天津地區地下水、土腐蝕性評價標準探討

李雅斐 秦銀剛

摘 要：結合天津地區地質情況，對巖土工程勘察中腐蝕性評價中的關鍵問題進行了討論。就天津地鐵工程勘察場地環境類型、干濕交替、土樣腐蝕性等問題，對不同標準和研究成果進行解讀分析，結果對天津地區地鐵工程建設中的水土腐蝕性評價有一定的指導意義。

關鍵詞：地下水;腐蝕性評價;巖土工程勘察;地鐵工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.099

1 引言

地下水、土的腐蝕性評價是巖土工程勘察的一項重要內容，是工程設計的必要基礎資料。天津地處渤海之濱，淺層地下水具有咸淡分布的特點，會對地下工程造成一定的腐蝕性影響。開展腐蝕性評價并據此采取可靠的防腐措施，是確保工程質量的重要一環。

筆者在從事地鐵工程勘察設計工作中發現，巖土從業人員對于腐蝕性評價中的勘察場地環境類型、干濕交替、土的腐蝕性等問題有不同解讀，執行規范并不統一。本文結合新實施的《巖土工程技術規范》（DB-29-20-2000），對相關標準和研究成果進行分析解讀，并結合天津地區水文地質概況及自己的實踐經驗提出一些觀點，供同行探討。

2 天津地區水文地質概況

天津位于濱海平原地區，淺層地下水主要為第四紀地層中的孔隙水。地鐵建設區域位于天津南部平原地區，與工程建設密切相關的是潛水和淺層承壓水。

潛水賦存于淺部地層中，大部分區域以黏性土介質為主，滲透性差;部分區域有淺部粉土、砂土分布，滲透性相對較好。潛水位埋深一般為1.0m?3.0m，水位受降雨、地表水及地面蒸發影響，年變幅在0.5m～1.0m。

第一承壓含水層（⑧2、⑨2、⑩2層）是影響天津地鐵的主要含水層，一般埋深20m?33m，土性為粉土或砂土;第二承壓含水層（、層）一般埋深33m?53m，土性為粉土、粉砂及細砂。第一、二承壓含水層空間分布較為連續，局部第一承壓含水層與第二承壓含水層連通。

3 腐蝕性評價問題分析

3.1 勘察場地環境類型

環境因素是影響腐蝕性的關鍵因素，GB50021-2001《巖土工程勘察規范》（2009版）附錄G考慮了氣候類型、土層滲透性及含水量等因素，將場地環境劃分為Ⅰ～Ⅲ類，并要求依此分類對水的腐蝕性進行評價。

天津地區干燥度系數為1.9（30年平均），根據《巖土工程勘察規范》（2009版），應判定為干旱區。參照表1，天津地區潛水及承壓水屬于干旱區弱透水層中的地下水，環境類型應定為Ⅱ類。

天津地標《巖土工程技術規范》（DB-29-20-2000）中規定，“天津地區一般條件可按Ⅲ類環境評價;地下水PH≤6.5的場地宜按Ⅱ類環境評價”，該條款根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-94）規定的場地環境類型劃分標準制定。《巖土工程勘察規范》于2009年進行了局部修訂，Ⅲ類環境的場地環境地質條件為“各氣候區稍濕的弱透水層;各氣候區地下水位以上的強透水層”，由于天津地鐵結構工程往往位于地下水位以下，顯然不能再判定為Ⅲ類環境。因此，2018年8月1日最新實施的《天津市城市軌道交通巖土工程勘察規程》（DB/T 29-253-2018）針對天津地鐵地下工程的環境類型進行了明確規定。

《天津市城市軌道交通巖土工程勘察規程》（DB/T 29-253-2018）10.4.3【條文說明】中有如下表述：對于地下車站地下連續墻作為地下主體結構的一部分、或地下隧道采用非全斷面注漿時時宜按Ⅰ類環境考慮;地下車站中地下連續墻不作為車站主體結構時，考慮到其隔水作用，車站主體結構可按Ⅱ類環境確定;考慮到地下區間采用全斷面注漿處理使襯砌結構直接接觸的水泥土滲透性大大降低以及襯砌結構本身抗滲性能較好的因素，可按Ⅱ類環境確定。

根據天津地鐵建設實際，地下車站往往采用地下連續墻作為圍護結構，地下區間往往采用全斷面同步及二次注漿。結合以上分析，在天津市城市軌道交通工程建設中，一般情況下可按Ⅱ類環境類型開展腐蝕性評價。對于高架車站區間及地面附屬建筑，根據2009版《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）結合實際情況確定。

