西北戈壁地區巖土腐蝕性與防腐措施分析

任治軍，任亞群，宋志遠

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 210024)

1 概述

哈密南～鄭州±800kV特高壓直流輸電工程，西起哈密換流站，東至鄭州換流站，工程額定電壓±800kV，額定輸送功率8000MW，輸電線路全長2211.3km，采用單回雙極架設方式。線路途經新疆、甘肅、陜西、寧夏、山西、河南6省(自治區)。由江蘇省電力設計院中標承擔一般線路工程中的4標段【峽西(東)—橋灣道班北】的勘測設計工作。本段線路路徑長度約為104.55km，塔位編號自起點到終點統一編號為601～814，全部位于甘肅省酒泉市下轄的瓜州縣境內河西走廊西段的酒嘉地區，該段走廊南北寬度十余公里到數十公里不等，沿線地貌主要為戈壁、山前平原和低山丘陵，地形基本平緩，局部略有起伏，地勢西北高、東南低，海拔在1391m～1703m(1985國家高程基準)之間。

根據本工程前期資料，沿線普遍分布有鹽漬土，場地土腐蝕性等級以中等～強為主，對線路基礎設計影響較大。

2 巖土工程條件

2.1 工程地質分區

根據本次現場勘察成果，并結合已有地質資料，沿線主要由第四系全新統、上更新統沖積、洪積、坡積、殘積成因的角礫、礫砂、粉質黏土混粗砂、圓礫等以及白堊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系的泥巖、灰巖、大理巖、板巖、砂巖、千枚巖、石英片巖、片麻巖、砂質泥巖、花崗巖等組成。根據沿線地區的地形地貌特征及地基巖土的工程特性等，可將沿線大致劃分為5個工程地質區段，見表1。

表1 沿線地區地基巖土工程地質分區

2.2 地基腐蝕性基本特征及歷史資料

沿線地基巖土以碎石土(帶膠結的角礫、礫砂及圓礫)和基巖為主，不同地質區段有所變化。由于沿線途經地區處于西北干旱少雨區，加之年蒸發量又較大，土質的含鹽量普遍較高，局部地段鹽份聚集到一定程度便形成鹽漬土(見圖1)。根據本階段現場踏勘情況，沿線地基土表層一般均有鹽漬結晶分布。鹽漬結晶是在降水和洪水的滲透淋濾和強烈蒸發作用下，鹽分以層狀或蜂窩狀集聚于細顆粒夾層層面，形成的結晶鹽層。

圖1 沿線典型鹽漬土照片

根據該地區現有資料，瓜州地區地下水對混凝土結構的腐蝕性一般為中等；地基土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋及鋼結構具弱～中等腐蝕性。

3 腐蝕性評價工作方法

3.1 樣本采取原則

根據《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001，2009年版)第12.1.2條的規定，采取水試樣和土試樣應符合下列規定：

(1)混凝土或鋼結構處于地下水位以上時，應采用土試樣作土的腐蝕性試驗；

(2)混凝土結構處于地下水或地表水中時，應采用水試樣作水的腐蝕性測試；

(3)混凝土結構部分部分處于地下水位以上，部分處于地下水位以下時，應分別取土試樣和水試樣作腐蝕性測試；

(4)水試樣和土試樣應在混凝土結構所在的深度采取，每個場地不應少于2件。當土中鹽類成分和含量分布不均勻時，應分區、分層取樣，每區、每層不應少于2件。

由于沿線地基土以碎石土為主，勘測過程采用干鉆開孔，在設計位置采取擾動樣，取樣后及時封裝；水樣在終孔后待水位穩定后采取，取樣后按規定封裝，并及時送當地試驗室。

3.2 取樣點布置

為全面評價沿線地基土的腐蝕性，初步設計階段按10km間距布置了取樣孔，施工圖設計階段則結合初設評價結論和地形地貌特征等腐蝕性評價影響因素，將取樣孔間距加密至3km～5km，土樣在垂直方向分布于自地表0.00m～20.00m范圍，采樣間距0.5m～1.5m不等，試驗項目以易溶鹽測定為主，本次取樣場地土樣本數量為183個。由于丘陵地段(包括丘陵之間的凹地)地下水埋藏較深，勘測期間未見地下水，因而沒有采取到地下水試樣，僅在初設階段在戈壁灘地貌兩個區段的1C1、1C6和1C7(分別對應815、724和705塔位)采取了3組水試樣，三個水試樣深度分別為5.0m、11.0m和12.0m。

