唐海明

（天津市勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300191）

0 引言

天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通B1 線盾構(gòu)區(qū)間主體結(jié)構(gòu)埋深位于18.0～30.0 m，該區(qū)域地下水水位埋深一般位于1.0～2.0 m，因此B1 線隧道區(qū)間管片全部位于地下水位以下，使得盾構(gòu)管片一邊接觸地下水，一邊暴露在空氣中。通常管片連接處存在縫隙，這些縫隙影響盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的整體性和防水效果，尤其在濱海軟土地區(qū)，軌道交通運(yùn)營(yíng)期間可能產(chǎn)生新的裂隙，使盾構(gòu)管片處于有氧環(huán)境中。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001，2009 版）[1]，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)全線位于地下水位以下，需采取地下水樣進(jìn)行腐蝕性評(píng)價(jià)。但是，由于有氧環(huán)境下圍巖土體和地下水對(duì)管片的腐蝕性不同于缺氧環(huán)境，因此，僅取地下水進(jìn)行腐蝕性判定是不夠的，還有必要對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)一定范圍內(nèi)地基土的腐蝕性進(jìn)行判定。

目前，關(guān)于天津?yàn)I海新區(qū)地基土腐蝕性已有一些相關(guān)研究。斯 藹等[2]對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)埋深60.0 m 以淺的3 個(gè)鉆孔中地基土樣的含鹽量及腐蝕性進(jìn)行了初步分析；唐海明等[3]對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)地下潛水、承壓水對(duì)建筑材料的腐蝕性進(jìn)行了初步分析和探索。但目前對(duì)濱海新區(qū)地基土的腐蝕性認(rèn)識(shí)尚存在不足，主要是由于濱海新區(qū)埋深30.0 m 以上淺層地基土易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)較少。為此，收集了濱海新區(qū)埋深35.0 m 以淺共計(jì)268 組地基土易溶鹽試驗(yàn)結(jié)果，這些數(shù)據(jù)分布在濱海新區(qū)大部分區(qū)域（見(jiàn)圖1），基本上反映了濱海新區(qū)地基土的實(shí)際情況。根據(jù)收集的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)埋深35.0 m 以淺地基土中含量較高、對(duì)建筑材料腐蝕性影響較大的氯離子、硫酸根離子等進(jìn)行了分析和探索，同時(shí)也對(duì)地基土中平均含鹽量和pH 值的規(guī)律進(jìn)行了初步分析。

圖1 地基土收集點(diǎn)位置示意圖

1 天津?yàn)I海新區(qū)淺部地基土分布概況

天津?yàn)I海新區(qū)埋深35.0 m 以淺地基土按成因年代可分為以下大層。

（1）埋深17.50 m 以淺

主要由人工填土層（Qml）、新近沖積層（Q43Nal）黏性土、全新統(tǒng)第Ⅰ海相淺海相沉積層（Q42m）淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土層組成，其中淤泥質(zhì)土的底板埋深一般在15.00 m 左右。

（2）埋深17.50～35.0 m 段

主要由全新統(tǒng)第Ⅱ陸相沼澤相沉積層（Q41h）黏性土層、全新統(tǒng)第Ⅱ陸相河床-河漫灘相沉積層（Q41al）黏性土、粉土層[4]，上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層（Q3eal）黏性土、粉土層、上更新統(tǒng)第Ⅱ海相濱海-潮汐帶相沉積層（Q3dmc）粉質(zhì)黏土、粉（砂）土層組成。

天津?yàn)I海新區(qū)典型的水文地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。

圖2 水文地質(zhì)剖面圖

2 淺部地基土中氯離子及硫酸根離子含量及其腐蝕性分析

（1）氯離子含量及腐蝕性

根據(jù)收集的268 組土樣易溶鹽數(shù)據(jù)分析，氯離子含量大于5000 mg/kg 的土樣占樣本總數(shù)的41%，氯離子含量500～5000 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的54%，氯離子含量小于500 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的5%。埋深35.0 m 以淺地基土氯離子含量、占比及腐蝕性情況見(jiàn)表1，不同埋深地基土中氯離子含量及腐蝕性見(jiàn)表2，氯離子含量隨深度變化情況見(jiàn)圖3。由于局部在鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺地基土氯離子含量明顯比濱海新區(qū)其他區(qū)域大，為此單獨(dú)繪制鹽田區(qū)域氯離子含量隨深度變化圖（見(jiàn)圖4）。

