基于GIS技術(shù)的工程場(chǎng)地腐蝕性評(píng)價(jià)

文｜遼寧省建設(shè)事業(yè)指導(dǎo)服務(wù)中心 劉鐵明/沈陽建筑大學(xué) 王寧偉

一、引言

遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地（以下簡稱“產(chǎn)業(yè)基地”）位于營口市區(qū)南，西臨遼東灣，北臨西市區(qū)、站前區(qū)、老邊區(qū)、高新區(qū)，南與北海新區(qū)和蓋州市接壤，是一個(gè)正在開發(fā)建設(shè)的大型臨港生態(tài)產(chǎn)業(yè)區(qū)和適宜人居的濱海新區(qū)，也是國家開發(fā)銀行政策性金融支持的重點(diǎn)工程，現(xiàn)已成為遼寧老工業(yè)基地振興和環(huán)渤海開發(fā)的標(biāo)志性項(xiàng)目之一。作為遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶開發(fā)開放的重要引擎，產(chǎn)業(yè)基地以國際化標(biāo)準(zhǔn)，整體采用“一區(qū)雙城多組團(tuán)”的規(guī)劃結(jié)構(gòu)，通過兩城互動(dòng)發(fā)展，拉動(dòng)城市南移，規(guī)劃多個(gè)產(chǎn)業(yè)組團(tuán)，是未來營口市及遼東灣區(qū)域的政治、金融、文化、教育、信息和商貿(mào)休閑中心。總規(guī)劃面積252 平方公里，分三期開發(fā)，現(xiàn)已建成一期40 平方公里，二期正在建設(shè)中，如圖1所示。

遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地用地原為低效鹽田，屬國有工業(yè)用地，地勢(shì)平坦，利于開發(fā)。工程建設(shè)初期，區(qū)內(nèi)場(chǎng)地基本上是具有300 多年歷史的鹽田，鹽池深度為1m 左右，地表為鹽漬土或淤泥。地下水距地表0.70～1.60m，平均地下水位為-1.15m；地下水富含SO42-，CI-、Mg2+，NH4+、HCO3-等離子及侵蝕性CO2。為有效解決工程場(chǎng)地土的承載力和對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕問題，筆者隨課題組進(jìn)行了相關(guān)的研究和工程實(shí)踐。本文應(yīng)用GIS 技術(shù)，針對(duì)產(chǎn)業(yè)基地的一期規(guī)劃用地構(gòu)建管理信息系統(tǒng)，對(duì)場(chǎng)地的腐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

二、GIS 系統(tǒng)的建立

GIS 是 Geographic Information System的英文簡寫，中文直譯為“地理信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。同BIM、CIM 技術(shù)一樣，在“互聯(lián)網(wǎng)+”、“云計(jì)算”的時(shí)代背景下 ，GIS 技術(shù)不僅在國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)和自然資源管理中不可或缺，同時(shí)也是國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)中的基礎(chǔ)性技術(shù)支撐，作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，受到越來越多的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用到多種領(lǐng)域。

2.1 功能設(shè)計(jì)

課題組利用Mapinfo 軟件對(duì)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、對(duì)應(yīng)和顯示功能，將產(chǎn)業(yè)基地一期工程場(chǎng)地的鉆孔信息、土層分度、離子濃度及其它相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為相應(yīng)圖層、數(shù)據(jù)庫，生成專業(yè)地圖，并通過Map-X 二次開發(fā)而成遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地軟土地基信息管理系統(tǒng)（以下簡稱本系統(tǒng)）。在GIS 軟件原有的查詢功能基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和需要，增加了熱鏈接功能，鷹眼功能。功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

（1）系統(tǒng)查詢功能

通過點(diǎn)查詢、項(xiàng)目查詢、條件查詢等方式，可以等到鉆孔坐標(biāo)、土層分布、各種離子濃度、工程建設(shè)信息等屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，如圖3～圖5所示。

（2）熱鏈接功能

用熱鏈接工具單擊對(duì)象可查看現(xiàn)場(chǎng)35個(gè)鉆孔柱狀圖和14 個(gè)土質(zhì)剖面圖與電子地圖的連接，如圖6所示。

（3）鷹眼功能

本系統(tǒng)程序啟動(dòng)后，整修地圖的縮略圖會(huì)出現(xiàn)在窗口的左上角，即鷹眼，在鷹眼地圖上使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，在主窗口中就會(huì)出現(xiàn)以鼠標(biāo)點(diǎn)擊處為中心的地圖，如圖7所示。

