一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下水的改良方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810821794.6 (22)申请日 2018.07.24 (71)申请人 中铁二院工程集团有限责任公司 地址 610031 四川省成都市通锦路3号 (72)发明人 陈伟志 李安洪 吴沛沛 姚裕春 杨晓华 张莎莎 曾永红 龚建辉 刘勇 郭在旭 刘锐 胡会星 刘剑光 张耀 (74)专利代理机构 成都惠迪专利事务所(普通 合伙) 51215 代理人 王建国 (51)Int.Cl. A01B 79/00(2006.01) (54)发明名称 一种用于工程施工的盐渍土地区含盐地下

2、水的改良方法 (57)摘要 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 浓度及容许硫酸根离子浓度确定 待改良含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根 离子浓度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L、 铝 酸盐水泥配比A、 高岭土配比K； 预测改良后 含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根离子浓 度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

3、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。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 109197006 A 2019.01.15 CN 109197006 A 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及容许硫酸根离子浓度单位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及硫酸根离子浓度 单位mol/L； (3)确定含盐地下水改良时的环境温度T， 单位

4、； 初步确定每升待改良含盐地下水的 石灰配比L、 铝酸盐水泥配比A、 高岭土配比K， L取0.71.1， A取0.41.0， K取0.1 0.5； (4)根据步骤(3)确定的 L、 A、 K预测改良后含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根离子 浓度 (5)根据步骤(4)预测结果， 判定是否满足且要求； 若 满足上述要求， 则按步骤(3)确定的 L、 A、 K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， 直至满足且要求， 以确定合理的 L、 A、 K； (6)按步骤(5)确定的 L、 A、 K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

5、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及硫酸根离子浓度单 位mol/L； 并判定是否满足且要求； 若不满足上述要求， 则微调步骤(3)中的 L、 A、 K， 再开展步骤(4)、 步骤(5)、 步骤(6)、 步骤(7)工作， 直至满足 且要求。 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

6、法， 其特 征在于： 所述步骤(3)中， 石灰配比 L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 A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K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(4)中， 通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度 式中，为改良后含盐地下水的氯离子浓度， 单位mol/L； L为每升待改良含盐地下水 的石灰配比； K为每升待改良含盐地下水的高岭土配比； T为

7、含盐地下水改良时设定的温 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 109197006 A 2 度， 单位； Tc为温度无量刚化系数， 单位， 取值为1；为待改良含盐地下水的氯离子 浓度， 单位mol/L； K为折减系数， 取1.01.3。 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： 所述步骤(4)中， 通过以下公式预测改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度 式中，为改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度， 单位mol/L； A为每升待改良含盐地 下水的铝酸盐水泥配比；为待改良含盐地下水的硫酸根离子浓度， 单位mol/L； 其他参数 含义同上。 5.如权利要求

8、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： 式中mL为每升待改良含盐地下水加入石灰的质量， 单位g/L；为每升待改良含盐地 下水氯离子的质量， 单位g/L；为每升待改良含盐地下水硫酸根离子的质量， 单位g/L； 其他参数含义同上。 6.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铝酸盐水泥的质量 mA： 式中mA为每升待改良含盐地下水加入铝酸盐水泥的质量， 单位g/L； 其他参数含义同

9、上。 7.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高岭土的质量mK： 式中mK为每升待改良含盐地下水加入高岭土的质量， 单位g/L； 其他参数含义同上。 8.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。 权 利 要 求 书 2/2 页 3

10、CN 109197006 A 3 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 0001 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 0002 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

11、展。 0003 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

12、或 间接地增加了改良工作量， 不利于大面积推广应用。 0004 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 0005 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。 0006 本发明解决上述技术所采用的技术方案如下： 0007 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

13、行： 0008(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度及容许硫酸根离子浓度单位 mol/L； 0009(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及硫酸根离子浓 度单位mol/L； 0010 (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L、 铝酸盐水泥配比A、 高岭土配比K， L取0.71.1， A取0.41.0， K取0.1 0.5； 说 明 书 1/6 页 4 CN 109197006 A 4 0011(4)根据步骤(3)确定的 L、 A、 K预测改良后含盐地下水的氯离子浓度及硫酸 根离子浓度 0012(5)根据步骤(4)预测结果， 判

14、定是否满足且要 求； 若满足上述要求， 则按步骤(3)确定的 L、 A、 K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， 直至满足且要求， 以确定合理的 L、 A、 K； 0013 (6)按步骤(5)确定的 L、 A、 K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； 0014 (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

15、良后含盐地下水； 0015(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根离子浓度 单位mol/L； 并判定是否满足且要求； 若不满足上 述要求， 则微调步骤(3)中的 L、 A、 K， 再开展步骤(4)、 步骤(5)、 步骤(6)、 步骤(7)工作， 直 至满足且要求。 0016 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

