天津?yàn)I海新區(qū)地下水、土腐蝕性規(guī)律初步分析與探索

唐海明，李平虎，吳海燕

0 引言

天津?yàn)I海新區(qū)位于渤海之濱，原為退海之地，屬于鹽堿地，局部有鹽田、養(yǎng)蝦池，其零星分布有排水溝和鹽場用房，由于后期的工程建設(shè)等人為改造，沿海灘涂地貌多發(fā)生變化。受海侵影響，濱海新區(qū)地下水、土含鹽量均較高，水、土腐蝕性亦相對嚴(yán)重，對建筑基礎(chǔ)危害大，是影響工程質(zhì)量和造價(jià)的重要因素之一。對于天津?yàn)I海新區(qū)淺部水、土腐蝕性已進(jìn)行一些研究和分析，如李鳳憲[1]等人通過對天津市區(qū)和濱海新區(qū)幾個(gè)場地的腐蝕性資料進(jìn)行了對比分析，給出了按規(guī)范[2]判定地下水和土的腐蝕性中環(huán)境類別及干濕交替應(yīng)考慮的條件。李俊[3]等人對天津市區(qū)地下水的腐蝕性分析判定也進(jìn)行了一些研究，但對于濱海新區(qū)地下水，尤其是對工程影響較大的承壓水和土的腐蝕性規(guī)律研究相對較少。

1 水文地質(zhì)條件情況簡介

天津?yàn)I海新區(qū)對地基和基坑有影響的水文地質(zhì)條件可分為上層滯水、潛水、微承壓水。其中上層滯水含水層主要分布在透水性較好的人工填土層，以Q43al或Q43Nal的頂部黏土層為隔水底板，一般分布不連續(xù)，工程意義不大；潛水含水層主要分布在Q42m第I海相層及以上的黏性土、粉土、人工填土層中，以Q41h沼澤相黏性土層、Q41al頂部黏性土層為相對隔水底板；承壓含水段主要分布在全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層（Q41h）粉質(zhì)黏土（埋深20.0 m）以下分布的粉砂、粉土層中[4-5]。

1.1 潛水中主要離子含量及腐蝕性

本次收集濱海新區(qū)潛水試驗(yàn)資料188組[6]，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，潛水中氯離子含量在500~5 000 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了45.7%，氯離子含量小于100 mg/L的比例為2.0%，氯離子含量在100~500 mg/L之間的比例為9.0%，氯離子含量在5 000~10 000 mg/L之間的比例為18.0%，氯離子含量在10 000~20 000 mg/L之間的比例為12.0%，氯離子含量大于20 000 mg/L的比例為14.0%。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，潛水中硫酸根離子在300~1 500 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了59.4%，硫酸根離子含量小于300 mg/L的比例為11.7%，硫酸根離子含量在1 500~3 000 mg/L之間的比例為15.0%，硫酸根離子含量大于3 000 mg/L的比例為13.9%。

按照GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版）[2]，天津地區(qū)環(huán)境類別按照域類環(huán)境、有干濕交替考慮，根據(jù)以上分析結(jié)果可以看出，天津?yàn)I海新區(qū)潛水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性主要以弱腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性以中等—強(qiáng)腐蝕性為主，具體情況見表1。

表1 潛水腐蝕性判定表Table 1 Corrosivity determination of phreatic water

1.2 微承壓水腐蝕性

1.2.1 第一承壓水離子濃度及腐蝕性

由于濱海新區(qū)大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)主要分布在核心區(qū)塘沽區(qū)，本次收集塘沽核心區(qū)11個(gè)場地的第一微承壓水層（埋深20.0~25.0 m段）水質(zhì)分析資料21組，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，第一微承壓水層中氯離子含量在10 000~20 000 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了62.5%，氯離子含量小于5 000 mg/L的比例為12.5%，氯離子含量在5 000~10 000 mg/L之間的比例為25.0%，氯離子含量大于20 000 mg/L的比例為0.0%。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，第一承壓水中硫酸根離子含量在300~1 500 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了54.5%，硫酸根離子含量小于300 mg/L的比例為0.0%，硫酸根離子含量在1 500~3 000 mg/L之間的比例為45.5%，硫酸根離子含量大于3 000 mg/L的比例為0%。