三、場(chǎng)地土離子濃度分析與比較

3.1 場(chǎng)地土離子濃度及分布

由信息系統(tǒng)生成的各種離子濃度及分布如圖8～圖13 所示，可以得到如下結(jié)果：

圖2 遼寧（營口）沿海產(chǎn)業(yè)基地軟土地基信息管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

圖3 點(diǎn)查查詢結(jié)果示意圖

圖5 件查查詢結(jié)果示意圖

圖6 鉆孔柱狀圖

圖7 鷹眼功能對(duì)照?qǐng)D

圖8 氯離子分布圖圖

圖9 硫酸根離子分布圖

圖10 碳酸氫根離子分布圖

圖11 鎂離子分布圖

圖12 鈣離子分布圖圖

13 氨根離子分布圖

（1）產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)各離子的濃度分布相差較大，見表1。

（2）產(chǎn)業(yè)基地一期場(chǎng)地中，CI-、SO42-、HCO3-、Mg2+濃度呈南高北低、西高東低分布；Ca2+濃度呈南高北低、東高西低分布；NH4+濃度南北趨同、東部最高。

3.2 與國內(nèi)部分沿海地區(qū)離子濃度的比較

天津、連云港等沿海地區(qū)以及青島、遼寧東港海水離子濃度見表2，通過比較，得出如下結(jié)果：

（1）產(chǎn)業(yè)基地地下水中，各種離子濃度與塘沽地區(qū)比較相近（副差在±20%以內(nèi)）；Ca2+濃度分別為大港、連云港的2.4 倍、2.2 倍；Mg2+濃度分別為大港、連云港的1.8倍、2.1 倍；SO42-濃度分別為大港、連云港的3.1 倍、1.8 倍；CI-濃度分別為大港、連云港的1.5 倍、1.7 倍。

（2）產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)地下水中各離子的濃度的平均值遠(yuǎn)高于青島燕兒島、遼東灣海水中的各離子濃度。

四、腐蝕性評(píng)價(jià)

在硫酸鹽和氯鹽綜合作用下，產(chǎn)業(yè)基地工程場(chǎng)地土壤對(duì)地下結(jié)構(gòu)的腐蝕，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕、對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕和地下鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。結(jié)合地下水位、PH 值、海拔高度、氣候特點(diǎn)等因素，根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》，作以評(píng)價(jià)：

（1）對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，在干濕交替和非干濕交替環(huán)境中，主要表現(xiàn)為弱腐蝕，在中、西部個(gè)別區(qū)域?yàn)橹械雀g甚至強(qiáng)腐蝕。

（2）對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕，在長期水浸環(huán)境中為弱腐蝕，在干濕交替環(huán)境中為強(qiáng)腐蝕。

（3）對(duì)地下鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，為中等腐蝕。

此外，按照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476 進(jìn)行判定，將營口沿海產(chǎn)業(yè)基地所處的環(huán)境類別為Ⅱ（反復(fù)凍融導(dǎo)致混泥土損傷）、Ⅲ（氯鹽侵入引起鋼筋銹蝕）、Ⅴ類（硫酸鹽等化學(xué)物質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕）。

按照環(huán)境作用等級(jí)產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)近?；蚝Ｑ蟓h(huán)境土中區(qū)分為非干濕交替區(qū)和干濕交替區(qū)。對(duì)于非干濕交替區(qū)的樁基，作用等級(jí)為Ⅱ-D、Ⅲ-D、Ⅴ-D（嚴(yán)重）；對(duì)于干濕交替區(qū)地下結(jié)構(gòu)中外側(cè)接觸地下水而內(nèi)側(cè)接觸空氣的混凝土襯砌結(jié)構(gòu)為Ⅱ-E、Ⅲ- E、Ⅴ- E（非常嚴(yán)重）。

五、結(jié)論

營口沿海產(chǎn)業(yè)基地工程場(chǎng)地地下水位高，含水量大，透水性差，為富含SO42-，CL-、Mg2+，Ca2+的鹽滯土，對(duì)地下結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的腐蝕性。在工程設(shè)計(jì)、施工、材料選擇等方面應(yīng)考慮防腐性和耐久性要求。建議推廣使用高性能抗蝕混凝土、勁性鋼骨混凝土以及抗腐蝕鋼材。

表1 離子濃度表

表2 國內(nèi)一些沿海地區(qū)各主要離子含量（mg/L）