盐渍土有什么工程特性
盐土的质地一般较粘重。除苏打盐土外,盐土胶体多呈凝絮状态,因而有较好的结构。盐基饱和,一般呈碱性反应。除草甸盐土外,腐殖质含量一般很低。除含盐母质上形成的盐土外,盐土的盐分含量沿剖面分布多呈上多下少的特点。
碱土的物理性质很差,有机胶体和无机胶体高度分散,并淋溶下移,表土质地变轻,碱化层相对粘重,并形成粗大的不良结构。湿时膨胀泥泞,干时收缩硬结,通透性和耕性极差。
扩展资料
盐渍土所处地形多为低平地、内陆盆地、局部洼地以及沿海低地,这是由于盐分随地面、地下径流而由高处向低处汇集,使洼地成为水盐汇集中心。但从小地形看,积盐中心则是在积水区的边缘或局部高处,这是由于高处蒸发较快,盐分随毛管水由低处往高处迁移,使高处积盐较重。
此外,由于各种盐分的溶解度不同,在不同地形区表现出土壤盐分组成的地球化学分异,即由山麓平原、冲积平原到滨海平原,土壤和地下水的盐分一般是由重碳酸盐、硫酸盐逐渐过渡到氯化物。
参考资料来源:百度百科-盐渍土
盐渍土形成的基本模式
根据上述包气带与外部环境间的盐分交换关系,可以将盐渍土的成因归纳为两种模式。
(一)盐分单向输入的土壤盐渍化模式
在潜水埋藏深度较大,毛细上升高度远低于植物根系主动能区的地段,潜水既不能为土壤层和植物供给水分,也不会供给盐分。土壤盐分主要来自地表,由风尘、大气降水、灌溉水或暂时性地表径流所携带的盐分提供,形成由上而下的盐分输入方式。如在年降水量小于100mm的荒漠区,风力可将远处盐池、盐沼泽表层的盐粉带到高空,之后随降尘落到荒漠区或由降水带到地表。研究表明,干旱荒漠区的大气降水中含盐量一般达到几十毫克/升,最高可达0.2g/L,比湿润区雨水的含盐量高出3~4倍。由于降水稀少,每次降水仅能湿润地表,最多使数厘米的表土层含水量有所增大,难以形成补给潜水的下渗水流。滞留在土壤包气带的水分,在强大蒸发作用下,将不断丧失,降水携带的盐分则留在土壤中,日积月累,地表形成盐分聚集的结皮,成为天然的盐渍土(图10-2)。这类盐渍土广布于我国的内蒙古、青海、新疆等地。
图10-2 盐分单向输入的土壤积盐模式
对于这种成因的盐渍土,人们常用刮去盐结皮的办法,将盐碱地改造成可垦殖的土地。
最近几十年来,在一些干旱、半干旱地区,由于灌溉水短缺,人们也常将微咸水或污水作为灌溉用水的补充水源,或采取喷灌、滴灌、渗灌等节水农灌措施,以节省用水量。这在一定程度上会促成盐分单向输入的积盐模式。因此,无论利用劣质水灌溉方式,还是采用节水灌溉方式,都必须在适当时机对土壤积累的盐分进行淋洗,以保证土地的长期可利用性。
(二)盐分双向输入的土壤盐渍化模式
这种盐渍土形成模式大多发生在毛细上升高度接近或高于植物根系主功能区的地下水浅埋藏地段。这种条件下,土壤包气带的盐分输入来自两个方向:一是大气中飘浮的盐粉的沉降以及降水和灌溉水携带的盐分随入渗水进入土壤,构成自地表向土壤层的盐分输入过程;二是地下潜水或上层滞水通过毛细管吸水,自下而上地向土壤包气带输入盐分。在强烈的蒸发作用下,土壤包气带中水分不断耗散,致使水去盐留过程不断持续,最终形成盐渍土(图10-3)。
图10-3 盐分双向输入的土壤积盐模式
盐分双向输入的盐渍土形成模式是干旱、半干旱地区,农田、平原水库周边、渠道两侧和地形局部低洼处等地下水浅埋区形成盐渍土的主要模式。
