王 濤，唐瑞兆，李慎剛，趙旭東，李永明

(1.中鐵七局第三工程有限公司 西安市 710000； 2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院 沈陽(yáng)市 110004)

0 引言

鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱，具體是指易溶鹽含量大于或等于0.3%且小于20%，并具有溶陷或鹽脹等工程性質(zhì)的土[1]。天然狀態(tài)下的鹽漬土，在土的自重壓力或附加壓力作用下受水浸濕時(shí)產(chǎn)生的變形稱作鹽漬土的溶陷。鹽漬土的沉降主要由地基受荷載作用產(chǎn)生的壓密和結(jié)晶鹽溶解所產(chǎn)生的附加溶陷兩部分組成。

鹽漬土作為環(huán)境敏感性巖土，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者都對(duì)其各種性質(zhì)進(jìn)行了大量研究。前蘇聯(lián)從上世紀(jì)40年代起就開始對(duì)鹽漬土的形成條件和分布規(guī)律進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了硫酸鹽漬土的工程性質(zhì)和施工方法，并在鹽漬土的溶陷性和鹽脹性方面上取得了顯著的成效[2]；Al-Amoudi應(yīng)用改進(jìn)的固結(jié)儀與ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鹽漬土試樣的溶陷性進(jìn)行了測(cè)試，指出干旱、鹽堿地區(qū)的土壤具有高溶陷性的原因是土中強(qiáng)氯化物成分的溶解、帶電離子之間的相互作用和土顆粒的變位[3]；改良土的最早應(yīng)用是為了利用當(dāng)?shù)赝亮蠟橹饕?，采用土、石灰、粉煤灰和水泥等無機(jī)結(jié)合料的混合物，作為廉價(jià)筑路材料。

在鹽漬土地基溶陷性方面，國(guó)內(nèi)許多單位和個(gè)人依托工程實(shí)際進(jìn)行了不少研究工作；在青海、新疆許多地方都對(duì)鹽漬土的溶陷性做過不少現(xiàn)場(chǎng)浸水荷載試驗(yàn)，對(duì)這些地區(qū)鹽漬土地基的溶陷規(guī)律和溶陷性做出了科學(xué)的評(píng)價(jià)，程?hào)|幸選擇河西走廊西段典型粗顆粒鹽漬土進(jìn)行了室內(nèi)浸水溶陷試驗(yàn)，指出影響粗粒鹽漬土溶陷性的因素是多重的，其中不僅包括含鹽量和含水量，還包括粗顆粒含量、土體密實(shí)度以及滲透系數(shù)等[4]。

截止到目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)鹽漬土基本性質(zhì)及其成因及影響因素的研究已經(jīng)逐漸完善，接下來逐漸開始對(duì)鹽漬土進(jìn)行改良性研究，提升其工程性質(zhì)。從碳酸鹽漬土入手，利用水泥攪拌摻入改良的形式，探討水泥對(duì)碳酸鹽漬土溶陷性的改良效果。

1 吉林通榆地區(qū)鹽漬土基本性質(zhì)

以大慶至廣州高速公路雙遼至嫩江聯(lián)絡(luò)線—雙遼至洮南段高速公路為背景，該地區(qū)鹽漬土分布較廣泛，大多為碳酸鹽漬土。該地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，夏季多雨，冬季寒冷，夏季降雨和寒區(qū)凍融造成的含水量變化會(huì)使鹽漬土產(chǎn)生較大的溶陷沉降，對(duì)路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。

試驗(yàn)用土取自吉林省通榆縣，取土深度為地表下70cm，其天然含水率為12.36%，天然密度為1.625g/cm3，液限為23%，塑限為16%，塑性指數(shù)為7%，為含砂低液限粘土，最優(yōu)含水率為12.80%，對(duì)應(yīng)的最大干密度為2.06g/cm3，PH值為10.39～10.63，呈弱堿性。粒徑組成及易溶鹽含量見表1和表2。

2 溶陷變形試驗(yàn)

2.1 試樣制備

將土樣在風(fēng)干或低溫(小于60℃)烘干后，在研缽內(nèi)碾碎，并過2mm篩，將篩下土攪拌均勻。按照12.8%的最佳含水率計(jì)算加入水的質(zhì)量，利用噴壺噴灑加入蒸餾水，攪拌均勻，在密閉環(huán)境下悶料24h。選用標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥，分別按照3%、5%、7%的摻量摻入之前制備好的鹽漬土中，攪拌均勻。按照壓實(shí)度不低于95%計(jì)算試樣密度，從而根據(jù)設(shè)備體積計(jì)算所需試樣質(zhì)量。試樣名稱和對(duì)應(yīng)水泥摻量見表3。

