CN109081415B - 一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，以科学合理的确定含盐地下水的改良试剂的配比，为盐渍土地区工程建筑物或土工构筑物建设提供可靠的施工用水保障，满足实际工程需要。按以下步骤进行：确定容许氯离子浓度
Figure DDA0001733781140000011
及容许硫酸根离子浓度
Figure DDA0001733781140000012
确定待改良含盐地下水的氯离子浓度
Figure DDA0001733781140000013
及硫酸根离子浓度
Figure DDA0001733781140000014
确定改良时的环境温度T；初步确定每升待改良含盐地下水的石灰配比λL、铝酸盐水泥配比λA、高岭土配比λK；预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure DDA0001733781140000015
及硫酸根离子浓度
Figure DDA0001733781140000016
确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK；将待改良含盐地下水倒入反应罐，将配制的石灰、铝酸盐水泥和高岭土倒入反应罐并搅拌混合均匀，保持恒温不少于16小时，过滤得到改良后含盐地下水。

Description

一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法
技术领域
本发明涉及地下水改良技术领域，特别涉及一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法。
技术背景
在干旱地区，土壤和水中往往会含有过量的可溶盐，严重影响着人类的生产生活。土壤盐渍化和地下水碱化是土地荒漠化的主要表现形式之一，亦是社会发展亟待解决的资源和生态难题。据统计，全球各类盐渍土面积占陆地总面积的10％左右，广泛分布于欧亚大陆、非洲和北美洲等100多个国家和地区。大面积盐碱地的存在以及土壤盐渍化和地下水碱化程度的加剧，制约着当地工程建设和农业生产发展。
通常，在盐渍土地区修建工程建筑物或土工构筑物(如高速铁路路基、高速公路路基)时，由于缺乏淡水，在施工过程中常采集当地地下水作为施工用水。由于土壤盐渍化和地下水咸化往往是同时发生，地下水的矿化度也往往过高，导致采集的地下水大量含有氯离子和硫酸根离子等有害盐。若采用氯离子和硫酸根离子含量过高的地下水作为施工用水，极易增加工程建筑物或土工构筑物病害发生的可能性；若采用远运淡水则会直接增加工程投资。改良含盐地下水，使之成为可用的施工用水，是一种行之有效的重要方法，但其存在的技术不足在于传统的改良剂配比是通过多种组合、多次化学试验予以确定，直接或间接地增加了改良工作量，不利于大面积推广应用。
由此可见，为了克服上述存在的技术不足，迫切需要提出一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，以科学合理的确定含盐地下水的改良试剂的配比，为盐渍土地区工程建筑物或土工构筑物建设提供可靠的施工用水保障，满足实际工程需要。
本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：
本发明的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，含盐地下水的改良试剂由石灰、铝酸盐水泥和高岭土组成，按以下步骤进行：
(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000021
及容许硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000022
单位mol/L；
(2)通过化学试验检测确定待改良含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000023
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000024
单位mol/L；
(3)确定含盐地下水改良时的环境温度T，单位℃；初步确定每升待改良含盐地下水的石灰配比λL、铝酸盐水泥配比λA、高岭土配比λK，λL取0.7～1.1，λA取0.4～1.0，λK取0.1～0.5；
(4)通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000025
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000026
Figure GDA0002951502220000027
Figure GDA0002951502220000028
式中，T为含盐地下水改良时设定的温度，单位℃；Tc为温度无量刚化系数，单位℃，取值为1℃；K为折减系数，取1.0～1.3；
(5)根据步骤(4)预测结果，判定
Figure GDA0002951502220000029
是否满足
Figure GDA00029515022200000210
且
Figure GDA00029515022200000211
Figure GDA00029515022200000212
要求；若满足上述要求，则按步骤(3)确定的λL、λA、λK继续开展后续工作；若不满足上述要求，则重复步骤(3)、步骤(4)工作，直至满足
Figure GDA00029515022200000213
且
Figure GDA00029515022200000214
要求，以确定合理的λL、λA、λK；
(6)按步骤(5)确定的λL、λA、λK进行改良剂配料，确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK；
(7)将待改良含盐地下水倒入反应罐，再将步骤(6)配制的石灰、铝酸盐水泥和高岭土倒入反应罐并搅拌混合均匀，将反应罐静置于设定的温度环境中且保持恒温，保温时间不少于16小时，保温结束后将反应罐改良液通过滤网过滤得到改良后含盐地下水；
(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000031
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000032
单位mol/L；并判定
Figure GDA0002951502220000033
是否满足
Figure GDA0002951502220000034
且
Figure GDA0002951502220000035
Figure GDA0002951502220000036
要求；若不满足上述要求，则微调步骤(3)中的λL、λA、λK，再开展步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)工作，直至满足
Figure GDA0002951502220000037
且
Figure GDA0002951502220000038
要求。
本发明的有益效果是，采用化学方法，即利用石灰、铝酸盐水泥和高岭土来吸收含盐地下水中的氯离子及硫酸根离子，达到将氯离子及硫酸根离子转化为难溶和不溶的物质，并对其过滤排除。另一方面，本发明还在80余组含盐地下水改良试验的基础上，结合大量工程实践经验，通过对改良试验结果进行数据拟合、归纳总结，从而得出改良后含盐地下水的氯离子及硫酸根离子浓度的预测公式，适用于预判石灰配比、铝酸盐水泥配比和高岭土配比的合理性，有效改进了传统上以多种组合、多次化学试验确定改良剂配比的缺陷，利于节约改良成本。本发明可根据工程建设的需要，对含盐地下水进行改良，解决了盐渍土地区缺乏施工用水的难题，具有重要的科学价值与实践意义。
