王愛國 黃 揚

(江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇淮安 223005)

1 工程概況

港珠澳大橋跨越珠江口—伶仃洋海域，橋位區(qū)地表海水發(fā)育，混凝土基樁部分位于海水中，處于長期浸水狀態(tài)，部分位于海水漲落潮區(qū)，處于干濕交替狀態(tài)，海水對樁基有可能產(chǎn)生腐蝕;樁基位于泥面以下的部分，長期與樁基周圍巖土、地下水接觸，也可能被其腐蝕;因此，有必要查明場地的水文地質(zhì)條件，判定場地水對建筑材料以及基礎(chǔ)的腐蝕性，并且對水文地質(zhì)條件進行分析評價。

2 勘測技術(shù)要求

本次勘察目的如下:查明沿線橋位的水文地質(zhì)條件，詳細查明橋位區(qū)地表水及地下水的類型、地下含水層性質(zhì)，地下水補給、徑流、排泄條件，評價擬建橋位區(qū)地表水、地下水對鋼筋混凝土的腐蝕性;針對基礎(chǔ)的防腐施工提出合理建議。

3 水文地質(zhì)條件［1］

3.1 地形地貌

擬建的港珠澳大橋位于珠江口的伶仃洋海域，匯集了珠江入海8個口門中的虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門4個口門的徑流，為珠江主要出?？诤妥畲蟮暮涌跒场Ａ尕暄笏碌匦挝鞅备?、東南低，水深從灣內(nèi)向灣口逐步增加。灣內(nèi)淺灘和深槽相間，水下地形構(gòu)成三灘兩槽結(jié)構(gòu)。

3.2 氣象水文

場區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，氣候溫暖潮濕，年平均氣溫22.3℃，多年平均降水量1 900 mm。

本區(qū)潮汐類型屬于不規(guī)則的半日潮混合潮型，呈現(xiàn)往復流運動形式。其中大潮期間日潮現(xiàn)象較明顯，小潮期間半日潮現(xiàn)象顯著，中潮介于兩者之間。從潮位和潮流關(guān)系來看，本海區(qū)潮波屬于變形前進波性質(zhì)。

伶仃洋內(nèi)水面高度一般相差可達30 cm～100 cm。工程水域高潮位由外海向珠江口內(nèi)逐漸增大，低潮位由外海向珠江口逐漸降低。潮差也有由外海向珠江口內(nèi)逐漸增大的趨勢。

漲潮流來自遼闊的南海方向，潮流以海水為主;退潮流來自陸域方向，沿岸主要為珠江水體向海中排泄，海水被沖淡;具有落潮流速大于漲潮流速，中部海域潮流流速比兩邊大的特點。

據(jù)專題研究，橋位處500年重現(xiàn)設計高水位為3.98 m，設計低水位為－1.67 m，均為85黃?；?。

珠江口為我國臺風頻發(fā)區(qū)，臺風過境時，在近岸水域會產(chǎn)生明顯的水位升降，即臺風暴潮。據(jù)伶仃洋各測站風暴增水情況的統(tǒng)計，伶仃洋海區(qū)臺風暴潮增水可達2 m以上。

3.3 地下水

根據(jù)多次勘探資料，場區(qū)發(fā)育厚度40 m～90 m的松散層，由兩岸向水域逐漸變厚。地層結(jié)構(gòu)總體分為四個層組，即軟土、黏土、砂土、基巖風化層。

根據(jù)含水層的巖性、埋藏條件及地下水的賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，將橋位區(qū)地下水劃分為松散巖類承壓水含水巖組和基巖裂隙水兩大類。本文研究對工程有重要影響的松散巖類孔隙承壓水。

該含水巖組分布于橋位區(qū)海域，埋深34.80 m～59.40 m，頂板高程 －65.78 m ～ －40.80 m，厚度 20.55 m ～44.00 m。含水層多為單層，局部為雙層;表層為淤泥、淤泥質(zhì)土或黏性土覆蓋(其滲透系數(shù)小于1.1×10－7cm/s)，為不透水土層;下部與基巖風化層直接接觸，基巖淺部全、強風化層，風化程度高，粘粒高，透水性差。含水層主要由粉細砂、中砂、粗礫砂等組成，在中部發(fā)育2 m～25 m的粗礫砂混礫石，局部夾黏性土，均屬于晚更新世早期河流相沖積物，總體上上細下粗，巖相、厚度變化較大，富含孔隙承壓水，多為咸水。

4 水文地質(zhì)分析評價

本次勘察沿橋位軸線在不同部位、不同時間采取了21組海水樣和13組地下水樣，取樣位置見圖1，并利用了初勘階段在擬建橋位采集的4組地表水樣和2組地下水樣水質(zhì)分析成果。

圖1 取樣點平面位置圖（比例1：100 000）

4.1 地表水(海水)

本次勘察沿橋軸線按橋墩號由小到大的順序每隔5 km左右分高平潮、低平潮海流環(huán)境分別采集了海水樣進行水質(zhì)分析，并且利用了初勘的海水樣水質(zhì)分析成果，主要試驗成果數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1海水試驗數(shù)據(jù)表明，同一位置高潮位與低潮位海水的含鹽量(溶解性總固體含量)及化學離子成分中Mg2+含量總體上有明顯遞減趨勢離子含量有遞減趨勢但不明顯，含量很低的與pH值則看不出有明顯變化規(guī)律，侵蝕性CO2由于試驗數(shù)據(jù)太少難以進行分析評價。雖然海水試驗數(shù)據(jù)揭示同一位置高潮位與低潮位海水的含鹽量及化學離子成分有明顯變化規(guī)律，但是低平潮與高平潮海水其化學離子含量仍幾乎處于同一數(shù)量級水平。

