高礦化水垂向分布特征及腐蝕性研究

2019-08-20 01:08:02 中國房地產·綜合版 2019年5期

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摘要:建筑物基礎承載著房屋自重和建筑物所有外加荷載,如果經常受到具有腐蝕性水和土的侵蝕,結構安全度和耐久性就會降低,嚴重時甚至會發生基礎失效的事故。天津市濱海新區地下成水分布廣,厚度大,礦化度高,其腐蝕性對構筑物的危害非常大,研究高礦化水垂向分布特征及腐蝕性情況是十分必要的。為研究濱海新區高礦化水在垂向上的分布情況,選取3個典型場地作為研究區,進行土壤全鹽量的垂向定量分析,以此間接反映淺層地下水礦化度的變化情況,同時在垂向采用分段取水的方式研究高礦化水腐蝕性垂向分布特征。

關鍵詞:高礦化水;腐蝕性;濱海新區

中圖分類號:P641

文獻標識碼:B

文章編號:1001-9138-(2019)05-0068-71

收稿日期:2019-04-03

1 前言

當前,天津進入了加快發展的戰略機遇期,各項工程建設正存如火如荼地進行著。工程建設中建筑物基礎承載著房屋自重和建筑物所有外加荷載,如果經常受到具有腐蝕性水和土的侵蝕,結構安全度和耐久性就會降低,嚴重時甚至會發生基礎失效的事故。天津市濱海新區地下咸水分布廣,厚度大,礦化度高,同時地處渤海之濱,不均勻分布著大面積鹽漬土。目前工程勘察中水土樣品采集的代表性差,難以真實反映濱海新區高礦化水與鹽漬土整體的腐蝕情況,但其腐蝕性對構筑物的危害非常大,目前已有的研究成果在水平方向上較多,在垂向上的研究成果很少,研究高礦化水垂向分布特征及腐蝕性情況是十分必要的。

2 研究區水文地質條件

2.1 區域水文地質特征

天津市地下水的賦存受地質構造、地貌、水文和古地理條件的控制,從山前平原向濱海平原水文地質條件由簡單到復雜,呈現出明顯的水平分帶規律。

研究區地下水的分布和富水特征受地貌和水系分布的影響,沉積物為?;寤愫統寤;?,含水層為中細砂和粉細砂,富水性較差,淺部水質為咸水或半咸水,工作區北部咸水底界埋深為40-80m,一般為80-200m,至大港一帶第Ⅱ含水組全部為咸水,供水條件變差。工作區屬于資源性缺水地區。

研究區新近系熱儲層含中富的中低溫地熱水,水溫45-95℃,同時也富含礦泉水,開發條件優越。深層淡水中氟含量普遍較高,是供水中的不利因素。

2.2 淺層地下水補、徑、排條件

研究區淺層咸水主要接受降水和河流滲漏補給,靠蒸發排泄。由于地層含鹽量高,淺層水無明顯淡化,地下水流向自西向東。特殊的地質環境決定了本區淺層咸水水位淺,地下水水位埋深小于土壤積鹽的臨界深度,造成較為嚴重的土壤鹽漬化。

2.3 淺層地下水流場特征

研究區淺層地下水總體流向自北西向南東,水力坡度一般在0.1-0.5‰,水位埋深一般<2m;水位埋深>2m的地區主要分布在漢沽區北部和大港區北部。淺層地下水水位標高一般大于0m,反映淺層水徑流滯緩。河流、洼淀、水庫等地表水體往往是淺層地下水的局部排泄帶,但河流在汛期補給地下水,渤海灣是淺層地下水的最終排泄帶。在現狀條件下,淺層水水位普遍高于下伏深層水,淺層水向下越流補給深層水。

2.4 淺層地下水水位動態

研究區淺層水主要受降水補給,轆蒸發消耗,目前開發利用不充分。地下水動態多處于自然狀態,綦本與氣象周期一致,高水位出現在融凍期后的3-4月,而低水位出現在10-12月,變幅較小,多在0.5-1.5m。其動態類型屬于滲入—蒸發型。多年動態變化較小。

3 研究方法

3.1 咸水劃分

按礦化度大小分,可將咸水分為微咸水(2-3g/L)、半成水(3-5g/L)、咸水(5-10g/L)、鹽水(10-50g/L)和鹵水(>50g/L)。按咸水埋藏條件、地層時代及其水力性質劃分,可將咸水分為淺層咸水和深層咸水。淺層咸水底界一般為25-30m,淺層咸水下部的咸水水體均為深層咸水,其底界為咸水含水組的埋藏底界。本次高礦化水研究指針對礦化度大于2g/L的微咸水至鹵水的研究,由于本次研究的重點是高礦化水對構筑物的腐蝕性情況,所以本項目研究深度為30m以淺的淺層地下咸水。