3.3 取樣代表性分析

沿線分布的鹽漬土屬于西北內陸盆地粗顆粒鹽漬土，為國內研究較少的鹽漬土類型，具有在平面分布不連續、不均勻和垂直分布的表聚性特征。一般情況下在平面上鹽分主要富集在溝谷洪流的主線附近，在垂向上鹽分富集在地表以下3.0m～5.0m以淺，且隨深度增大含鹽量減少。根據本工程初步設計易溶鹽測試情況，所含鹽類由表層以亞硫酸鹽為主，向深部逐漸變為氯鹽、亞氯鹽為主的特點。

因此，本階段在充分分析初步設計試驗成果的基礎上，根據地形地貌特征、和工程地質分區情況，有針對性地進行了采樣工作，使得試樣在水平和垂直方向上均有相當的代表性。

3.4 試驗結果分析

從本工程初步設計及施工圖設計階段室內試驗結果分析，試驗結果在平面及垂直方向上離散度均較大，從垂直方向分析，腐蝕介質達到弱腐蝕以上的樣本大約67%左右分布在地面以淺5.0m范圍內，從平面上分析，則很難劃分出準確的鹽漬土和非鹽漬土地段，幾乎全部的取樣孔表層土樣試驗結果滿足鹽漬土的定義標準，這一點更加印證了西北地區鹽漬土分布的廣泛性。

4 腐蝕性評價

4.1 場地環境類別

本工程位于干旱區，地基土屬強透水層，根據《巖土工程勘察規范》附錄G場地環境類型的劃分規定，場地環境類別在評價水的腐蝕性時按Ⅰ類考慮，評價土的腐蝕性時按Ш類考慮。評價是在本次試驗基礎上結合了當地部分線路工程的經驗而綜合確定。

4.2 對混凝土結構的腐蝕性評價

根據《巖土工程勘察規范》和《鹽漬土地區建筑規范》，對混凝土結構腐蝕性評價情況見表2、表3。

表2 地下水的腐蝕性評價結果表(環境類別：I類)

表3 土對混凝土結構的腐蝕性評價表(環境類別：III類)

4.3 對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價

根據《巖土工程勘察規范》，對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價情況見表4。

表4 土對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價

4.4 腐蝕性綜合評價

因此，根據上述試驗結果，場地土對混凝土結構的腐蝕性為弱～中等腐蝕，對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性為中等腐蝕?！稁r土工程勘察規范》12.2.6條規定，水、土對建筑材料腐蝕的防護應符合《工業建筑防腐設計規范》(GB50046)的規定，而《工業建筑防腐設計規范》中所及的腐蝕等級并未明確細分場地土對混凝土結構還是結構中的鋼筋腐蝕，為便于設計使用，將場地土的腐蝕性按不利組合進行綜合評價。各腐蝕等級塔位所占百分比見表5。

