天津滨海新区地下水、土腐蚀性规律初步分析与探索

唐海明，李平虎，吴海燕

0 引言

天津滨海新区位于渤海之滨，原为退海之地，属于盐碱地，局部有盐田、养虾池，其零星分布有排水沟和盐场用房，由于后期的工程建设等人为改造，沿海滩涂地貌多发生变化。受海侵影响，滨海新区地下水、土含盐量均较高，水、土腐蚀性亦相对严重，对建筑基础危害大，是影响工程质量和造价的重要因素之一。对于天津滨海新区浅部水、土腐蚀性已进行一些研究和分析，如李凤宪[1]等人通过对天津市区和滨海新区几个场地的腐蚀性资料进行了对比分析，给出了按规范[2]判定地下水和土的腐蚀性中环境类别及干湿交替应考虑的条件。李俊[3]等人对天津市区地下水的腐蚀性分析判定也进行了一些研究，但对于滨海新区地下水，尤其是对工程影响较大的承压水和土的腐蚀性规律研究相对较少。

1 水文地质条件情况简介

天津滨海新区对地基和基坑有影响的水文地质条件可分为上层滞水、潜水、微承压水。其中上层滞水含水层主要分布在透水性较好的人工填土层，以Q43al或Q43Nal的顶部黏土层为隔水底板，一般分布不连续，工程意义不大；潜水含水层主要分布在Q42m第I海相层及以上的黏性土、粉土、人工填土层中，以Q41h沼泽相黏性土层、Q41al顶部黏性土层为相对隔水底板；承压含水段主要分布在全新统下组沼泽相沉积层（Q41h）粉质黏土（埋深20.0 m）以下分布的粉砂、粉土层中[4-5]。

1.1 潜水中主要离子含量及腐蚀性

本次收集滨海新区潜水试验资料188组[6]，经过统计分析，潜水中氯离子含量在500~5 000 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了45.7%，氯离子含量小于100 mg/L的比例为2.0%，氯离子含量在100~500 mg/L之间的比例为9.0%，氯离子含量在5 000~10 000 mg/L之间的比例为18.0%，氯离子含量在10 000~20 000 mg/L之间的比例为12.0%，氯离子含量大于20 000 mg/L的比例为14.0%。

经过统计分析，潜水中硫酸根离子在300~1 500 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了59.4%，硫酸根离子含量小于300 mg/L的比例为11.7%，硫酸根离子含量在1 500~3 000 mg/L之间的比例为15.0%，硫酸根离子含量大于3 000 mg/L的比例为13.9%。

按照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009版）[2]，天津地区环境类别按照域类环境、有干湿交替考虑，根据以上分析结果可以看出，天津滨海新区潜水对混凝土结构的腐蚀性主要以弱腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋的腐蚀性以中等—强腐蚀性为主，具体情况见表1。

表1 潜水腐蚀性判定表Table 1 Corrosivity determination of phreatic water

1.2 微承压水腐蚀性

1.2.1 第一承压水离子浓度及腐蚀性

由于滨海新区大规模的经济建设主要分布在核心区塘沽区，本次收集塘沽核心区11个场地的第一微承压水层（埋深20.0~25.0 m段）水质分析资料21组，经过统计分析，第一微承压水层中氯离子含量在10 000~20 000 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了62.5%，氯离子含量小于5 000 mg/L的比例为12.5%，氯离子含量在5 000~10 000 mg/L之间的比例为25.0%，氯离子含量大于20 000 mg/L的比例为0.0%。

经过统计分析，第一承压水中硫酸根离子含量在300~1 500 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了54.5%，硫酸根离子含量小于300 mg/L的比例为0.0%，硫酸根离子含量在1 500~3 000 mg/L之间的比例为45.5%，硫酸根离子含量大于3 000 mg/L的比例为0%。

按照GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》（2009版）[2]，天津地区环境类别按照域类环境、无干湿交替（混凝土结构的腐蚀性）、长期浸水（混凝土结构中钢筋的腐蚀性）考虑，根据以上分析结果可以看出，天津滨海新区第一承压水对混凝土结构的腐蚀性主要以弱—中等腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋的腐蚀性以微—弱腐蚀性为主，具体见表2。

表2 第一承压水腐蚀性判定表Table 2 Corrosivity determination of the first confined water

1.2.2 第二承压水离子浓度及腐蚀性

本次收集塘沽核心区5个场地的第二微承压水层（埋深40.0~55.0 m段）水质分析资料9组，经过统计分析，第二微承压水层中氯离子10 000~15 000 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了55.6%，氯离子含量在5 000~10 000 mg/L之间的比例为44.4%。

经过统计分析，第二承压水中硫酸根离子含量在300~1 500 mg/L之间的数量占总样本数比例最多，达到了77.8%，硫酸根离子含量在1 500~3 000 mg/L之间的比例为22.2%，硫酸根离子含量大于3 000 mg/L的比例为0%。

按照《岩土工程勘察规范》（2009版），天津地区环境类别按照域类环境、无干湿交替（混凝土结构的腐蚀性）和长期浸水（混凝土结构中钢筋的腐蚀性）考虑，根据以上分析结果可以看出，天津滨海新区第二承压水对混凝土结构的腐蚀性主要以弱腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋的腐蚀性以微—弱腐蚀性为主，具体见表3。

表3 第二承压水腐蚀性判定表Table 3 Corrosivity determination of the second confined water

2 地基土的离子浓度

本次收集滨海新区核心区塘沽区7个场地地基土易溶盐分析资料107组，取样深度为埋深30.0 m以上，根据土易溶盐分析结果，埋深30.0 m以上地基土中离子浓度总体规律如下：