表1 土樣粒徑分析結(jié)果

表2 土樣易溶鹽含量分析結(jié)果

表3 溶陷試驗(yàn)試樣

2.2 試驗(yàn)步驟

按照《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》，采用單線法進(jìn)行鹽漬土室內(nèi)溶陷試驗(yàn)。將試樣按常規(guī)步驟裝到固結(jié)儀上，預(yù)加1.0kPa載荷使試樣和儀器各部分緊密接觸，百分表調(diào)至零，去掉預(yù)壓荷載。加載時(shí)，0～200kPa按照每25～50kPa為一級(jí)載荷，大于200kPa后每50～100kPa為一級(jí)載荷，逐級(jí)加載，每級(jí)載荷試壓時(shí)隔10～30min讀取百分表讀數(shù)，至該級(jí)載荷變形穩(wěn)定為止，變形標(biāo)準(zhǔn)為每小時(shí)變形量不大于0.01mm。當(dāng)加荷到200kPa且變形穩(wěn)定后，加淡水使試樣浸水溶濾，讀取浸水后試樣變形量至穩(wěn)定為止；逐級(jí)加載到終極壓力，讀取各級(jí)變形量至穩(wěn)定為止。

測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，按照規(guī)范繪制溶陷試驗(yàn)曲線圖，并按下式計(jì)算試樣溶陷系數(shù)：

(1)

式中：h0—鹽漬土不擾動(dòng)土樣的原始高度；

Δhp—壓力P作用下浸水變形穩(wěn)定前后土樣高度差；

hp—壓力P作用下變形穩(wěn)定后土樣高度。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

鹽漬土溶陷系數(shù)是指豎向壓力p=200kPa下的溶陷變形，是作為評(píng)價(jià)鹽漬土溶陷性的指標(biāo)，溶陷系數(shù)越大，說明鹽漬土溶陷量越大，工程性質(zhì)越差。溶陷試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)見表4。

表4 溶陷試驗(yàn)沉降量數(shù)據(jù)

圖1 試樣沉陷量趨勢(shì)圖

如圖1所示，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，摻加水泥的鹽漬土試樣溶陷系數(shù)大幅減小，試樣A2、A3、A4溶陷系數(shù)較A1分別減小了58.23%、76.58%、82.91%，可見水泥的摻入對(duì)鹽漬土溶陷性有較為明顯的改善；但是隨著水泥含量的提升，鹽漬土溶陷系數(shù)減小幅度逐漸減小，試樣A2、A3、A4分別相較于試樣A1、A2、A3的溶陷系數(shù)減小了58.23%、43.94%、27.03%，說明水泥改良鹽漬土溶陷性的能力不是無限增加的，存在改良最高點(diǎn)，達(dá)到該點(diǎn)之后，繼續(xù)添加水泥摻量也不會(huì)對(duì)鹽漬土溶陷性有更好的改善能力。

對(duì)溶陷系數(shù)曲線按照反比例函數(shù)進(jìn)行擬合分析，擬合方程如下：

圖2 試樣溶陷系數(shù)趨勢(shì)圖

Y=0.21X-1.08

方差為0.9969，前期水泥摻量少時(shí)擬合程度較低，隨著水泥摻量的提高，擬合程度逐漸升高，說明水泥摻量和鹽漬土樣的溶陷系數(shù)呈現(xiàn)一種大致上的反比例關(guān)系，一方面隨著水泥摻量的增加，溶陷系數(shù)逐漸減?。灰环矫嫠鄵搅颗c溶陷系數(shù)是非線性關(guān)系，溶陷系數(shù)減小幅度逐漸減小。對(duì)于實(shí)際工程中，可以根據(jù)求得的擬合方程大致推斷出改良鹽漬土目標(biāo)溶陷系數(shù)所需水泥摻量，對(duì)于施工及試驗(yàn)研究有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

(1)該地區(qū)鹽漬土具有較強(qiáng)的溶陷性，試驗(yàn)過程中，注水后短時(shí)間內(nèi)沉降量增加較快，性質(zhì)較差，不適合直接做公路路基使用；

(2)根據(jù)擬合方程Y=0.21X-1.08，可推斷出改良鹽漬土目標(biāo)溶陷系數(shù)所需水泥摻量范圍；

(3)摻入水泥能有效改良鹽漬土的溶陷性，較大幅地降低鹽漬土的溶陷系數(shù)，但是水泥改良鹽漬土溶陷性的能力不是無限增加的，存在改良最高點(diǎn)，達(dá)到該點(diǎn)之后，繼續(xù)增加水泥摻量也不會(huì)對(duì)鹽漬土溶陷性有更好的改善。