天津濱海新區地下水、土腐蝕性規律初步分析與探索

唐海明，李平虎，吳海燕

0 引言

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

1 水文地質條件情況簡介

天津濱海新區對地基和基坑有影響的水文地質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，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下組沼澤相沉積層（Q41h）粉質黏土（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

本次收集濱海新區潛水試驗資料188組[6]，經過統計分析，潛水中氯離子含量在500~5 000 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了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%。

經過統計分析，潛水中硫酸根離子在300~1 500 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了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《巖土工程勘察規范》（2009版）[2]，天津地區環境類別按照域類環境、有干濕交替考慮，根據以上分析結果可以看出，天津濱海新區潛水對混凝土結構的腐蝕性主要以弱腐蝕性為主，對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性以中等—強腐蝕性為主，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

由于濱海新區大規模的經濟建設主要分布在核心區塘沽區，本次收集塘沽核心區11個場地的第一微承壓水層（埋深20.0~25.0 m段）水質分析資料21組，經過統計分析，第一微承壓水層中氯離子含量在10 000~20 000 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了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%。

經過統計分析，第一承壓水中硫酸根離子含量在300~1 500 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了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《巖土工程勘察規范》（2009版）[2]，天津地區環境類別按照域類環境、無干濕交替（混凝土結構的腐蝕性）、長期浸水（混凝土結構中鋼筋的腐蝕性）考慮，根據以上分析結果可以看出，天津濱海新區第一承壓水對混凝土結構的腐蝕性主要以弱—中等腐蝕性為主，對混凝土結構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5個場地的第二微承壓水層（埋深40.0~55.0 m段）水質分析資料9組，經過統計分析，第二微承壓水層中氯離子10 000~15 000 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了55.6%，氯離子含量在5 000~10 000 mg/L之間的比例為44.4%。

經過統計分析，第二承壓水中硫酸根離子含量在300~1 500 mg/L之間的數量占總樣本數比例最多，達到了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《巖土工程勘察規范》（2009版），天津地區環境類別按照域類環境、無干濕交替（混凝土結構的腐蝕性）和長期浸水（混凝土結構中鋼筋的腐蝕性）考慮，根據以上分析結果可以看出，天津濱海新區第二承壓水對混凝土結構的腐蝕性主要以弱腐蝕性為主，對混凝土結構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

本次收集濱海新區核心區塘沽區7個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，根據土易溶鹽分析結果，埋深30.0 m以上地基土中離子濃度總體規律如下：

1）土中硫酸根離子濃度規律

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

根據土中離子濃度的變化規律，濱海新區淺層土對建筑材料的腐蝕性在埋深20.0 m以上比較嚴重，埋深20.0 m以下腐蝕性相對比較穩定。

按照《巖土工程勘察規范》（2009版），天津地區環境類別按照域類環境[7-8]、在有干濕交替和無干濕交替情況下對混凝土結構的腐蝕性和混凝土結構中鋼筋的腐蝕性有如下規律：

1）天津濱海新區埋深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構的腐蝕性以微—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）天津濱海新區埋深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構中鋼筋的腐蝕性以中等—強腐蝕性為主，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律分析

根據以上規律，天津濱海新區地下水、土對建筑材料的腐蝕性如表4所列。

根據表4分析，天津濱海新區地下水、土對建筑材料的腐蝕性情況如下：

表4 天津濱海新區地下水、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）天津濱海新區潛水對混凝土結構以弱腐蝕性為主，對混凝土結構中鋼筋以中等—強腐蝕性為主。

2）天津濱海新區第一承壓水（埋深20.0~25.0 m段）對混凝土結構以弱—中等腐蝕性為主，對混凝土結構中鋼筋以微—弱腐蝕性為主。

3）天津濱海新區第二承壓水（埋深40.0~55.0 m段）對混凝土結構以弱腐蝕性為主，對混凝土結構中鋼筋以微—弱腐蝕性為主。

4）天津濱海新區淺層土（埋深14.0 m以上）對混凝土結構以微—弱腐蝕性為主，對混凝土結構中鋼筋以中等—強腐蝕性為主；天津濱海新區深層土（埋深14.0 m以下）對混凝土結構和混凝土結構中鋼筋均以微腐蝕性為主。

4 結語

1）天津濱海新區淺層地基土（主要為埋深14.0 m以上）對混凝土結構和混凝土結構中鋼筋的腐蝕性與潛水的腐蝕性基本一致，而天津濱海新區深層地基土對混凝土結構和混凝土結構中鋼筋的腐蝕性弱于地下水對混凝土和混凝土結構中鋼筋的腐蝕性。

2）天津濱海新區潛水對混凝土結構的腐蝕性與承壓水對混凝土結構的腐蝕性基本一致；潛水對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性高于承壓水對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性，總體規律是地下水對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性淺部較強，隨深度逐漸變弱。

3）由于濱海新區地下水屬于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）在天津濱海新區進行潛水取水孔布置時，潛水取水孔的深度應穿透全新統第玉海相淺海相沉積層（）底部，進入全新統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行腐蝕性判定；對透水性好的承壓水含水層建議取水樣進行腐蝕性判定。

6）由于本次統計結果受統計場地數量限制，需要繼續進行其規律性研究。

[1] 李鳳憲，王華，王永建.天津地區地下水和土腐蝕性評價關鍵問題探討[J].土工基礎，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，巖土工程勘察規范（2009版）[S].GB50021—2001,Codeforinvestigationofgeotechnicalengineering(2009 Edition)[S].

[3] 李俊，黃濤，荊志東，等.天津市區淺層地下水水質分析及腐蝕性評價[J].水資源與水工程學報，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.

[4]李連營，唐海明.濱海新區軌道交通B1線一期工程詳細勘察報告[R].天津：天津市勘察院，2017.LI Lian-ying,TANG Hai-ming.Detailed investigation report of phase I project of B1 line of Binhai New Area[R].Tianjin:Tianjin Institute of Geotechnical Investigation Surveying,2017.

[5] 張鵬，咸永珍，趙鐵軍，等.沿海地區混凝土結構的鋼筋銹蝕與防護[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.

[6] 李連營.天津濱海新區地下水腐蝕性初步研究成果報告[R].天津：天津市勘察院，2010.LILian-ying.Report onpreliminary study of groundwatercorrosivity in Tianjin Binhai NewArea[R].Tianjin:Tianjin Institute of Geotech原nical Investigation Surveying,2010.

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

[8] 程祖鋒.建筑基礎腐蝕性試驗與評價研究[D].吉林：吉林大學，2006.CHENG Zu-feng.Study on corrosion test and evaluation of building foundation[D].Jilin:Jilin University,2006.