuye Salt Field in Tibet [1]Construction Ministry of the People's Republic of China. Geotech Invest Surv.2005(4):28 GB50021-2001 Geotechnical Engineering Exploration Stan- (林清华，张永生，方雪松.西藏扎布耶盐湖盐田盐渍土渗水实 dards.Beijing:China Architecture&Building Press.2002:82 验差异性分析.工程勘察，2005(4)：28) (中华人民共和国建设部.GB50021一2001岩土工程物察规 [10]Lin Q H.Li C H.Wu C Q.et al.Seepage model of salt field- 范-北京：中国建筑工业出版社，2002：82) JUniv Sci Technol Beijing.2007.29(1):11 [2]Guan H.Reinforcement treatment of saline soil foundation. (林清华，李长洪，吴昌群，等盐渍土渗透模型北京科技大学 Shanxi Archit,2003,29(3):62 学报，2007,29(1)：11) (关宏盐渍土地基的加固处理.山西建筑，2003,29(3)：62) [11]Construction Ministry of the People's Republic of China. [3]Xu YZ.Saline Soil Foundation.Beijing:China Architecture GB5007-2002 Construction Foundation Design Standards Building Press,1993:32 Beijing:China Architecture&Building Press,2002:34 (徐攸在，盐渍土地基.北京：中国建筑工业出版社，1993：32) (中华人民共和国建设部.GB5007一2002建筑地基基础设计 [4]Huang X B.Yang Z X.Zhou L X,et al.Study on soaking test of 规范北京：中国建筑工业出版社，2002：34)
（3） 现场盐化处理实验结果表明：盐化处理法 中第三次及第四次倒入饱和盐水并蒸发后土层的渗 透性变化微小经测试第四次倒入饱和盐水待蒸发 后便可满足工程设计的渗透性及力学强度要求．盐 化处理＋碾压实验结果表明：第二次倒入卤水待蒸 干碾压后便可满足工程设计要求．综合比较两种治 理方案发现：前者工期长但较经济后者工期短但费 用较高．这对大面积处理地基提供了宝贵实验依 据． （4） 由于研究区域为无人区抽入盐田的卤水 可从附近盐湖中直接抽取对地下水及周围环境并 无污染和破坏因此盐化处理法在地下水位较低、气 候干燥的西藏扎布耶盐湖地区是既有效又经济的治 理方案．该方法已投入本工程的实际应用中并取得 了良好效果为即将建造的二期盐田工程提供了成 功例证． 参 考 文 献 ［1］ Construction Ministry of the Peopleʾs Republic of China． GB50021－2001 Geotechnical Engineering Exploration Standards．Beijing：China Architecture ＆ Building Press2002：82 （中华人民共和国建设部．GB50021－2001岩土工程勘察规 范．北京：中国建筑工业出版社2002：82） ［2］ Guan H． Reinforcement treatment of saline soil foundation． Shanxi A rchit200329（3）：62 （关宏．盐渍土地基的加固处理．山西建筑200329（3）：62） ［3］ Xu Y Z．Saline Soil Foundation．Beijing：China Architecture ＆ Building Press1993：32 （徐攸在．盐渍土地基．北京：中国建筑工业出版社1993：32） ［4］ Huang X BYang Z XZhou L Xet al．Study on soaking test of treated saline ground．J Highway T ransp Res Dev200522（9）： 103 （黄晓波杨志夏周立新等．盐渍土地基处理的浸水实验研 究．公路交通科技200522（9）：103） ［5］ Lin Q HLi C HHuo B Yet al．Engineering application of saline soil after modification．J Univ Sci Technol Beijing2007 29（5）：456 （林清华李长洪霍保营等．盐渍土改性后在工程中的应用． 北京科技大学学报200729（5）：456） ［6］ Zheng J P． Qinghai-Tibet Plateau Salt L ake．Beijing：Beijing Science and Technology Press1989：84 （郑绵平．青藏高原盐湖．北京：北京科学技术出版社1989：84） ［7］ Lei H YZhang W SZhang X Fet al．Study on engineering property indexes of ultracholrine saline soil．J Changchun Univ Sci Technol200131（1）：70 （雷华阳张文殊张喜发等．超氯盐渍土的工程特性指标研 究．长春科技大学学报200131（1）：70） ［8］ Tang D X．Rock and Soil Engineering Science．Beijing：Geological Publishing House1987：207 （唐大雄．工程岩土学．北京：地质出版社1987：207） ［9］ Lin Q HZhang Y SFang X S．Difference analysis on seepage test results for the saline soil at Zhabuye Salt Field in Tibet． Geotech Invest Surv2005（4）：28 （林清华张永生方雪松．西藏扎布耶盐湖盐田盐渍土渗水实 验差异性分析．工程勘察2005（4）：28） ［10］ Lin Q HLi C HWu C Qet al．Seepage model of salt field． J Univ Sci Technol Beijing200729（1）：11 （林清华李长洪吴昌群等．盐渍土渗透模型．北京科技大学 学报200729（1）：11） ［11］ Construction Ministry of the People’s Republic of China． GB5007－2002 Construction Foundation Design Standards． Beijing：China Architecture ＆ Building Press2002：34 （中华人民共和国建设部．GB5007－2002建筑地基基础设计 规范．北京：中国建筑工业出版社2002：34） ·1216· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