西北戈壁地区岩土腐蚀性与防腐措施分析

任治军，任亚群，宋志远

(江苏省电力设计院，江苏 南京 210024)

1 概述

哈密南～郑州±800kV特高压直流输电工程，西起哈密换流站，东至郑州换流站，工程额定电压±800kV，额定输送功率8000MW，输电线路全长2211.3km，采用单回双极架设方式。线路途经新疆、甘肃、陕西、宁夏、山西、河南6省(自治区)。由江苏省电力设计院中标承担一般线路工程中的4标段【峡西(东)—桥湾道班北】的勘测设计工作。本段线路路径长度约为104.55km，塔位编号自起点到终点统一编号为601～814，全部位于甘肃省酒泉市下辖的瓜州县境内河西走廊西段的酒嘉地区，该段走廊南北宽度十余公里到数十公里不等，沿线地貌主要为戈壁、山前平原和低山丘陵，地形基本平缓，局部略有起伏，地势西北高、东南低，海拔在1391m～1703m(1985国家高程基准)之间。

根据本工程前期资料，沿线普遍分布有盐渍土，场地土腐蚀性等级以中等～强为主，对线路基础设计影响较大。

2 岩土工程条件

2.1 工程地质分区

根据本次现场勘察成果，并结合已有地质资料，沿线主要由第四系全新统、上更新统冲积、洪积、坡积、残积成因的角砾、砾砂、粉质黏土混粗砂、圆砾等以及白垩系、泥盆系、志留系、奥陶系、寒武系的泥岩、灰岩、大理岩、板岩、砂岩、千枚岩、石英片岩、片麻岩、砂质泥岩、花岗岩等组成。根据沿线地区的地形地貌特征及地基岩土的工程特性等，可将沿线大致划分为5个工程地质区段，见表1。

表1 沿线地区地基岩土工程地质分区

2.2 地基腐蚀性基本特征及历史资料

沿线地基岩土以碎石土(带胶结的角砾、砾砂及圆砾)和基岩为主，不同地质区段有所变化。由于沿线途经地区处于西北干旱少雨区，加之年蒸发量又较大，土质的含盐量普遍较高，局部地段盐份聚集到一定程度便形成盐渍土(见图1)。根据本阶段现场踏勘情况，沿线地基土表层一般均有盐渍结晶分布。盐渍结晶是在降水和洪水的渗透淋滤和强烈蒸发作用下，盐分以层状或蜂窝状集聚于细颗粒夹层层面，形成的结晶盐层。

图1 沿线典型盐渍土照片

根据该地区现有资料，瓜州地区地下水对混凝土结构的腐蚀性一般为中等；地基土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋及钢结构具弱～中等腐蚀性。

3 腐蚀性评价工作方法

3.1 样本采取原则

根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001，2009年版)第12.1.2条的规定，采取水试样和土试样应符合下列规定：

(1)混凝土或钢结构处于地下水位以上时，应采用土试样作土的腐蚀性试验；

(2)混凝土结构处于地下水或地表水中时，应采用水试样作水的腐蚀性测试；

(3)混凝土结构部分部分处于地下水位以上，部分处于地下水位以下时，应分别取土试样和水试样作腐蚀性测试；

(4)水试样和土试样应在混凝土结构所在的深度采取，每个场地不应少于2件。当土中盐类成分和含量分布不均匀时，应分区、分层取样，每区、每层不应少于2件。

由于沿线地基土以碎石土为主，勘测过程采用干钻开孔，在设计位置采取扰动样，取样后及时封装；水样在终孔后待水位稳定后采取，取样后按规定封装，并及时送当地试验室。

3.2 取样点布置

为全面评价沿线地基土的腐蚀性，初步设计阶段按10km间距布置了取样孔，施工图设计阶段则结合初设评价结论和地形地貌特征等腐蚀性评价影响因素，将取样孔间距加密至3km～5km，土样在垂直方向分布于自地表0.00m～20.00m范围，采样间距0.5m～1.5m不等，试验项目以易溶盐测定为主，本次取样场地土样本数量为183个。由于丘陵地段(包括丘陵之间的凹地)地下水埋藏较深，勘测期间未见地下水，因而没有采取到地下水试样，仅在初设阶段在戈壁滩地貌两个区段的1C1、1C6和1C7(分别对应815、724和705塔位)采取了3组水试样，三个水试样深度分别为5.0m、11.0m和12.0m。

3.3 取样代表性分析

沿线分布的盐渍土属于西北内陆盆地粗颗粒盐渍土，为国内研究较少的盐渍土类型，具有在平面分布不连续、不均匀和垂直分布的表聚性特征。一般情况下在平面上盐分主要富集在沟谷洪流的主线附近，在垂向上盐分富集在地表以下3.0m～5.0m以浅，且随深度增大含盐量减少。根据本工程初步设计易溶盐测试情况，所含盐类由表层以亚硫酸盐为主，向深部逐渐变为氯盐、亚氯盐为主的特点。

因此，本阶段在充分分析初步设计试验成果的基础上，根据地形地貌特征、和工程地质分区情况，有针对性地进行了采样工作，使得试样在水平和垂直方向上均有相当的代表性。

3.4 试验结果分析

从本工程初步设计及施工图设计阶段室内试验结果分析，试验结果在平面及垂直方向上离散度均较大，从垂直方向分析，腐蚀介质达到弱腐蚀以上的样本大约67%左右分布在地面以浅5.0m范围内，从平面上分析，则很难划分出准确的盐渍土和非盐渍土地段，几乎全部的取样孔表层土样试验结果满足盐渍土的定义标准，这一点更加印证了西北地区盐渍土分布的广泛性。