表5 各腐蝕等級塔位所占百分比

《巖土工程勘察規范》12.2.3條中規定場地水、土腐蝕性評價所遵循的原則為就高不就低，本次評價基本遵循此原則，但由于西北地區場地土構成較為特殊，碎石土中局部鹽漬結晶富集，現場采樣時為查明鹽漬結晶的腐蝕介質構成，特采取了鹽漬結晶樣進行室內試驗分析。本次試驗表明，鹽漬結晶樣中易溶鹽腐蝕性介質指標達到強腐蝕等級的有4個，僅占全部土樣(183個)的2.2%，且其分布層位均位于地表以淺0.50m以內。若按此結果評價場地土的腐蝕性，將出現評價結論過于保守，基礎的防腐等級和措施需按較高標準進行，最終導致項目投資發生較大幅度的變更，與現場真實情況不符。因此，本工程的腐蝕性評價采用了綜合評判、重點治理原則，根據現場勘測情況，對局部鹽漬土富集地段的塔位建議設計按強腐蝕采取措施，大部分地段按中等腐蝕進行基礎設計，既有利于設計專業理解和使用腐蝕性評價的結果，也體現了充分重視客觀事實，確保工程安全的原則。

5 防腐措施分析

鹽漬土吸水后易溶鹽溶解產生溶陷、水分蒸發后鹽分結晶后而產生膨脹變形，反復的溶陷和鹽脹將導致土體結構發生變化，大大減低土體強度，可能對基礎的抗拔有一定影響。

從搜資及現場調查走訪情況看，沿線分布的內陸盆地粗顆粒鹽漬土在溶陷性、鹽脹性等方面的危害并不明顯，主要危害表現為對混凝土結構的腐蝕性。防護措施主要是最大限度地提高混凝土的密實性，提高保護層厚度，減少Cl－滲入量為主。在腐蝕性強的鹽漬土地區，單單依靠混凝土自身的密實性尚不能達到鋼筋混凝土結構的設計使用年限，可采取以下特殊防腐蝕措施：

(1)鋼筋阻銹劑：以氯鹽為主的腐蝕環境需采用鋼筋阻銹劑。阻銹劑在混凝土中可消除Cl－的危害。

(2)混凝土涂層：包括滲透層、涂覆層、防腐蝕砂漿等，涂在混凝土表面以防止或減緩Cl－的滲透。地下部分采用瀝青類涂料，地上部分采用有機涂層。

綜合土樣易溶鹽測試分析結果、水質分析結果及物探試驗結果，并考慮基礎防沖刷等因素，以下塔位建議采取一定的防護措施：602～605、610～611、617～619、625、632、633、647、668、721、743、746、775、778和799～814等。根據西北地區線路建設經驗，一般采用混凝土外涂瀝青等措施加以防護，同時可考慮適當提高混凝土標號和密實度；對基礎施工過程中表層鹽漬土結晶富集地段，建議在回填過程中對基礎周邊的鹽漬結晶土進行換填，確保工程安全。

6 結論與建議

(1)線路工程跨度大、巖土種類復雜等特點，導致場地水、土腐蝕性評價比發電廠、變電站工程難度更大，要獲取合理的評價結論，必須從巖土勘測各階段不斷深入研究。從本標段設計及施工現場反饋情況分析，本文得出的腐蝕性評價結論及措施是適宜的。

(2)西北戈壁地區的特高壓線路主要經過無人區，周邊工程經驗匱乏，在缺乏相關經驗支撐的情況下，場地水、土的腐蝕性評價必須基于適量的試驗分析。因此，對巖土勘測提出了更高的要求。

(3)基于試驗結果的腐蝕性評價及施工措施建議等，必須要慎重分析結果，本著去偽存真、實事求是和因地制宜的原則，才能真正地為優化設計提供足夠依據。

[1]江蘇省電力設計院.哈密南-鄭州±800kV直流特高壓輸電線路工程初步設計報告[R]，2011.

[2]GB50021-2001，巖土工程勘察規范[S].

[3]Q/DG-2-A06-2005，特高壓架空輸電線路工程勘測技術規定[S].

[4]華遵孟，沈秋武.西北內陸盆地粗顆粒鹽漬土研究[J].工程勘察，2001，(1).

[5]張冬菊.鹽漬土地區工程地基設計與防腐處理[J].青海大學學報(自然科學版)，2000，18(6).

[6]夏文俊，等.鹽漬土腐蝕機理與防腐措施分析[J].上海交通大學學報，2011，45(S0).