南水北调中线天津干渠土壤腐蚀性测试与评价.doc

南水北调中线天津干渠土壤腐蚀性测试与评价刘康和高燕和郑洪中水北方勘测设计研究有限责任公司天津提要通过对南水北调中线工程天津干渠沿线场地土腐蚀性测试与评价取得了该工程场地土壤对钢铁材料的腐蚀程度为工程建设的防护设计提供了科学依据满足了天津干渠施工设计的需要关键词南水北调中线工程天津干渠场地土腐蚀性钢铁材料前言自然环境是一个复杂的物质体系建筑材料的腐蚀现象与其周围环境各种物质的运动相联系在一起研究发现特定土壤的腐蚀性是基于几个参数的相互作用电阻率溶解盐含量湿度及值细菌的存在含氧量等没有一个参数能表征一个给定土壤的腐蚀性早期的研究成果发表于年出版的地下腐蚀通告中其中简明地指出土壤腐蚀是一个很复杂的过程不能只与任何一个参数有关据此环境介质腐蚀性可定义为环境介质对建筑材料的化学物理化学和生物化学作用的侵蚀能力随着国民经济的发展材料腐蚀问题越来越受到重视金属腐蚀所造成的损失是惊人的据统计全球每年因腐蚀造成的经济损失约千亿美元占各国国民生产总值的为地震台风水灾等自然灾害的倍我国年最新统计腐蚀经济损失高达亿元约占国民生产总值的因此对金属腐蚀程度的评价和有效防护对经济建设具有重要的现实意义土对钢铁材料的腐蚀有原电池腐蚀细菌腐蚀杂散电流腐蚀和化学腐蚀等为查明属于何种类型的腐蚀以及腐蚀程度需要对建筑场地土层的物理性质结构状况通气性含水量等进行调查与测试主要测定项目有土壤电阻率土壤氧化还原电位土壤温度土壤酸碱度值土壤氯离子含量等内容通过上述参数的测定可对场地土的腐蚀性及其腐蚀程度进行综合评价测试技术土壤电阻率测试使用国产型接地电阻测定仪现场测试采用对称四极交流电法将只金属探针垂直等距插入土壤将探针连接至仪器仪器水平放置摇动仪器手柄调整测量标度盘和倍率钮使仪器指针居中加快摇动速度使其转速大于当指针处在中心线上并稳定时即可读数同时测定该土壤的温度根据电阻值及装置系数即可求得电阻率值具体计算过程如下计算土壤电阻率值计算公式式中土壤电阻率探针间距接地电阻温度校正为便于数据的相互比较土壤电阻率均校正至土壤温度为时的值校正公式式中土壤温度为时的土壤电阻率温度系数取值实测的土壤温度土壤氧化还原电位测试使用国产型氧化还原电位测定仪现场测试采用铂电极法先将只铂电极插入欲测土壤中平衡小时后铂电极接仪器正极插在附近土壤中的饱和甘汞电极接仪器负极进行测定同时测定该土壤的温度具体计算如下实测值实测取只铂电极测试值进行平均即为该测点的实测值它是土壤在铂电极处的电位与甘汞电极处的电位差值计算值计算公式土壤实测甘汞电极式中土壤土壤电位值甘汞电极饱和甘汞电极固有电位值其值在不同的温度时具有不同的数值详见表表饱和甘汞电极在不同温度时的电位值温度电位值校正为便于数据的相互比较将土壤校正至土壤时的电位值校正公式土壤土壤式中土壤土壤时的电位值实测土壤酸碱度土壤酸碱度值测试使用国产数字式计采用以饱和氯化钾甘汞电极为参比电极锥形玻璃电极为指示电极的原位测试系统现场挖探坑至钢结构的埋置深度平整坑底土层表面在适中位置插入参比电极深度不小于然后以参比电极为中心在以为半径的圆周上按或等分插入指示电极深度与参比电极相同待平衡后测读指示电极的值进行算术平均后即为该土层在该点处的值测试结果氯离子硫酸根离子含量测试该测试在实验室进行通过测定土样获得其含量氯离子含量测定采用硝酸银滴定法硫酸根离子含量测定采用滴定法测试时一般取通过孔径筛的风干土样按土水比加入纯水在振荡器上振荡过滤滤出液贮存备用另取筛下土样测定含水量计算干土质量取出相应的滤出液测定氯离子含量或硫酸根离子含量工程概况南水北调中线工程是一项特大型跨流域调水工程以丹江口水库为水源从陶岔渠首引水向华北平原的豫冀京津等省市供水建成后将有效缓解华北地区日趋严重的水资源危机促进华北地区的经济发展并对我国社会经济的发展产生深远影响天津干渠是南水北调中线工程的重要组成部分西起河北省徐水县西黑山村东至天津外环河全长约干渠地处华北平原北部呈近东西向展布由西向东跨越地貌单元有山前丘陵山前冲洪积倾斜平原冲洪积平原和冲积海积平原下面分述其岩性山前丘陵桩号下部为蓟县系浅灰色硅质条带白云岩和青白口系页岩千枚岩板岩等上部为第四系红棕色碎石粘土棕黄色粘土壤土等主要分布在西黑山村附近及其西侧山前冲洪积倾斜平原桩号主要由冲积湖积洪积壤土砂土粉细砂等组成有的地段粘性土夹有钙结核或钙锰质须状物等分布在西黑山村京广铁路西侧冲洪积平