盐渍土处理技术
盐渍土是指含盐量超过一定数量的土。我国颁布的《盐渍土地区建筑规范》(SYT0317—1997)规定,当地基土中易溶盐含量超过0.3%时,就应按盐渍土地基进行勘察、设计和施工。
盐渍土地基的危害主要体现在以下3个方面:①盐渍土地基浸水后,因盐溶解而产生地基溶陷;②某些盐渍土(如含硫酸钠的土)地基,在温度或湿度变化时,会产生体积膨胀,危害建筑物和地面设施;③盐渍土中的盐溶液会导致建筑物和地下设施的材料腐蚀。
盐渍土地基处理的目的主要在于改善盐渍土的工程性质,消除或减小地基因浸水而引起的溶陷或盐胀等。盐渍土地基处理的范围和厚度应根据其含盐类型、含盐量、分布状态、盐渍土的物理和力学性质、溶陷等级、盐胀特性及建筑物类型等确定。
1.盐渍土地基溶陷的处理方法
大量的工程和试验表明,盐渍土在天然状态下,由于盐的胶结作用,其承载力一般都较高,可作为一般工业和民用建筑的良好地基,但当盐渍土地基浸水后,土中易溶盐被溶解,溶陷迅速发生,承载力显著下降。盐渍土的地基处理方法主要有预浸水法、强夯法、换土垫层法、盐化处理等,也可将预浸水法与强夯法结合起来,即先浸水后强夯,这种方法在处理含结晶盐较多的砂石类土中效果较好。
(1)预浸水法
预浸水法是对拟建建筑物的地基预先浸水,在渗透过程中,土中易溶盐溶解,并渗流到较深的土层中,易溶盐的溶解破坏了土体的结构,土体在自重压力下产生压密,导致土层溶陷。预浸水法具有处理效果较好、施工方便、成本低等特点,适用于厚度较大、渗透性较好的砂性土类盐渍土,对于渗透性较差的粘性土效果不好,一般不采用。
采用预浸水法处理盐渍土地基时,浸水场地面积应根据建筑物的平面尺寸和溶陷土层厚度确定,浸水场地平面尺寸每边应超过拟建建筑物边缘不小于2.5m,浸水深度应达到或超过地基溶陷性土层厚度或预计可能的浸水深度。浸水水头高度不宜低于0.3m,浸水时间一般为2~3个月,浸水量一般与盐渍土类型、含盐量、厚度、水的矿化度及浸水时气温等因素有关,根据有关资料,建议按下式估算浸水量:
地质灾害防治技术
式中:Q为1m厚盐渍土层,累积1m2的浸水量(m3);K为与浸水的矿化度有关的系数,低、中矿化度取1.0,对高矿化度(大于1000mg/L)的水取1.5;n为与盐渍土类型有关的系数,对砂、砾和卵石可取1.0,对粉土取1.5,对粘性土取1.7;C为地表下1m厚土层的平均含盐量(%);t为浸水时的平均气温(℃)。
采用浸水预溶方法处理地基应注意如下几点:
1)浸水预溶不得在冬季有冻结可能的条件下进行;
2)应考虑对邻近建筑物和其他设施的影响,根据某些试验结果,其影响半径可达到1.2倍的浸水坑直径;
3)浸水预溶结束10天左右应进行基础施工,在施工过程中应保持地基土湿润,因为在含水量降低的情况下,土的溶陷性有恢复的可能性。
(2)换土垫层法
对于溶陷性较高,但不很厚的盐渍土采用换土垫层方法消除其溶陷性是较为可靠的,即把基础下一定深度范围内的盐渍土挖除,如果盐渍土层较薄,可全部挖除,然后回填不含盐的砂石、灰土等替换盐渍土层,分层压实。作为建筑物基础的持力层,可部分消除或完全消除盐渍土的溶陷性,减小地基的变形,提高地基的承载能力。