1）土中硫酸根离子浓度规律

埋深14.0 m以上硫酸根离子的浓度随着深度的增加逐渐减小，埋深14.0~20.0 m段硫酸根离子浓度在100~650 mg/kg之间，埋深20.0 m以下硫酸根离子浓度比较稳定，一般在500 mg/kg左右变化，具体情况见图1。

图1 土中硫酸根离子浓度随深度变化图Fig.1 Variation of soil sulfate ion concentration with depth

2）土中氯离子浓度规律

埋深0.0~7.0 m段氯离子浓度随深度逐渐增大，埋深7.0~14.0 m段氯离子浓度达到最大值，氯离子浓度一般在5 000~10 500 mg/kg之间，埋深14.0 m以下氯离子浓度比较稳定，氯离子浓度一般在2 000~5 000 mg/kg之间，埋深21.0 m以下氯离子浓度一般在3 000 mg/kg左右，具体情况见图2。

图2 土中氯离子浓度随深度变化图Fig.2 Variation of soil chloride concentration with depth

根据土中离子浓度的变化规律，滨海新区浅层土对建筑材料的腐蚀性在埋深20.0 m以上比较严重，埋深20.0 m以下腐蚀性相对比较稳定。

按照《岩土工程勘察规范》（2009版），天津地区环境类别按照域类环境[7-8]、在有干湿交替和无干湿交替情况下对混凝土结构的腐蚀性和混凝土结构中钢筋的腐蚀性有如下规律：

1）天津滨海新区埋深14.0 m以上（有干湿交替和无干湿交替）地基土土对混凝土结构的腐蚀性以微—弱腐蚀性为主，埋深14.0 m以下（无干湿交替）以微腐蚀性为主。

2）天津滨海新区埋深14.0 m以上（有干湿交替和无干湿交替）地基土土对混凝土结构中钢筋的腐蚀性以中等—强腐蚀性为主，埋深14.0 m以下（无干湿交替）以微腐蚀性为主。

3 水、土对建筑材料的腐蚀性规律分析

根据以上规律，天津滨海新区地下水、土对建筑材料的腐蚀性如表4所列。

根据表4分析，天津滨海新区地下水、土对建筑材料的腐蚀性情况如下：

表4 天津滨海新区地下水、土对建筑材料的腐蚀性情况表Table 4 Corrosivity of ground water and soil on building materials in Tianjin Binhai New Area

1）天津滨海新区潜水对混凝土结构以弱腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋以中等—强腐蚀性为主。

2）天津滨海新区第一承压水（埋深20.0~25.0 m段）对混凝土结构以弱—中等腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋以微—弱腐蚀性为主。

3）天津滨海新区第二承压水（埋深40.0~55.0 m段）对混凝土结构以弱腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋以微—弱腐蚀性为主。

4）天津滨海新区浅层土（埋深14.0 m以上）对混凝土结构以微—弱腐蚀性为主，对混凝土结构中钢筋以中等—强腐蚀性为主；天津滨海新区深层土（埋深14.0 m以下）对混凝土结构和混凝土结构中钢筋均以微腐蚀性为主。

4 结语

1）天津滨海新区浅层地基土（主要为埋深14.0 m以上）对混凝土结构和混凝土结构中钢筋的腐蚀性与潜水的腐蚀性基本一致，而天津滨海新区深层地基土对混凝土结构和混凝土结构中钢筋的腐蚀性弱于地下水对混凝土和混凝土结构中钢筋的腐蚀性。

2）天津滨海新区潜水对混凝土结构的腐蚀性与承压水对混凝土结构的腐蚀性基本一致；潜水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性高于承压水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性，总体规律是地下水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性浅部较强，随深度逐渐变弱。

3）由于滨海新区地下水属于Cl原K+Na型水，水中氯离子和钾、钠离子含量超过了80%，所以在腐蚀性判定中没有提及其他离子的腐蚀性问题。

4）在天津滨海新区进行潜水取水孔布置时，潜水取水孔的深度应穿透全新统第玉海相浅海相沉积层（）底部，进入全新统第域陆相沼泽相沉积层（）土层为宜。

5）对于黏性土等不透水层建议取土样进行腐蚀性判定；对透水性好的承压水含水层建议取水样进行腐蚀性判定。

6）由于本次统计结果受统计场地数量限制，需要继续进行其规律性研究。

[1] 李凤宪，王华，王永建.天津地区地下水和土腐蚀性评价关键问题探讨[J].土工基础，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，岩土工程勘察规范（2009版）[S].GB50021—2001,Codeforinvestigationofgeotechnicalengineering(2009 Edition)[S].

[3] 李俊，黄涛，荆志东，等.天津市区浅层地下水水质分析及腐蚀性评价[J].水资源与水工程学报，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]李连营，唐海明.滨海新区轨道交通B1线一期工程详细勘察报告[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] 张鹏，咸永珍，赵铁军，等.沿海地区混凝土结构的钢筋锈蚀与防护[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] 李连营.天津滨海新区地下水腐蚀性初步研究成果报告[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，城市轨道交通岩土工程勘察规范[S].GB 50307—2012,Code for geotechnical investigations of urban rail transit[S].

[8] 程祖锋.建筑基础腐蚀性试验与评价研究[D].吉林：吉林大学，2006.CHENG Zu-feng.Study on corrosion test and evaluation of building foundation[D].Jilin:Jilin University,2006.