表1 地基土中氯離子含量、占總樣本比例及腐蝕性

表2 不同埋深地基土中氯離子含量及腐蝕性

圖3 地基土中氯離子含量隨深度變化圖

圖4 鹽田區(qū)域地基土中氯離子含量隨深度變化圖

（2）硫酸根離子含量及腐蝕性

根據(jù)收集的268 組土樣的易溶鹽數(shù)據(jù)，依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001，2009 版）[1]，按有干濕交替和無(wú)干濕交替兩種情況對(duì)地基土中硫酸根離子含量進(jìn)行分析，具體情況如下。

按有干濕交替（Ⅱ類）情況，硫酸根離子含量小于450 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的45.9%，硫酸根離子含量為450～2250 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的46.6%，硫酸根離子含量大于2250 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的7.5%。

按無(wú)干濕交替（Ⅱ類）情況，硫酸根離子含量小于585 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的59.3%，硫酸根離子含量為585～2925 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的33.6%，硫酸根離子含量大于2925 mg/kg 的土樣占總樣本數(shù)的7.1%。地基土中硫酸根離子含量、占比及腐蝕性情況見(jiàn)表3，不同埋深地基土中硫酸根離子含量及腐蝕性見(jiàn)表4，硫酸根離子含量隨深度變化情況見(jiàn)圖5。由于濱海新區(qū)鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺地基土硫酸根離子含量明顯比其他區(qū)域大，為此單獨(dú)繪制鹽田區(qū)域硫酸根離子含量隨深度變化圖（見(jiàn)圖6)。

表3 地基土中硫酸根離子含量、占總樣本比例及腐蝕性

表4 不同埋深地基土中硫酸根離子含量及腐蝕性

圖5 地基土中硫酸根離子含量隨深度變化圖

地基土中其他離子含量均較小，不予贅述。

3 淺部地基土中易溶鹽含量規(guī)律分析

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001，2009 版）[1]，當(dāng)巖土中易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性時(shí)，應(yīng)判定為鹽漬巖土。經(jīng)對(duì)268 組土樣的易溶鹽數(shù)據(jù)分析，得出如下規(guī)律。

濱海新區(qū)鹽漬土屬于氯鹽漬土及亞氯鹽漬土，平均含鹽量為0.3%～1.0%的土樣占總樣本的63%，平均含鹽量為1.0%～5.0%的土樣占總樣本的33%，平均含鹽量大于5.0%的土樣占總樣本的4%；埋深15.0 m 以淺的地基土中易溶鹽含量為0.04%～2.90%，埋深15.0～35.0 m 段地基土中易溶鹽含量為0.15%～1.57%；在鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺的地基土中易溶鹽含量較高，一般大于3.0%。天津?yàn)I海新區(qū)淺部地基土中易溶鹽平均含鹽量分布及占總樣本比例情況見(jiàn)表5，不同埋深地基土中易溶鹽含量情況見(jiàn)表6，易溶鹽含量隨深度變化情況見(jiàn)圖7，鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺地基土易溶鹽含量隨深度的變化情況（見(jiàn)圖8）。

表5 地基土中易溶鹽平均含鹽量占樣本總數(shù)百分比

表6 不同埋深地基土中易溶鹽含量

圖7 地基土中易溶鹽含量隨深度的變化圖

圖8 鹽田區(qū)域地基土中易溶鹽含量隨深度變化圖

4 淺部地基土pH 值規(guī)律分析

通過(guò)對(duì)268 組地基土易溶鹽試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，埋深35.0 m 以淺地基土的pH 值總體規(guī)律是pH 值大于8.0，一般在8.1～9.8 之間變化，變化范圍不大，地基土均呈弱堿性。鹽田區(qū)域地基土的pH 值與濱海新區(qū)其他區(qū)域差異不大。濱海新區(qū)埋深35.0 m 以淺地基土的pH 值隨深度變化情況見(jiàn)圖9。經(jīng)與天津?yàn)I海新區(qū)地下水（潛水和承壓水）pH 值數(shù)據(jù)[4]對(duì)比，天津?yàn)I海新區(qū)淺部地基土的pH 值一般高于地下水的pH 值。

