基于GIS技術的工程場地腐蝕性評價

文｜遼寧省建設事業指導服務中心 劉鐵明/沈陽建筑大學 王寧偉

一、引言

遼寧（營口）沿海產業基地（以下簡稱“產業基地”）位于營口市區南，西臨遼東灣，北臨西市區、站前區、老邊區、高新區，南與北海新區和蓋州市接壤，是一個正在開發建設的大型臨港生態產業區和適宜人居的濱海新區，也是國家開發銀行政策性金融支持的重點工程，現已成為遼寧老工業基地振興和環渤海開發的標志性項目之一。作為遼寧沿海經濟帶開發開放的重要引擎，產業基地以國際化標準，整體采用“一區雙城多組團”的規劃結構，通過兩城互動發展，拉動城市南移，規劃多個產業組團，是未來營口市及遼東灣區域的政治、金融、文化、教育、信息和商貿休閑中心。總規劃面積252 平方公里，分三期開發，現已建成一期40 平方公里，二期正在建設中，如圖1所示。

遼寧（營口）沿海產業基地用地原為低效鹽田，屬國有工業用地，地勢平坦，利于開發。工程建設初期，區內場地基本上是具有300 多年歷史的鹽田，鹽池深度為1m 左右，地表為鹽漬土或淤泥。地下水距地表0.70～1.60m，平均地下水位為-1.15m；地下水富含SO42-，CI-、Mg2+，NH4+、HCO3-等離子及侵蝕性CO2。為有效解決工程場地土的承載力和對建筑結構的腐蝕問題，筆者隨課題組進行了相關的研究和工程實踐。本文應用GIS 技術，針對產業基地的一期規劃用地構建管理信息系統，對場地的腐蝕性進行評價。

二、GIS 系統的建立

GIS 是 Geographic Information System的英文簡寫，中文直譯為“地理信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。同BIM、CIM 技術一樣，在“互聯網+”、“云計算”的時代背景下 ，GIS 技術不僅在國家經濟社會建設和自然資源管理中不可或缺，同時也是國家治理體系和治理能力現代化建設中的基礎性技術支撐，作為數字經濟的重要組成部分，受到越來越多的關注，并廣泛應用到多種領域。

2.1 功能設計

課題組利用Mapinfo 軟件對空間數據、屬性數據的儲存、對應和顯示功能，將產業基地一期工程場地的鉆孔信息、土層分度、離子濃度及其它相關資料轉化為相應圖層、數據庫，生成專業地圖，并通過Map-X 二次開發而成遼寧（營口）沿海產業基地軟土地基信息管理系統（以下簡稱本系統）。在GIS 軟件原有的查詢功能基礎上，結合專業特點和需要，增加了熱鏈接功能，鷹眼功能。功能設計如圖2所示。

2.2 功能實現

（1）系統查詢功能

通過點查詢、項目查詢、條件查詢等方式，可以等到鉆孔坐標、土層分布、各種離子濃度、工程建設信息等屬性數據和空間數據，如圖3～圖5所示。

（2）熱鏈接功能

用熱鏈接工具單擊對象可查看現場35個鉆孔柱狀圖和14 個土質剖面圖與電子地圖的連接，如圖6所示。

（3）鷹眼功能

本系統程序啟動后，整修地圖的縮略圖會出現在窗口的左上角，即鷹眼，在鷹眼地圖上使用鼠標點擊一下，在主窗口中就會出現以鼠標點擊處為中心的地圖，如圖7所示。

三、場地土離子濃度分析與比較

3.1 場地土離子濃度及分布

由信息系統生成的各種離子濃度及分布如圖8～圖13 所示，可以得到如下結果：

圖2 遼寧（營口）沿海產業基地軟土地基信息管理系統功能設計

圖3 點查查詢結果示意圖

圖5 件查查詢結果示意圖

圖6 鉆孔柱狀圖

圖7 鷹眼功能對照圖

圖8 氯離子分布圖圖

圖9 硫酸根離子分布圖

圖10 碳酸氫根離子分布圖

圖11 鎂離子分布圖

圖12 鈣離子分布圖圖

13 氨根離子分布圖

（1）產業基地內各離子的濃度分布相差較大，見表1。

（2）產業基地一期場地中，CI-、SO42-、HCO3-、Mg2+濃度呈南高北低、西高東低分布；Ca2+濃度呈南高北低、東高西低分布；NH4+濃度南北趨同、東部最高。

3.2 與國內部分沿海地區離子濃度的比較

天津、連云港等沿海地區以及青島、遼寧東港海水離子濃度見表2，通過比較，得出如下結果：

（1）產業基地地下水中，各種離子濃度與塘沽地區比較相近（副差在±20%以內）；Ca2+濃度分別為大港、連云港的2.4 倍、2.2 倍；Mg2+濃度分別為大港、連云港的1.8倍、2.1 倍；SO42-濃度分別為大港、連云港的3.1 倍、1.8 倍；CI-濃度分別為大港、連云港的1.5 倍、1.7 倍。

（2）產業基地內地下水中各離子的濃度的平均值遠高于青島燕兒島、遼東灣海水中的各離子濃度。

四、腐蝕性評價

在硫酸鹽和氯鹽綜合作用下，產業基地工程場地土壤對地下結構的腐蝕，主要表現在以下三個方面：對混凝土結構的腐蝕、對混凝土中鋼筋的腐蝕和地下鋼結構的腐蝕。結合地下水位、PH 值、海拔高度、氣候特點等因素，根據中華人民共和國國家標準《巖土工程勘察規范》，作以評價：

（1）對混凝土結構的腐蝕，在干濕交替和非干濕交替環境中，主要表現為弱腐蝕，在中、西部個別區域為中等腐蝕甚至強腐蝕。

（2）對混凝土中鋼筋的腐蝕，在長期水浸環境中為弱腐蝕，在干濕交替環境中為強腐蝕。

（3）對地下鋼結構的腐蝕，為中等腐蝕。

此外，按照《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476 進行判定，將營口沿海產業基地所處的環境類別為Ⅱ（反復凍融導致混泥土損傷）、Ⅲ（氯鹽侵入引起鋼筋銹蝕）、Ⅴ類（硫酸鹽等化學物質對混凝土的腐蝕）。

按照環境作用等級產業基地內近海或海洋環境土中區分為非干濕交替區和干濕交替區。對于非干濕交替區的樁基，作用等級為Ⅱ-D、Ⅲ-D、Ⅴ-D（嚴重）；對于干濕交替區地下結構中外側接觸地下水而內側接觸空氣的混凝土襯砌結構為Ⅱ-E、Ⅲ- E、Ⅴ- E（非常嚴重）。

五、結論

營口沿海產業基地工程場地地下水位高，含水量大，透水性差，為富含SO42-，CL-、Mg2+，Ca2+的鹽滯土，對地下結構有較強的腐蝕性。在工程設計、施工、材料選擇等方面應考慮防腐性和耐久性要求。建議推廣使用高性能抗蝕混凝土、勁性鋼骨混凝土以及抗腐蝕鋼材。

表1 離子濃度表

表2 國內一些沿海地區各主要離子含量（mg/L）