在盐渍土地区,当盐渍土层仅存在于地表下1~5m厚时,可采用砂石垫层处理地基,将基础下盐渍土层全部挖除,回填不含盐的砂石材料(也可采用土垫层或灰土垫层)。应注意,此种方法仅适用于当盐渍土层不厚,可全部替换时。因砂石垫层透水性较好,如果砂石垫层下还残留部分溶陷性盐渍土层时,则地基浸水后同样会产生溶陷。采用砂石垫层是针对完全消除地基溶陷而言,其挖除深度随盐渍土层厚度而定,但一般不宜大于5m,太深会给施工带来较大困难,也不经济。
砂石垫层的厚度应保证下卧层顶面处的压应力小于该土层浸水后的承载力,还应保证垫层周围盐渍土溶陷时砂石垫层的稳定性,如果垫层宽度不够,四周盐渍土浸水后产生溶陷,强度降低,垫层就有可能部分被挤入侧壁的盐渍土中,使基础沉降增大。砂石垫层宽度的计算一般采用扩散角法,以条形基础为例,砂石垫层的底宽应满足如下公式:
地质灾害防治技术
式中:B′为砂石垫层底宽(m);B为条形基础的宽度(m);z为砂石垫层的厚度(m);θ为垫层压力扩散角(°),当垫层材料为碎石时,θ=40°;当垫层材料为粗砂或中砂时,θ=30°。
不论是条形基础还是矩形基础,垫层每边超出基础底面的宽度不得小于垫层厚度的25%,并不得小于0.5m。
砂石垫层的材料必须有足够的强度,应选用不含盐,颗粒级配良好,质地坚硬的中粗砂、砾砂、卵石或碎石(粒径小于50mm),但要注意,许多地方砂中含盐量较高,施工前须经洗盐处理,颗粒不均匀系数大于10为宜,回填材料含泥量不得大于5%,不得含有草根、垃圾等有机杂物。
基坑开挖后,应验证基坑底部土层确实为非盐渍土时方可进行下一步施工。施工时应控制最佳含水量,分层铺设并夯(压)实,确保垫层的密实度达到设计要求,垫层底面应铺设在同一标高上。垫层夯(压)实方法常用的有平振法、夯实法和碾压法等。
施工时现场要进行记录,每一层的密实度经检验合格后,方可进行上一层的施工,质量检验可采用容积不小于500cm3的环刀压入垫层中取样,测定其干重度,以不小于砂料在中密状态时的干重度为合格,如中砂一般为15.5~16.0kN/m3。对于有特殊要求或重要的建筑物,宜进行现场载荷试验检验施工质量。
如果全部清除盐渍土层较困难,也可以部分清除,将主要影响范围内的溶陷性盐渍土层挖除,铺设灰土垫层。采用灰土垫层,一方面清除了地基持力层上部土层的溶陷性,另一方面灰土垫层具有良好的隔水性能,对垫层下残留的盐渍土层具有防水作用。
灰土垫层分为局部垫层和整片垫层两种。对溶陷等级为Ⅱ、Ⅲ级的盐渍土地基,除了次要建筑以外,宜采用整片式灰土垫层,其垫层超出外墙基础宽度不宜小于垫层厚度,并不得小于1.5m。对于大跨度或特殊柱距的工业厂房等独立结构,采用整片灰土垫层则挖土方量太大,影响施工进度,也不经济;可采用局部处理,但垫层每边超出基础底面的宽度不得小于灰土垫层厚度的40%,并不得小于0.5m。
灰土垫层的施工可按《盐渍土地区建筑规范》(SYT 0317—1997)进行。一般由备料、搅拌、铺设、夯实和质量检验等几个工序组成。
1)备料:选择适宜的土料作灰土垫层。土料中不宜含有盐类,尤其不得含有硫酸盐类,如条件限制,应根据含盐土料的灰土垫层强度和渗透试验结果确定,其含盐率不得超过0.8%。土料塑性指数介于10~20之间为宜,铺设效果好。施工前土料应过筛,粒径大于15mm的土、耕植土、冻土、建筑垃圾及有机杂质大于8%的土料等都不得使用。石灰应以生石灰块消解3~4天后使用,需粉碎过筛,其粒径不得大于5mm,熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰块,也不得有过多水分,石灰质量应符合国家技术标准规定的Ⅱ级以上的生石灰或消石灰的技术指标,要尽量缩短石灰的存放时间,不宜超过3个月,长期存放将降低石灰活性。