按照GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版）[2]，天津地區(qū)環(huán)境類別按照域類環(huán)境、無干濕交替（混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性）、長期浸水（混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性）考慮，根據(jù)以上分析結(jié)果可以看出，天津?yàn)I海新區(qū)第一承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性主要以弱—中等腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性以微—弱腐蝕性為主，具體見表2。

表2 第一承壓水腐蝕性判定表Table 2 Corrosivity determination of the first confined water

1.2.2 第二承壓水離子濃度及腐蝕性

本次收集塘沽核心區(qū)5個(gè)場地的第二微承壓水層（埋深40.0~55.0 m段）水質(zhì)分析資料9組，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，第二微承壓水層中氯離子10 000~15 000 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了55.6%，氯離子含量在5 000~10 000 mg/L之間的比例為44.4%。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，第二承壓水中硫酸根離子含量在300~1 500 mg/L之間的數(shù)量占總樣本數(shù)比例最多，達(dá)到了77.8%，硫酸根離子含量在1 500~3 000 mg/L之間的比例為22.2%，硫酸根離子含量大于3 000 mg/L的比例為0%。

按照《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版），天津地區(qū)環(huán)境類別按照域類環(huán)境、無干濕交替（混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性）和長期浸水（混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性）考慮，根據(jù)以上分析結(jié)果可以看出，天津?yàn)I海新區(qū)第二承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性主要以弱腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性以微—弱腐蝕性為主，具體見表3。

表3 第二承壓水腐蝕性判定表Table 3 Corrosivity determination of the second confined water

2 地基土的離子濃度

本次收集濱海新區(qū)核心區(qū)塘沽區(qū)7個(gè)場地地基土易溶鹽分析資料107組，取樣深度為埋深30.0 m以上，根據(jù)土易溶鹽分析結(jié)果，埋深30.0 m以上地基土中離子濃度總體規(guī)律如下：

1）土中硫酸根離子濃度規(guī)律

埋深14.0 m以上硫酸根離子的濃度隨著深度的增加逐漸減小，埋深14.0~20.0 m段硫酸根離子濃度在100~650 mg/kg之間，埋深20.0 m以下硫酸根離子濃度比較穩(wěn)定，一般在500 mg/kg左右變化，具體情況見圖1。

圖1 土中硫酸根離子濃度隨深度變化圖Fig.1 Variation of soil sulfate ion concentration with depth

2）土中氯離子濃度規(guī)律

埋深0.0~7.0 m段氯離子濃度隨深度逐漸增大，埋深7.0~14.0 m段氯離子濃度達(dá)到最大值，氯離子濃度一般在5 000~10 500 mg/kg之間，埋深14.0 m以下氯離子濃度比較穩(wěn)定，氯離子濃度一般在2 000~5 000 mg/kg之間，埋深21.0 m以下氯離子濃度一般在3 000 mg/kg左右，具體情況見圖2。

圖2 土中氯離子濃度隨深度變化圖Fig.2 Variation of soil chloride concentration with depth

根據(jù)土中離子濃度的變化規(guī)律，濱海新區(qū)淺層土對建筑材料的腐蝕性在埋深20.0 m以上比較嚴(yán)重，埋深20.0 m以下腐蝕性相對比較穩(wěn)定。

按照《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版），天津地區(qū)環(huán)境類別按照域類環(huán)境[7-8]、在有干濕交替和無干濕交替情況下對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性有如下規(guī)律：

1）天津?yàn)I海新區(qū)埋深14.0 m以上（有干濕交替和無干濕交替）地基土土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性以微—弱腐蝕性為主，埋深14.0 m以下（無干濕交替）以微腐蝕性為主。

2）天津?yàn)I海新區(qū)埋深14.0 m以上（有干濕交替和無干濕交替）地基土土對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性以中等—強(qiáng)腐蝕性為主，埋深14.0 m以下（無干濕交替）以微腐蝕性為主。

3 水、土對建筑材料的腐蝕性規(guī)律分析

根據(jù)以上規(guī)律，天津?yàn)I海新區(qū)地下水、土對建筑材料的腐蝕性如表4所列。

根據(jù)表4分析，天津?yàn)I海新區(qū)地下水、土對建筑材料的腐蝕性情況如下：

表4 天津?yàn)I海新區(qū)地下水、土對建筑材料的腐蝕性情況表Table 4 Corrosivity of ground water and soil on building materials in Tianjin Binhai New Area