附图说明
图1是本发明的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，含盐地下水的改良试剂由石灰、铝酸盐水泥和高岭土组成，按以下步骤进行：
(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000039
及容许硫酸根离子浓度
Figure GDA00029515022200000310
单位mol/L；
(2)通过化学试验检测确定待改良含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000041
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000042
单位mol/L；
(3)确定含盐地下水改良时的环境温度T，单位℃；初步确定每升待改良含盐地下水的石灰配比λL、铝酸盐水泥配比λA、高岭土配比λK，λL取0.7～1.1，λA取0.4～1.0，λK取0.1～0.5；
(4)通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000043
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000044
Figure GDA0002951502220000045
Figure GDA0002951502220000046
式中，T为含盐地下水改良时设定的温度，单位℃；Tc为温度无量刚化系数，单位℃，取值为1℃；K为折减系数，取1.0～1.3；
(5)根据步骤(4)预测结果，判定
Figure GDA0002951502220000047
是否满足
Figure GDA0002951502220000048
且
Figure GDA0002951502220000049
Figure GDA00029515022200000410
要求；若满足上述要求，则按步骤(3)确定的λL、λA、λK继续开展后续工作；若不满足上述要求，则重复步骤(3)、步骤(4)工作，直至满足
Figure GDA00029515022200000411
且
Figure GDA00029515022200000412
要求，以确定合理的λL、λA、λK；
(6)按步骤(5)确定的λL、λA、λK进行改良剂配料，确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK。即通过以下公式确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK：
Figure GDA00029515022200000413
Figure GDA00029515022200000414
Figure GDA00029515022200000415
式中：
Figure GDA00029515022200000416
为每升待改良含盐地下水氯离子的质量，单位g/L；
Figure GDA00029515022200000417
为每升待改良含盐地下水硫酸根离子的质量，单位g/L；
(7)将待改良含盐地下水倒入反应罐，再将步骤(6)配制的石灰、铝酸盐水泥和高岭土也倒入反应罐并搅拌混合均匀；之后反应罐静置于设定的温度环境中且保持恒温，保温时间不少于16小时，保温结束后将反应罐改良液通过滤网过滤得到改良后含盐地下水；
(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000051
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000052
单位mol/L；并判定
Figure GDA0002951502220000053
是否满足
Figure GDA0002951502220000054
且
Figure GDA0002951502220000055
Figure GDA0002951502220000056
要求；若不满足上述要求，则微调步骤(3)中的λL、λA、λK，再开展步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)工作，直至满足
Figure GDA0002951502220000057
且
Figure GDA0002951502220000058
要求。
所述步骤(3)中，石灰配比λL为石灰质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例；铝酸盐水泥配比λA为铝酸盐水泥质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例；高岭土配比λK为高岭土质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例。
所述石灰为白色粉末状固体，主要成分为氢氧化钙；铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧制得以铝酸钙为主要成分的熟料，再经磨制而成的水硬性胶凝材料；高岭土是以高岭石族粘土矿物为主的非金属矿物粘土。
实施例：
参照图1，某一盐渍土地区修建高速铁路路基，路基填筑施工过程中需洒水才能保证填土的压实度，然而该场地位于盐渍荒漠地区，缺乏地表水，若远运施工用水，工程代价太大。现场拟采集地下水作为施工用水，但经检测地下水含有氯离子及硫酸根离子，这两种有害盐容易致使路基填土进一步盐渍化，在今后高铁运营中路基会发生溶陷、盐胀等病害。
为降低该场地含盐地下水的氯离子及硫酸根离子浓度，满足设计要求，下面采用本发明方法进行含盐地下水改良，具体步骤如下：
(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000059
及容许硫酸根离子浓度
Figure GDA00029515022200000510
(2)通过化学试验检测确定待改良含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA00029515022200000511
及硫酸根离子浓度
Figure GDA00029515022200000512
(3)确定含盐地下水改良时的环境温度T为40℃；初步确定每升待改良含盐地下水的石灰配比λL＝1.02、铝酸盐水泥配比λA＝0.9、高岭土配比λK＝0.5。
(4)根据步骤(3)确定的λL＝1.02、λA＝0.9、λK＝0.5预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000061
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000062
即
①通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000063
在预测过程中，K取1.0，那么：
Figure GDA0002951502220000064
②通过以下公式预测改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000065
在预测过程中，K取1.0，那么
Figure GDA0002951502220000066
(5)根据步骤(4)预测结果，判定
Figure GDA0002951502220000067
是否满足
Figure GDA0002951502220000068
且
Figure GDA0002951502220000069
Figure GDA00029515022200000610
要求，因
Figure GDA00029515022200000611
且
Figure GDA00029515022200000612