原桩号为古河道和河间地块分布有河流相湖相湖沼相颗粒组成以细粒为主有粘土壤土粉细砂细砂中细砂等一些地段为薄层细砂与壤土互层且砂层具微型交错层理分布在京广铁路霸州冲积海积平原桩号为海陆交互地层以粘土壤土为主局部为砂粘性土互层分布在霸州以东天津渠线穿越汇水面积较大的河流共条这些河流均属海河水系且多为季节性河流雨季行洪旱季多断流由西至东地下水位埋深逐渐减小渠首渠尾其水质由淡水型变为高矿化度的微咸水矿化度由京广铁路附近的到外环河附近则高达综上所述由于线路较长各岩层的沉积环境及其空间变化较大加之地下水矿化度的巨大变化致使测区岩土层的物性特征较为复杂为满足天津干渠施工设计的要求需要对干渠沿线场地土腐蚀性进行测试以评价土壤对钢结构钢筋混凝土中的钢筋等钢铁材料的腐蚀性测试地点沿渠线布置原则上每选择一处测试场地共完成个场地的测试工作量各测试场地的取样位置均为地下水以上测试成果与评价土壤对钢结构腐蚀性评价表为天津干渠沿线实测土壤值氧化还原电位电阻率成果表为土壤对钢结构腐蚀性评价标准详见文献表土壤值氧化还原电位电阻率测试成果序号桩号氧化还原电位电阻率续表序号桩号氧化还原电位电阻率表土壤对钢结构的腐蚀性评价标准腐蚀等级氧化还原电位电阻率弱中强按照表评价标准对表所列测试地点的场地土对钢结构的腐蚀性综合评价结果如表对同一测点各项腐蚀介质评价的腐蚀等级不同时应按下列规定综合评价腐蚀等级各项腐蚀介质的腐蚀评价等级中只出现有弱腐蚀无中等腐蚀或无强腐蚀时应综合评价为弱腐蚀各项腐蚀介质的腐蚀评价等级中无强腐蚀腐蚀等级最高为中等腐蚀时应综合评价为中等腐蚀各项腐蚀介质的腐蚀评价等级中有一个或两个为强腐蚀性应综合评价为强腐蚀各项腐蚀介质的腐蚀评价等级中有三个为强腐蚀时应综合评价为严重腐蚀表土壤对钢结构的腐蚀性评价结果序号桩号氧化还原电位电阻率综合评价备注中中中山前冲洪积倾斜平原桩号弱强强中中中冲洪积平原桩号弱强强中强强中强强中中中中强强中强强弱强强冲积海积平原桩号弱强强中强强弱强强弱强强弱强强弱强强根据表的评价结果利用值评价为不腐蚀利用氧化还原电位评价时测点为弱腐蚀测点为中等腐蚀利用电阻率评价时个测点为中等腐蚀个测点为强腐蚀综合评价天津干渠沿线土壤对钢结构的腐蚀性具有以下特征推测山前丘陵段为中等腐蚀山前冲洪积倾斜平原段为中等强腐蚀冲洪积平原段为中等强腐蚀更接近于强腐蚀冲积海积平原段为强腐蚀由此可见干渠沿线由西向东土壤腐蚀性逐渐增强建议施工设计分段对下埋钢结构采取相应的防护措施土壤对钢筋混凝土的钢筋腐蚀性评价表为天津干渠沿线土壤中含量测试成果表为土壤对钢筋混凝土的钢筋腐蚀性评价标准详见文献表土壤中含量测试成果序号桩号含量含量总含量备注山前冲洪积倾斜平原桩号冲洪积平原桩号冲积海积平原桩号注表中总含量是指土壤中氯化物中的与硫酸盐折算后的之和即总含量表土壤对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性评价标准腐蚀等级土壤中的含量的土壤的土壤弱中强按照表对表实测结果进行评价现场土壤按含水量考虑桩号处土壤中的含量为为弱腐蚀其余各处测试结果含量均小于为不腐蚀综合评价天津干渠沿线土壤对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性为山前丘陵山前冲洪积倾斜平原冲洪积平原三段为不腐蚀冲积海积平原段为弱腐蚀由此建议施工设计只对冲积海积平原段埋设的钢筋混凝土中的钢筋采取一般的防护措施其它各段无需进行防护设计结语以上详细介绍了场地土对钢铁材料的腐蚀性测试技术数据处理方法及其腐蚀程度的评价标准与过程通过测试与评价为南水北调中线工程天津干渠暗埋钢管和钢筋混凝土中的钢筋等钢铁材料的防护设计提供了科学依据满足了工程需要取得了较好的经济效益和社会效益参考文献岩土工程勘察规范北京中国建筑工业出版社林在贯等主编岩土工程手册北京中国建筑工业出版社林宗元主编岩土工程试验监测手册沈阳辽宁科学技术出版社胡伶俐编译评价土壤腐蚀性发展及现状国外油田工程林守江埋地钢质管道腐蚀检测方法及管理模式控制与测量冷元宝等土壤腐蚀性测定方法工程物探刘康和物探在南水北调中线天津干渠勘探中的应用李广诚等主编南水北调工程地质分析研究论文集北京中国水利水电出版社作者简介刘康和男高工中水北方勘测设计研究有限责任公司天津高燕和男高工中水北方勘测设计研究有限责任公司天津郑洪男高工中水北方勘测设计研究有限责任公司天津