2)搅拌:将3∶7或2∶8的灰土与一定量的水混合在一起,搅拌均匀,并控制含水量。施工现场直接检验方法一般是用手将灰土紧握成团,两指轻捏即碎为宜,这时的灰土基本上接近最佳含水量,如果灰土料水分过多或不足时,应晾干或洒水润湿。搅拌可分为就地搅拌和集中搅拌两种,视工程对象和施工条件而定。
3)铺设:铺设灰土前必须验收基坑(槽),大面积的整片垫层,可分段开挖、分层回填、夯(压)密实,但不得在墙角、柱基和承重窗间墙下接缝。上、下两层应避免竖向接缝,其错开距离不宜小于1.0m。在施工缝两侧各1.0m范围内,应增加夯(压)实遍数。每层铺设厚度应视夯(压)实的不同机具而定,一般为200~300mm。
4)夯(压)实:将铺设的灰土夯(压)实到设计或规定的密度,根据工程要求及施工条件参考表4-4的方法确定。每层灰土的夯(压)实遍数应根据现场试验确定。
表4-4 灰土垫层夯(压)实方法和铺设厚度
灰土垫层施工结束后,应击实,再进行基础施工和回填基坑,防止日晒雨淋。
5)质量检验:灰土垫层的每一道工序都应重视质量检验工作,施工质量检验包括选用灰土料的配和比、灰土搅拌均匀程度、用水量、灰土的干重度、垫层的强度和抗渗指标等。施工中应分层取样检验,取样位置应在每层表面下2/3厚度处,测定灰土垫层的干重度,取样数量不应少于下列要求:整片灰土垫层,每100m2取2处;独立基础下灰土垫层,每个取1处;条形基础下的灰土基础,每30m2取1处,每个施工段取2处;管道基础下的灰土垫层,每50m2取1处,每个施工段取2处。
当盐渍土层较厚时,砂石垫层可改为砂石墩,灰土垫层则改成灰土墩。另外,砂、石和灰土等材料耐腐蚀的性能比混凝土或钢筋混凝土好,适宜在盐渍土地区使用。
此外,还可采取盐化处理法、强夯法以及桩基等方法进行盐渍土地基的防溶陷处理,可参考相关规范进行设计和施工。
2.防止盐渍土地基盐胀
盐渍土的盐胀一般指碳酸盐盐渍土的盐胀和硫酸盐盐渍土的盐胀,前者在我国的分布面积较小,其危害程度也较低;而后者分布较广,对工程造成的危害大,在某些地区(如新疆)危害相当严重。所以,国内的一些防止盐渍土盐胀的措施主要是针对硫酸盐盐渍土而言。下面介绍几种在国内证明此较有效地防止硫酸盐盐渍土盐胀的方法。
(1)设施变形缓冲层
我国新疆硫酸盐盐渍土地区,广泛采用这种方法来防止盐胀破坏建筑物地坪,取得了良好的效果。这种做法是在地坪下设一层厚20cm左右的不含砂的大粒径卵石层,小头朝下立栽于地,使盐胀变形得到缓冲。缓冲层的构造如图4-15所示。
图4-15 缓冲层的构造
(2)设地面隔热层
盐渍土地基因盐胀而隆起的大小,除与硫酸盐的含量有关外,主要取决于土的温度和湿度的变化。当土温的变化范围小于某极值[Δt]时,即使含硫酸盐较多的土,因无相变而不产生体积变化,所以在天然情况下,土中一定深度(h)以下,地温由t2变成t2′时,因t2-t′2[Δt],故不产生盐胀,盐胀只在有效盐胀区范围内出现。