圖9 地基土中pH 值隨深度變化圖

5 淺部地基土對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的腐蝕性分析

天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通B1 線盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)埋深為18.0～30.0 m，大于15.0 m，超過(guò)了天津?yàn)I海新區(qū)淤泥質(zhì)土的下限深度。根據(jù)前述分析，天津?yàn)I海新區(qū)埋深15.0～35.0 m 段地基土中氯離子含量一般為1500～5000 mg/kg，對(duì)盾構(gòu)管片中的鋼筋具有中等腐蝕性；埋深15.00～35.0 m 段地基土中硫酸根離子含量一般為100～800 mg/kg，對(duì)盾構(gòu)管片的混凝土結(jié)構(gòu)以微腐蝕性為主。

由于天津?yàn)I海地區(qū)地下水和地基土對(duì)建筑材料的腐蝕性具有明顯的分層規(guī)律[4]，因此地鐵設(shè)計(jì)和施工時(shí)需要考慮地鐵盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)（管片）范圍的地基土的腐蝕性。埋深15.0 m 以淺的地基土對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)（管片）中的鋼筋應(yīng)按中等-強(qiáng)腐蝕性進(jìn)行考慮，埋深15.0 m 以深的地基土對(duì)盾構(gòu)管片中的鋼筋應(yīng)按中等腐蝕性進(jìn)行考慮。埋深15.0 m 以淺的地基土對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)（管片）中混凝土應(yīng)按微-弱腐蝕性為主進(jìn)行考慮，埋深15.0 m 以深的地基土對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)（管片）中的混凝土應(yīng)按微腐蝕性為主進(jìn)行考慮。鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺的地基土對(duì)鋼筋具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有中等-強(qiáng)腐蝕性。

天津?yàn)I海新區(qū)4000 年以前是海洋，海洋環(huán)境沉積的深厚淤泥及淤泥質(zhì)土一般埋深約15.0 m，對(duì)鹽類離子具有明顯的阻隔作用，進(jìn)而導(dǎo)致埋深35.0 m以淺的地基土對(duì)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的腐蝕性呈明顯的分層規(guī)律，即埋深15.0 m 以淺段的地基土的腐蝕性程度高于埋深15.0 m 以深段的地基土。因此，建議天津?yàn)I海新區(qū)地鐵隧道頂部埋深不小于15.0 m，以降低地下水和地基土對(duì)盾構(gòu)管片的腐蝕性。另外，建議在混凝土中添加阻銹劑以防止對(duì)鋼筋的腐蝕[5]，在接觸圍巖土體的結(jié)構(gòu)表面涂抹環(huán)氧樹(shù)脂等防腐蝕涂料，還應(yīng)提高混凝土的標(biāo)號(hào)并預(yù)留足夠的保護(hù)層厚度。

6 結(jié)論

（1）天津?yàn)I海新區(qū)埋深35.0 m 以淺的地基土對(duì)盾構(gòu)主體結(jié)構(gòu)腐蝕性總體上呈分層規(guī)律，即埋深15.0 m 以淺段地基土的腐蝕性程度高于埋深15.0 m以深段地基土的腐蝕性。鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺段地基土腐蝕性程度高于濱海新區(qū)其他區(qū)域。

（2）天津?yàn)I海新區(qū)埋深15.00 m 以淺段地基土中氯離子含量一般大于5000 mg/kg，對(duì)鋼筋以中等-強(qiáng)腐蝕性為主，埋深15.0～35.0 m 段地基土中氯離子含量一般為1500～5000 mg/kg，對(duì)鋼筋以中等腐蝕性為主。鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺段地基土中氯離子含量一般為20000 mg/kg，對(duì)鋼筋以強(qiáng)腐蝕性為主。

（3）天津?yàn)I海新區(qū)埋深15.0 m 以淺段地基土中硫酸根離子含量變化較大，變化區(qū)間為100～2000 mg/kg，地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)以微-弱腐蝕為主；埋深15.00～35.0 m 段地基土中硫酸根離子含量變化較小，變化區(qū)間為100～800 mg/kg，地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)以微腐蝕性為主。鹽田區(qū)域埋深12.0 m 以淺段地基土硫酸根離子含量為3900～10000 mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有中-強(qiáng)腐蝕性。

（4）天津?yàn)I海新區(qū)埋深35.0 m 以淺段的地基土按含鹽化學(xué)成份屬于氯鹽漬土及亞氯鹽漬土，鹽漬土中平均含鹽量一般小于5%，以弱鹽漬土-中鹽漬土為主，局部在鹽田區(qū)域平均含鹽量為3.01%～9.21%，屬中-超鹽漬土。

（5）天津?yàn)I海新區(qū)地基土的pH 的值一般大于8.0，呈弱堿性，地基土的pH 值一般高于地下水。