16、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 0017 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 0018 下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。 0019 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

17、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： 0020(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度及容许硫酸根离子浓度单位 mol/L； 0021(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及硫酸根离子浓 度单位mol/L； 说 明 书 2/6 页 5 CN 109197006 A 5 0022 (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L、 铝酸盐水泥配比A、 高岭土配比K， L取0.71.1， A取0.41.0， K取0.1 0.5； 0023(4)根据步骤(3)确定的 L、 A、 K预测改良后含盐地下

18、水的氯离子浓度及硫酸 根离子浓度即 0024通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度 0025 0026式中， 为改良后含盐地下水的氯离子浓度， 单位mol/L； L为每升待改良含盐地 下水的石灰配比； K为每升待改良含盐地下水的高岭土配比； 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；为待改良含盐地下水的氯离 子浓度， 单位mol/L； K为折减系数， 取1.01.3； 0027通过以下公式预测改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度 0028 0029式中，为改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度， 单位mol/L；A为每升待改良含 盐地下水的铝酸盐水泥配

19、比；为待改良含盐地下水的硫酸根离子浓度， 单位mol/L； 其他 参数含义同上； 0030(5)根据步骤(4)预测结果， 判定是否满足且要 求； 若满足上述要求， 则按步骤(3)确定的 L、 A、 K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， 直至满足且要求， 以确定合理的 L、 A、 K； 0031 (6)按步骤(5)确定的 L、 A、 K进行改良剂配料， 即 0032 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： 0033 0034式中mL为每升待改良含盐地下水加入石灰的质量， 单位g/L；为每升待改良含 盐地下水氯离子的质量， 单位g/L；为

20、每升待改良含盐地下水硫酸根离子的质量， 单位 g/L； 其他参数含义同上； 0035 通过以下公式确定每升待改良含盐地下水加入铝酸盐水泥的质量mA： 0036 0037 式中mA为每升待改良含盐地下水加入铝酸盐水泥的质量， 单位g/L； 其他参数含义 同上； 0038 通过以下公式确定每升待改良含盐地下水加入高岭土的质量mK： 说 明 书 3/6 页 6 CN 109197006 A 6 0039 0040 式中mK为每升待改良含盐地下水加入高岭土的质量， 单位g/L； 其他参数含义同 上； 0041 (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

21、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； 0042(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根离子浓度 单位mol/L； 并判定是否满足且要求； 若不满足上 述要求， 则微调步骤(3)中的 L、 A、 K， 再开展步骤(4)、 步骤(5)、 步骤(6)、 步骤(7)工作， 直 至满足且要求。 0043 所述步骤(3)中， 石灰配比L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A为铝酸盐水泥质量与每升待改良含盐地下水氯 离子及硫

22、酸根离子质量之和的比例； 高岭土配比 K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。 0044 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。 0045 实施例： 0046 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

23、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。 0047 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： 0048(1)确定工程施工用水的容许氯离子浓度及容许硫酸根离子浓 度 0049 ( 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 及硫酸根离子浓度 0050 (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 L1.02、 铝酸盐水泥配比 A0.9、 高岭土配

24、比 K0.5。 0051 (4)根据步骤(3)确定的 L1.02、 A0.9、 K0.5预测改良后含盐地下水的氯离 子浓度及硫酸根离子浓度即 0052通过以下公式预测改良后含盐地下水的氯离子浓度在预测过程中， K取1.0， 那么 说 明 书 4/6 页 7 CN 109197006 A 7 0053 0054通过以下公式预测改良后含盐地下水的硫酸根离子浓度在预测过程中， K 取1.0， 那么 0055 0056(5)根据步骤(4)预测结果， 判定是否满足且要 求， 因且 满足上述要求， 故取 L1.02、 A0.9、 K0.5。 0057 (6)按步骤(5)确定的 L、 A、 K进行改良剂配料

25、， 即 0058 确定每升待改良含盐地下水加入石灰的质量mL： 0059 0060 确定每升待改良含盐地下水加入铝酸盐水泥的质量mA： 0061 0062 确定每升待改良含盐地下水加入高岭土的质量mK： 0063 0064 (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。 0065(8)通过化学试验检测改良后含盐地下水的氯离子浓度及硫酸根离子浓度 检测结果见表1。 0066根据表1检测结果可判定满

26、足且要求。 说 明 书 5/6 页 8 CN 109197006 A 8 0067 表1检测结果 0068 0069 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。 0070 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。 说 明 书 6/6 页 9 CN 109197006 A 9 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 10 CN 109197006 A 10