根据这一原理,如在地面设一隔热层,使盐渍土层顶面的温度变化减小到t2-t′2[Δt],则有效盐胀厚度h=0,就可以达到完全消除盐渍土地基盐胀的目的,而不需要采用换土垫层法,将盐渍土挖除。
隔热层的厚度(δ)可由土的一维稳定热传导理论,根据简化的计算公式求得。若最大月平均气温的变化为Δt=t0-t′0。其中t0为当地最高月平均气温(℃),t′0为当地最低月平均气温(℃),则有
地质灾害防治技术
式中:λ为隔热材料的导热系数(W/m·℃),由试验确定或热工材料手册查得;α为隔热材料的吸(或放)热系数(W/m·℃),由试验确定或热工手册查得;Δt0为最大的月平均气温变化(℃),由当地气象资料查得;Δtl为最大的月平均地温变化(℃),由当地气象资料查得;[Δt]为不同地温和硫酸盐浓度下,产生盐胀的地温变化极值(℃)。
为了保持隔热材料的持久性,通常在其顶面铺设防水层,防止地面水渗入隔热层。
盐渍土的土壤分类
盐渍土纲依前述的诊断层和诊断特性分为盐土和碱土两个土类。亚类划分依据是反映主要成土过程和附加成土过程形成的土壤性态特征,并考虑盐碱的起源和水盐运动状况以及改良利用等因素。 (Solonchak)
中国从热带到寒带,从滨海到内陆,从低地到高原,均有盐土分布,如地处内陆的华北、东北和西北,地处滨海的苏北、渤海沿岸,以及浙江、福建、广东、海南和台湾等省沿海地带。本土类的主要性状前面已有介绍,这里简介8个盐土亚类的主要特征。 1.典型盐土(Typicsolonchak)本亚类是内陆盐土的典型亚类。地下水可通过毛管上升强烈蒸发,长期积盐使土表有较厚的盐结壳,蒸降比越大,盐结壳越厚。盐壳厚度可达5—10厘米甚至数十厘米,盐分含量高达800—1000克每千克。地面光裸或仅生长稀疏的盐生植物,腐殖质层极不明显,有机质含量低于10克每千克土。
2.草甸盐土(Meadowsolonchak)本亚类受地下水的影响,积盐的同时附加生草成土过程,有明显的腐殖质层,腐殖质累积程度随盐渍化程度的加强而减弱。
3.碱化盐土(Alkalizedsolonchak)本亚类包括碳酸钠盐土(即苏打盐土,俗称马尿碱)和碳酸镁盐土(俗称白板土或青白土)。主要受地下水影响,在季节性积盐脱盐过程的同时,附加碱化过程。苏打盐土既含有较多的易溶盐(尤其是含有显著的苏打),又有较多的交换性钠,pH9,土壤高度分散,湿时膨胀,干时板结,通透性极差。碳酸镁盐土的性质与苏打盐土类似。国外许多文献把ESP高且含大量中性可溶盐的土壤作为一个独立的“盐-碱土(Alkalinesodicsoil)”土类。
4.沼泽盐土(Boggysolonchak)本亚类多零星分布于半荒漠及荒漠地区平浅洼地边缘,受地下水和地面水双重影响,积盐过程的同时附加沼泽过程。地表有白色结晶、盐结皮或盐结壳。
5.潮盐土(Aquicsolonchak)本亚类受地下水和地面水双重影响,积盐过程附加人类耕种成土过程。
6.洪积盐土(Siltedsolonchak)本亚类主要分布在荒漠地区一些山前洪积扇和洪积平原上。地下水位深,不参与现代积盐过程。土壤积盐过程是山洪、盐泉水作用的结果。
7.残余盐土(Residualsolonchak)曾称残积盐土,俗称“干盐土”或“旱盐土”。残余积盐是过去水成阶段的土壤积盐,由于地壳上升或侵蚀基准面下降等原因,地下水位下降,古盐土的盐分虽有不同程度的淋溶,但在干旱气候条件下大部分残留于土壤中。残余盐土最大聚盐层在亚表层,盐分组成是表层、亚表层以硫酸盐为主,心、底土层则为氯化物-硫酸盐或硫酸盐-氯化物,既保留过去盐分向上累积的特点,也显示盐分向下淋溶的迹象。