3.2 干濕交替

如何考慮干濕交替影響，對混凝土結構進行腐蝕性判定并進行耐久性設計，不同規范理解也存在爭議。《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T50476-2008）中規定“配筋混凝土墻、板構件的一側表面接觸室內干燥空氣、另一側表面接觸水或濕潤土體時，接觸空氣一側的環境作用等級宜按干濕交替環境確定”。

具體到地鐵工程，《地鐵設計規范》（GB50157-2013）認為，地下車站及盾構隧道所采取的防水抗滲等級較高，結構環境不至于形成完全的干濕交替效果，因此對處于一般環境條件下且厚度不小于300mm的鋼筋混凝土結構內襯可不按薄壁構件考慮，在一面臨水另一面干燥的環境條件下，可不考慮干濕交替作用。

天津地區中南部平原區域潛水水位埋深較淺，淺層土以黏性土為主，在毛細作用下，地下水很容易上升至地表。據有關研究成果，天津地區在地下水毛細上升帶范圍內，凍融交替、干濕交替作用對混凝土結構腐蝕性的影響不強烈。據此，在一般環境下，地下車站及區間可不考慮干濕交替影響。

3.3 土樣腐蝕性判定

2009版《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）12.1.2條規定：“混凝土結構處于地下水位以上時，應取土試樣做土的腐蝕性測試;處于地下水或地表水中時，應取水試樣做水的腐蝕性測試”。由于天津地區中南部平原地區地下水位埋深較淺，天津各勘察單位以往在判定腐蝕性過程中往往僅采集水樣，以地下水的腐蝕性替代水和土的腐蝕性。國內其他城市也多采用類似做法。

最新實施的《天津市城市軌道交通巖土工程勘察規程》（DB/T 29-253-2018）針對地基土的腐蝕性提出了新要求。認為天津地區不僅要考慮地下水、地下水位以上土對建筑材料的腐蝕性，也要評價地下主體結構底板下5m以上地基土對建筑材料的腐蝕性。

針對地基土的腐蝕性是否需要判定，筆者研究了相關規范及研究資料。根據2009版《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）12.2腐蝕性評價章節的腐蝕性評價表格，能推出相同離子濃度的地基土對混凝土的腐蝕性弱于地下水（無干濕交替）的腐蝕性;地基土對鋼筋的腐蝕性與地下水（有干濕交替）的腐蝕性相當。

國內學者對于天津地區的水土腐蝕性研究開展了大量研究。李鳳憲等人對天津地區7個場地開展水和土的腐蝕性對比分析，認為地基土對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性要高于潛水在無干濕交替（或長期浸水）作用下的腐蝕性，而與潛水在干濕交替作用下腐蝕性基本相當。唐海明等人收集上百組資料對濱海新區地下潛水、承壓水及地基土的腐蝕性進行系統分析和對比，認為濱海新區淺層地基土對混凝土結構及鋼筋腐蝕性與潛水的腐蝕性基本一致，深層地基土對混凝土結構及鋼筋的腐蝕性弱于地下水的腐蝕性。

綜合以上分析解讀，結合天津環境條件，在軌道交通巖土勘察中應充分考慮地基土對建筑材料的腐蝕性，尤其是對混凝土中鋼筋的腐蝕性。當僅取水樣判定對建筑材料的腐蝕性情況時，出于安全性考慮，建議按照干濕交替條件考慮對鋼筋的腐蝕性。

4 結論

地下工程防腐蝕設計的難點在于確定防腐蝕設計等級。等級過高，將造成混凝土耐久性要求提高、工程造價及實施難度提高;等級過低，將造成結構耐久性設計偏于不安全。本文結合標準對腐蝕性評價過程中的幾個關鍵問題開展探討，得到結論如下：

（1）在天津市地鐵工程建設中，一般情況下建議按Ⅱ類環境類型開展腐蝕性評價。

（2）一般環境條件下，地下車站及區間建議不考慮干濕交替影響。

（3）應當充分考慮地基土對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性，地基土對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性與潛水在干濕交替作用下對鋼筋的腐蝕性基本相當。

參考文獻：

[1]GB50021-2001.巖土工程勘察規范（2009版）[S].

[2]DB/T 29-253-2018.天津市城市軌道交通巖土工程勘察規程[S].

[3]GB50157-2013.地鐵設計規范[S].

[4]GB/T50476-2008.混凝土結構耐久性設計規范[S].

[5]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，2015，29（02）：100-104.

[6]唐海明，李平虎，吳海燕.天津濱海新區地下水、土腐蝕性規律初步分析與探索，2018，38（02）：20-23.

[7]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（02）：103-107.