3.2 場地選取

淺層地下水在垂向上的細化分段采集造價高、難度大,為研究濱海新區高礦化水在垂向上的分布情況,分別選取濱海新區北部漢沽中新生態城、中部塘沽云山道和南部大港上古林3個典型場地作為研究區,進行土壤全鹽量的垂向定量分析。從以往研究資料來看,土壤中的全鹽量與地下水的礦化度雖然沒有直接公式上的關聯關系,但是土壤全鹽量較高的地層地下水的礦化度較高,反之亦然。所以本次研究利用土壤全鹽量來間接反映淺層地下水礦化度的變化情況。三個典型場地的勘察鉆孔最大孔深為60m,土樣采集方法是30m以淺,一米采集一份土樣;30-60m每兩米采集一份土樣,土樣測試指標為易溶鹽。根據土樣實測數據,研究區內土壤pH介于8-9之間,為堿性土壤。根據巖土工程勘察規范(GB50021-2001),濱海地區鹽漬土含鹽化學成分(CL-/2S042-)指標均值為5.07,類型為氯鹽漬土。

為研究高礦化水在垂向上的腐蝕性情況,在每個場地布設4個孔,3個孔作為地下水分層采樣孔,均下管材成井,另外1個孔進行地層劃分和土樣采集。施工順序,采用130mm孔徑首先施工60m孔,進行地層劃分和土樣采集;后施工10m、20m和30m鉆孔,分層采取0-10m、10-20m、20-30m段地下水水樣,采用154mm孔徑,下入濾水管成井,并采用清水洗井抽水;帶水清砂凈后采取水樣。

4 研究結果分析

4.1 高礦化水垂向分布特征

研究表明,濱海新區鹽漬土在垂向上呈現出表聚性和隨深度遞減的規律:從近地表(3m以淺)土壤鹽漬化程度來看,漢沽場地全鹽量含量相對最高,鹽漬化程度最高,全鹽量峰值為5.15g/100g土;其次是南部大港區,全鹽量最大值為3.6g/100g土;中部塘沽區相對最低,鹽漬化程度相對最低,3m以淺全鹽量為1g/100g,其全鹽量最大值出現地下6m處,為2.43g/100土,地表以下3m-8m處,為全鹽量平均值最高處。從下降速率來看,大港區全鹽量下降相對最快,10m以深全鹽量低于1g/100g土,20m以深全鹽量低于0.5g/100g土;其次是塘沽區,14m以深全鹽量低于1g/100g土;漢沽區下降速率相對最慢,33m以深全鹽量低于1g/100g土。

結合三個典型場地的土壤全鹽量在垂向上的分布特征,我們推測濱海新區高礦化水在縱向上的分布情況如下:整體上自淺層地下水水位處開始,隨著深度的加深,淺層地下水礦化度逐漸降低;地表以下10m以淺,淺層地下水礦化度波動較大,總體上保持較大的數值;自地表以下10m處至25m處,礦化度仍有波動但總體呈穩步下降的趨勢;自地表以下25m處向下,礦化度波動明顯減小,總體上保持較小的數值。

4.2 高礦化水腐蝕性垂向分布特征

三個場地地下水對混凝土結構的腐蝕性為弱-強腐蝕性,漢沽中新生態城場地10m以淺地下水具強腐蝕性,10m至30m處地下水具弱腐蝕性;塘沽云山道場地10m以淺地下水具強腐蝕性,10m至30m處地下水具弱腐蝕性;大港上古林場地30m以淺地下水具弱腐蝕性。三個場地地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋的腐蝕性,在長期浸水狀態下均具弱腐蝕性;在有干濕交替作用情況下均為強腐蝕性。三個場地地下水對鋼結構腐蝕性評價均為中等腐蝕性,見圖1。

研究表明,區內不同深度水體中高含量SO42-和CL-是水體對混凝土結構和鋼筋腐蝕等級強的主要原因。由于區內水體均為弱堿性水,SO42-和CL-含量較高,所以對鋼結構腐蝕性等級均為中等。從不同深度水體腐蝕性評價統計表中可以看出:參與混凝土結構腐蝕性評價的NH4+隨著深度的增大,變化不大;參與混凝土結構腐蝕性評價的SO42-、Mg2+、礦化度以及參與鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價的CL-隨著深度的增加明顯降低,相應腐蝕性等級下降。

參考文獻:

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