Figure GDA00029515022200000613
满足上述要求，故取λL＝1.02、λA＝0.9、λK＝0.5。
(6)按步骤(5)确定的λL、λA、λK进行改良剂配料，即：
①确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL：
Figure GDA00029515022200000614
②确定每升待改良含盐地下水加入铝酸盐水泥的质量mA：
Figure GDA00029515022200000615
③确定每升待改良含盐地下水加入高岭土的质量mK：
Figure GDA00029515022200000616
(7)将待改良含盐地下水倒入反应罐，再将步骤(6)配制的石灰、铝酸盐水泥和高岭土也倒入反应罐并搅拌混合均匀；之后反应罐静置于设定的温度环境中且保持恒温，保温时间不少于16小时，保温结束后将反应罐改良液通过滤网过滤得到改良后含盐地下水。
(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure GDA0002951502220000071
及硫酸根离子浓度
Figure GDA0002951502220000072
检测结果见表1。
根据表1检测结果可判定
Figure GDA0002951502220000073
满足
Figure GDA0002951502220000074
且
Figure GDA0002951502220000075
要求。
表1检测结果
Figure GDA0002951502220000076
本发明的优点在于，提供的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，科学合理，实施简便，能满足实际工程的需要，具有广阔的推广应用前景。
以上所述只是采用图解说明本发明一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (4)

1.一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，含盐地下水的改良试剂由石灰、铝酸盐水泥和高岭土组成，按以下步骤进行：
(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度
Figure FDA0002951502210000011
及容许硫酸根离子浓度
Figure FDA0002951502210000012
单位mol/L；
(2)通过化学试验检测确定待改良含盐地下水的氯离子浓度
Figure FDA0002951502210000013
及硫酸根离子浓度
Figure FDA0002951502210000014
单位mol/L；
(3)确定含盐地下水改良时的环境温度T，单位℃；初步确定每升待改良含盐地下水的石灰配比λL、铝酸盐水泥配比λA、高岭土配比λK，λL取0.7～1.1，λA取0.4～1.0，λK取0.1～0.5；
(4)通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure FDA0002951502210000015
及硫酸根离子浓度
Figure FDA0002951502210000016
Figure FDA0002951502210000017
Figure FDA0002951502210000018
式中，T为含盐地下水改良时设定的温度，单位℃；Tc为温度无量刚化系数，单位℃，取值为1℃；K为折减系数，取1.0～1.3；
(5)根据步骤(4)预测结果，判定
Figure FDA0002951502210000019
是否满足
Figure FDA00029515022100000110
且
Figure FDA00029515022100000111
Figure FDA00029515022100000112
要求；若满足上述要求，则按步骤(3)确定的λL、λA、λK继续开展后续工作；若不满足上述要求，则重复步骤(3)、步骤(4)工作，直至满足
Figure FDA00029515022100000113
且
Figure FDA00029515022100000114
要求，以确定合理的λL、λA、λK；
(6)按步骤(5)确定的λL、λA、λK进行改良剂配料，确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK；
(7)将待改良含盐地下水倒入反应罐，再将步骤(6)配制的石灰、铝酸盐水泥和高岭土倒入反应罐并搅拌混合均匀，将反应罐静置于设定的温度环境中且保持恒温，保温时间不少于16小时，保温结束后将反应罐改良液通过滤网过滤得到改良后含盐地下水；
(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度
Figure FDA0002951502210000021
及硫酸根离子浓度
Figure FDA0002951502210000022
单位mol/L；并判定
Figure FDA0002951502210000023
是否满足
Figure FDA0002951502210000024
且
Figure FDA0002951502210000025
Figure FDA0002951502210000026
要求；若不满足上述要求，则微调步骤(3)中的λL、λA、λK，再开展步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)工作，直至满足
Figure FDA0002951502210000027
且
Figure FDA0002951502210000028
要求。
2.如权利要求1所述的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，其特征在于：所述步骤(3)中，石灰配比λL为石灰质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例；铝酸盐水泥配比λA为铝酸盐水泥质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例；高岭土配比λK为高岭土质量与每升待改良含盐地下水氯离子及硫酸根离子质量之和的比例。
3.如权利要求1所述的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，其特征在于：所述步骤(6)中，通过以下公式确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL、铝酸盐水泥的质量mA和高岭土的质量mK：
Figure FDA0002951502210000029
Figure FDA00029515022100000210
Figure FDA00029515022100000211
式中：
Figure FDA00029515022100000212
为每升待改良含盐地下水氯离子的质量，单位g/L；
Figure FDA00029515022100000213
为每升待改良含盐地下水硫酸根离子的质量，单位g/L。
4.如权利要求1所述的一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法，其特征在于：所述石灰为白色粉末状固体，主要成分为氢氧化钙；铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧制得以铝酸钙为主要成分的熟料，再经磨制而成的水硬性胶凝材料；高岭土是以高岭石族粘土矿物为主的非金属矿物粘土。
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