基于GIS技术的工程场地腐蚀性评价

文｜辽宁省建设事业指导服务中心 刘铁明/沈阳建筑大学 王宁伟

一、引言

辽宁（营口）沿海产业基地（以下简称“产业基地”）位于营口市区南，西临辽东湾，北临西市区、站前区、老边区、高新区，南与北海新区和盖州市接壤，是一个正在开发建设的大型临港生态产业区和适宜人居的滨海新区，也是国家开发银行政策性金融支持的重点工程，现已成为辽宁老工业基地振兴和环渤海开发的标志性项目之一。作为辽宁沿海经济带开发开放的重要引擎，产业基地以国际化标准，整体采用“一区双城多组团”的规划结构，通过两城互动发展，拉动城市南移，规划多个产业组团，是未来营口市及辽东湾区域的政治、金融、文化、教育、信息和商贸休闲中心。总规划面积252 平方公里，分三期开发，现已建成一期40 平方公里，二期正在建设中，如图1所示。

辽宁（营口）沿海产业基地用地原为低效盐田，属国有工业用地，地势平坦，利于开发。工程建设初期，区内场地基本上是具有300 多年历史的盐田，盐池深度为1m 左右，地表为盐渍土或淤泥。地下水距地表0.70～1.60m，平均地下水位为-1.15m；地下水富含SO42-，CI-、Mg2+，NH4+、HCO3-等离子及侵蚀性CO2。为有效解决工程场地土的承载力和对建筑结构的腐蚀问题，笔者随课题组进行了相关的研究和工程实践。本文应用GIS 技术，针对产业基地的一期规划用地构建管理信息系统，对场地的腐蚀性进行评价。

二、GIS 系统的建立

GIS 是 Geographic Information System的英文简写，中文直译为“地理信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。同BIM、CIM 技术一样，在“互联网+”、“云计算”的时代背景下 ，GIS 技术不仅在国家经济社会建设和自然资源管理中不可或缺，同时也是国家治理体系和治理能力现代化建设中的基础性技术支撑，作为数字经济的重要组成部分，受到越来越多的关注，并广泛应用到多种领域。

2.1 功能设计

课题组利用Mapinfo 软件对空间数据、属性数据的储存、对应和显示功能，将产业基地一期工程场地的钻孔信息、土层分度、离子浓度及其它相关资料转化为相应图层、数据库，生成专业地图，并通过Map-X 二次开发而成辽宁（营口）沿海产业基地软土地基信息管理系统（以下简称本系统）。在GIS 软件原有的查询功能基础上，结合专业特点和需要，增加了热链接功能，鹰眼功能。功能设计如图2所示。

2.2 功能实现

（1）系统查询功能

通过点查询、项目查询、条件查询等方式，可以等到钻孔坐标、土层分布、各种离子浓度、工程建设信息等属性数据和空间数据，如图3～图5所示。

（2）热链接功能

用热链接工具单击对象可查看现场35个钻孔柱状图和14 个土质剖面图与电子地图的连接，如图6所示。

（3）鹰眼功能

本系统程序启动后，整修地图的缩略图会出现在窗口的左上角，即鹰眼，在鹰眼地图上使用鼠标点击一下，在主窗口中就会出现以鼠标点击处为中心的地图，如图7所示。

三、场地土离子浓度分析与比较

3.1 场地土离子浓度及分布

由信息系统生成的各种离子浓度及分布如图8～图13 所示，可以得到如下结果：

图2 辽宁（营口）沿海产业基地软土地基信息管理系统功能设计

图3 点查查询结果示意图

图5 件查查询结果示意图

图6 钻孔柱状图

图7 鹰眼功能对照图

图8 氯离子分布图图

图9 硫酸根离子分布图

图10 碳酸氢根离子分布图

图11 镁离子分布图

图12 钙离子分布图图

13 氨根离子分布图

（1）产业基地内各离子的浓度分布相差较大，见表1。

（2）产业基地一期场地中，CI-、SO42-、HCO3-、Mg2+浓度呈南高北低、西高东低分布；Ca2+浓度呈南高北低、东高西低分布；NH4+浓度南北趋同、东部最高。

3.2 与国内部分沿海地区离子浓度的比较

天津、连云港等沿海地区以及青岛、辽宁东港海水离子浓度见表2，通过比较，得出如下结果：

（1）产业基地地下水中，各种离子浓度与塘沽地区比较相近（副差在±20%以内）；Ca2+浓度分别为大港、连云港的2.4 倍、2.2 倍；Mg2+浓度分别为大港、连云港的1.8倍、2.1 倍；SO42-浓度分别为大港、连云港的3.1 倍、1.8 倍；CI-浓度分别为大港、连云港的1.5 倍、1.7 倍。

（2）产业基地内地下水中各离子的浓度的平均值远高于青岛燕儿岛、辽东湾海水中的各离子浓度。

四、腐蚀性评价

在硫酸盐和氯盐综合作用下，产业基地工程场地土壤对地下结构的腐蚀，主要表现在以下三个方面：对混凝土结构的腐蚀、对混凝土中钢筋的腐蚀和地下钢结构的腐蚀。结合地下水位、PH 值、海拔高度、气候特点等因素，根据中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》，作以评价：

（1）对混凝土结构的腐蚀，在干湿交替和非干湿交替环境中，主要表现为弱腐蚀，在中、西部个别区域为中等腐蚀甚至强腐蚀。

（2）对混凝土中钢筋的腐蚀，在长期水浸环境中为弱腐蚀，在干湿交替环境中为强腐蚀。

（3）对地下钢结构的腐蚀，为中等腐蚀。

此外，按照《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476 进行判定，将营口沿海产业基地所处的环境类别为Ⅱ（反复冻融导致混泥土损伤）、Ⅲ（氯盐侵入引起钢筋锈蚀）、Ⅴ类（硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀）。

按照环境作用等级产业基地内近海或海洋环境土中区分为非干湿交替区和干湿交替区。对于非干湿交替区的桩基，作用等级为Ⅱ-D、Ⅲ-D、Ⅴ-D（严重）；对于干湿交替区地下结构中外侧接触地下水而内侧接触空气的混凝土衬砌结构为Ⅱ-E、Ⅲ- E、Ⅴ- E（非常严重）。

五、结论

营口沿海产业基地工程场地地下水位高，含水量大，透水性差，为富含SO42-，CL-、Mg2+，Ca2+的盐滞土，对地下结构有较强的腐蚀性。在工程设计、施工、材料选择等方面应考虑防腐性和耐久性要求。建议推广使用高性能抗蚀混凝土、劲性钢骨混凝土以及抗腐蚀钢材。

表1 离子浓度表

表2 国内一些沿海地区各主要离子含量（mg/L）