1）天津?yàn)I海新區(qū)潛水對混凝土結(jié)構(gòu)以弱腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以中等—強(qiáng)腐蝕性為主。

2）天津?yàn)I海新區(qū)第一承壓水（埋深20.0~25.0 m段）對混凝土結(jié)構(gòu)以弱—中等腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以微—弱腐蝕性為主。

3）天津?yàn)I海新區(qū)第二承壓水（埋深40.0~55.0 m段）對混凝土結(jié)構(gòu)以弱腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以微—弱腐蝕性為主。

4）天津?yàn)I海新區(qū)淺層土（埋深14.0 m以上）對混凝土結(jié)構(gòu)以微—弱腐蝕性為主，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋以中等—強(qiáng)腐蝕性為主；天津?yàn)I海新區(qū)深層土（埋深14.0 m以下）對混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均以微腐蝕性為主。

4 結(jié)語

1）天津?yàn)I海新區(qū)淺層地基土（主要為埋深14.0 m以上）對混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性與潛水的腐蝕性基本一致，而天津?yàn)I海新區(qū)深層地基土對混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性弱于地下水對混凝土和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性。

2）天津?yàn)I海新區(qū)潛水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性與承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性基本一致；潛水對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性高于承壓水對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性，總體規(guī)律是地下水對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性淺部較強(qiáng)，隨深度逐漸變?nèi)酢?/p>

3）由于濱海新區(qū)地下水屬于Cl原K+Na型水，水中氯離子和鉀、鈉離子含量超過了80%，所以在腐蝕性判定中沒有提及其他離子的腐蝕性問題。

4）在天津?yàn)I海新區(qū)進(jìn)行潛水取水孔布置時(shí)，潛水取水孔的深度應(yīng)穿透全新統(tǒng)第玉海相淺海相沉積層（）底部，進(jìn)入全新統(tǒng)第域陸相沼澤相沉積層（）土層為宜。

5）對于黏性土等不透水層建議取土樣進(jìn)行腐蝕性判定；對透水性好的承壓水含水層建議取水樣進(jìn)行腐蝕性判定。

6）由于本次統(tǒng)計(jì)結(jié)果受統(tǒng)計(jì)場地?cái)?shù)量限制，需要繼續(xù)進(jìn)行其規(guī)律性研究。

[1] 李鳳憲，王華，王永建.天津地區(qū)地下水和土腐蝕性評(píng)價(jià)關(guān)鍵問題探討[J].土工基礎(chǔ)，2005，29（2）：100-104.LI Feng-xian,WANG Hua,WANG Yong-jian.Discussion on key issues of groundwater and soil corrosivity evaluation in Tianjin area[J].Soil Engineering and Foundation,2005,29(2):100-104.

[2]GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范（2009版）[S].GB50021—2001,Codeforinvestigationofgeotechnicalengineering(2009 Edition)[S].

[3] 李俊，黃濤，荊志東，等.天津市區(qū)淺層地下水水質(zhì)分析及腐蝕性評(píng)價(jià)[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2009，20（2）：103-107.LI Jun,HUANG Tao,JING Zhi-dong,et al.Analysis of water quality and evaluation of corrosion for shallow groundwater in downtown of Tianjin[J].Journal of WaterResourcesandWaterEngineering,2009,20(2):103-107.

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[5] 張鵬，咸永珍，趙鐵軍，等.沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕與防護(hù)[J].海岸工程，2005，24（2）：79-83.ZHANG Peng,XIAN Yong-zhen,ZHAO Tie-jun,et al.Corrosion andprotectionofreinforcingbarinconcretestructureincoastalareas[J].Coastal Engineering,2005,24(2):79-83.

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[7]GB 50307—2012，城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S].GB 50307—2012,Code for geotechnical investigations of urban rail transit[S].

[8] 程祖鋒.建筑基礎(chǔ)腐蝕性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2006.CHENG Zu-feng.Study on corrosion test and evaluation of building foundation[D].Jilin:Jilin University,2006.