4 腐蚀性评价

4.1 场地环境类别

本工程位于干旱区，地基土属强透水层，根据《岩土工程勘察规范》附录G场地环境类型的划分规定，场地环境类别在评价水的腐蚀性时按Ⅰ类考虑，评价土的腐蚀性时按Ш类考虑。评价是在本次试验基础上结合了当地部分线路工程的经验而综合确定。

4.2 对混凝土结构的腐蚀性评价

根据《岩土工程勘察规范》和《盐渍土地区建筑规范》，对混凝土结构腐蚀性评价情况见表2、表3。

表2 地下水的腐蚀性评价结果表(环境类别：I类)

表3 土对混凝土结构的腐蚀性评价表(环境类别：III类)

4.3 对混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价

根据《岩土工程勘察规范》，对混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价情况见表4。

表4 土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价

4.4 腐蚀性综合评价

因此，根据上述试验结果，场地土对混凝土结构的腐蚀性为弱～中等腐蚀，对混凝土结构中钢筋的腐蚀性为中等腐蚀。《岩土工程勘察规范》12.2.6条规定，水、土对建筑材料腐蚀的防护应符合《工业建筑防腐设计规范》(GB50046)的规定，而《工业建筑防腐设计规范》中所及的腐蚀等级并未明确细分场地土对混凝土结构还是结构中的钢筋腐蚀，为便于设计使用，将场地土的腐蚀性按不利组合进行综合评价。各腐蚀等级塔位所占百分比见表5。

表5 各腐蚀等级塔位所占百分比

《岩土工程勘察规范》12.2.3条中规定场地水、土腐蚀性评价所遵循的原则为就高不就低，本次评价基本遵循此原则，但由于西北地区场地土构成较为特殊，碎石土中局部盐渍结晶富集，现场采样时为查明盐渍结晶的腐蚀介质构成，特采取了盐渍结晶样进行室内试验分析。本次试验表明，盐渍结晶样中易溶盐腐蚀性介质指标达到强腐蚀等级的有4个，仅占全部土样(183个)的2.2%，且其分布层位均位于地表以浅0.50m以内。若按此结果评价场地土的腐蚀性，将出现评价结论过于保守，基础的防腐等级和措施需按较高标准进行，最终导致项目投资发生较大幅度的变更，与现场真实情况不符。因此，本工程的腐蚀性评价采用了综合评判、重点治理原则，根据现场勘测情况，对局部盐渍土富集地段的塔位建议设计按强腐蚀采取措施，大部分地段按中等腐蚀进行基础设计，既有利于设计专业理解和使用腐蚀性评价的结果，也体现了充分重视客观事实，确保工程安全的原则。

5 防腐措施分析

盐渍土吸水后易溶盐溶解产生溶陷、水分蒸发后盐分结晶后而产生膨胀变形，反复的溶陷和盐胀将导致土体结构发生变化，大大减低土体强度，可能对基础的抗拔有一定影响。

从搜资及现场调查走访情况看，沿线分布的内陆盆地粗颗粒盐渍土在溶陷性、盐胀性等方面的危害并不明显，主要危害表现为对混凝土结构的腐蚀性。防护措施主要是最大限度地提高混凝土的密实性，提高保护层厚度，减少Cl－渗入量为主。在腐蚀性强的盐渍土地区，单单依靠混凝土自身的密实性尚不能达到钢筋混凝土结构的设计使用年限，可采取以下特殊防腐蚀措施：

(1)钢筋阻锈剂：以氯盐为主的腐蚀环境需采用钢筋阻锈剂。阻锈剂在混凝土中可消除Cl－的危害。

(2)混凝土涂层：包括渗透层、涂覆层、防腐蚀砂浆等，涂在混凝土表面以防止或减缓Cl－的渗透。地下部分采用沥青类涂料，地上部分采用有机涂层。

综合土样易溶盐测试分析结果、水质分析结果及物探试验结果，并考虑基础防冲刷等因素，以下塔位建议采取一定的防护措施：602～605、610～611、617～619、625、632、633、647、668、721、743、746、775、778和799～814等。根据西北地区线路建设经验，一般采用混凝土外涂沥青等措施加以防护，同时可考虑适当提高混凝土标号和密实度；对基础施工过程中表层盐渍土结晶富集地段，建议在回填过程中对基础周边的盐渍结晶土进行换填，确保工程安全。

6 结论与建议

(1)线路工程跨度大、岩土种类复杂等特点，导致场地水、土腐蚀性评价比发电厂、变电站工程难度更大，要获取合理的评价结论，必须从岩土勘测各阶段不断深入研究。从本标段设计及施工现场反馈情况分析，本文得出的腐蚀性评价结论及措施是适宜的。

(2)西北戈壁地区的特高压线路主要经过无人区，周边工程经验匮乏，在缺乏相关经验支撑的情况下，场地水、土的腐蚀性评价必须基于适量的试验分析。因此，对岩土勘测提出了更高的要求。

(3)基于试验结果的腐蚀性评价及施工措施建议等，必须要慎重分析结果，本着去伪存真、实事求是和因地制宜的原则，才能真正地为优化设计提供足够依据。

[1]江苏省电力设计院.哈密南-郑州±800kV直流特高压输电线路工程初步设计报告[R]，2011.

[2]GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

[3]Q/DG-2-A06-2005，特高压架空输电线路工程勘测技术规定[S].

[4]华遵孟，沈秋武.西北内陆盆地粗颗粒盐渍土研究[J].工程勘察，2001，(1).

[5]张冬菊.盐渍土地区工程地基设计与防腐处理[J].青海大学学报(自然科学版)，2000，18(6).

[6]夏文俊，等.盐渍土腐蚀机理与防腐措施分析[J].上海交通大学学报，2011，45(S0).