8.滨海盐土(Coastalsolonchak)本亚类分布于沿海,积盐过程的盐分补给方式主要是海水浸渍和溯河倒灌。沿海地区入海河流携带大量泥沙在近海沉积,当其还处于水下堆积阶段时,就为高矿化海水所浸渍而成盐渍淤泥。在堆积物出水成陆、其上有高等植物生长之前,盐分的累积属地质过程,高等植物着生后,则开始土壤盐化过程。在蒸发作用下,土壤表层含盐量超过盐渍淤泥,地下水矿化度也因蒸发浓缩而增高,同时,海水随海潮入侵及溯河倒灌,向滨海及河流近岸地下水继续供给盐分,参与土壤积盐过程。滨海盐土具有不同于内陆盐土的一系列特性:不仅表层积盐重、心土层含盐量也很高;盐分组成与海水基本一致,以氯化物占绝对优势;土壤积盐程度随生物气候带而异,如中国从南到北积盐强度由小变大;由于各地成陆时期和开垦历史不同,各种滨海盐土大致平行于海岸呈带状分布,从海向陆,土壤含盐量和地下水矿化度渐次递减。滨海盐土上的植物群落,依土壤盐渍度不同按一定的顺序更替,随着植物群落的更替,相应地由滨海盐土向各种滨海盐化土演变。
碱土各亚类关系示意如图 (Solonetz)
碱土在中国分布面积不大,零星分布在东北、内蒙古、新疆以及黄、淮、海平原等地。碱土的主要性状前面已述,这里介绍碱土的4个亚类。1.草甸碱土(Meadowsolonetz)本亚类以碱化过程为主,伴随草甸和盐化附加过程,又称为盐化碱土。主要分布在半干旱区,多呈斑块状出现于低平地形的稍高部位,常与苏打盐土构成复域。多生长耐盐的草甸草原植物。区别于其他碱土亚类的形态特点是:在碱化层之下为锈色的、浅灰色的潜育层。
2.草原碱土(Steppesolonetz)本亚类的现代成土过程主要是脱碱草原化过程。主要分布在干草原和荒漠草原地带与黑钙土、栗钙土等地带性土壤呈复域分布。在同一地区内,本亚类出现的地形部位比草甸碱土高。因受明显的淋溶作用,含盐量和碱化度比草甸碱土小。
3.龟裂碱土(Takyricsolonetz)本亚类是荒漠、半荒漠地带的碱土,俗称“白僵土”。多分布于山前洪积细土平原、古老冲积平原以及河成老阶地的相对低平处,常与盐土和孤立的矮小沙丘组成复域。地下水不参与现代成土过程,主要通过地面间歇水的淋溶使盐化土壤脱盐而碱化。在干湿交替和冻融作用下,逐渐形成短柱状或馒头状碱化层,地表呈现龟裂。
4.镁质碱土(MagnesiumSolonetz)本亚类的土壤碱度主要来自镁的碳酸盐和重碳酸盐,而不是苏打,因为当土壤吸收复合体中Ca2+、Mg2+和Na+呈一定比例(Mg2+占盐基总量的35—40%)存在时,Mg2+的作用近似于Na+,导致土壤碱化。镁质碱土与钠质碱土剖面的显著不同在于:镁质碱土剖面层次不明显,呈整块垒结,而钠质碱土最典型的特点是分散的胶体颗粒沿剖面移动,并形成疏松的片状结构的淋溶层和坚实的柱状或棱柱状结构的淀积层。镁质碱土常由碳酸镁盐土脱盐而成。
盐渍土是怎样分布的?
我国盐渍土广泛分布于长江以北的广大内陆地区和沿海岸线的滨海地带
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