究其原因，與橋位區(qū)海域所處的地理環(huán)境有關(guān)。本區(qū)域地處珠江入?？冢榻瓘搅髋c海水交融，潮汐類型屬于不規(guī)則的半日潮混合潮型，呈現(xiàn)往復流運動形式。漲潮流來自遼闊的南海方向，潮流以海水為主，由外海涌向珠江口，使得潮水中的含鹽量升高;退潮流來自陸域方向，由珠江口涌向外海，沿岸主要為珠江水體向海中排泄，海水被沖淡，使得潮水中的含鹽量降低;從而導致同一位置高潮位與低潮位海水的含鹽量及化學離子成分中Cl－，含量有明顯遞減趨勢。低平潮與高平潮海水中化學離子含量幾乎處于同一量級水平則說明珠江徑流與海水交融后對本橋位區(qū)的海水成分未能起到根本性改變。

由表1海水試驗數(shù)據(jù)還表明，從DB01標段海水沿橋軸線分布情況來看，無論是高平潮還是低平潮時段海水中含鹽量及化學離子成分中含量在青州航道橋及江海直達船航道橋附近比其他區(qū)段都明顯高很多，這也就意味著此兩處海水對建筑材料的腐蝕性更強。初步分析認為:青州航道橋及江海直達船航道橋附近地處航道，船舶過往頻繁，海流情況更加復雜多變所導致。

表1 橋位區(qū)海水水質(zhì)分析成果表

根據(jù)本次勘察及初勘各地段所取海水的水質(zhì)分析成果顯示:其溶解性總固體含量低潮位最低值為4 664.5 mg/L，高潮位最高值為27 457 mg/L，低潮海水比高潮海水淡。侵蝕性CO2一般未檢出。海水水化學類型均為Cl-Na型。

根據(jù)JTJ 064-98公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范按Ⅱ類環(huán)境、直接臨水的條件進行地表水對混凝土的腐蝕性評價，地表水對混凝土無分解類腐蝕性、具結(jié)晶類中等腐蝕性和結(jié)晶分解復合類強腐蝕性，綜合判定地表水對混凝土具強腐蝕性，應采取三級防護措施。按GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版):在長期浸水條件下，地表水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性;在干濕交替條件下，地表水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強腐蝕性。按GB 50568-2010油氣田管道巖土工程勘察規(guī)范:地表水對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

4.2 地下水

本次勘察采取的地下水樣進行水質(zhì)分析及利用的初勘試驗成果主要數(shù)據(jù)見表2。

本次勘察在橋位區(qū)所取地下水樣賦存于含水層砂性土中，該含水層由于上部黏性隔水層對其地下水自由排泄通道的阻隔，形成封蓋阻力而具承壓性，其排泄口與海水相通，主要接受海水的補給，屬于松散巖類孔隙承壓水。孔隙承壓水徑流表現(xiàn)在相同層位間的側(cè)向徑流，但受含水層巖性、分布的控制及海水的影響，其速度極慢，變化小?？紫冻袎核呐判?，主要是通過排泄口泄入海中，其次為孔隙承壓水向其他含水巖組側(cè)滲排泄和越流排泄。地下水以水平流動為主，流向為南至東南向?？紫冻袎核芎Ｋ辈钣绊戄^明顯，時刻不斷地隨潮位變化，且地下水波形與海水基本一致，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 地下水主要離子成分表

據(jù)本次勘察及初勘地下水樣水質(zhì)分析成果顯示，橋位區(qū)松散巖類孔隙承壓水溶解性總固體含量6.202 g/L～15.320 g/L，按礦化度分屬咸水～鹽水，多為咸水，pH值4.09～8.10，按pH值分屬酸性～弱堿性水，水化學類型為Cl-Na，即氯鈉型水。地下水化學成分及離子含量與海水相似或接近，某種程度上亦可證明該場地地下水水源與海水存在關(guān)聯(lián)，海水亦為其主要補給來源。

根據(jù)JTJ 064-98公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范按Ⅱ類環(huán)境、強透水土層條件進行地下水對混凝土的腐蝕性評價，橋位區(qū)地下水對混凝土具結(jié)晶類弱腐蝕性、具分解類強腐蝕性和結(jié)晶分解復合類中等腐蝕性，綜合判定地下水對混凝土具強腐蝕性，應采取三級防護措施。按GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范:在長期浸水條件下，橋位區(qū)地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。按GB 50568-2010油氣田管道巖土工程勘察規(guī)范:橋位區(qū)地下水對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

5 結(jié)語

1)珠江口的水文地質(zhì)條件復雜，究其原因主要是:受歷史沉積演變、人類活動、周圍排泄水等的影響所致。

2)根據(jù)本次勘察采取海水樣和地下水樣，利用前期水質(zhì)分析成果，水化學類型均為Cl-Na型。

3)由海水試驗數(shù)據(jù)表明，同一位置高潮位與低潮位海水的含鹽量(溶解性總固體含量)及化學離子成分中Mg2+含量總體上有明顯遞減趨勢含量有遞減趨勢但不明顯，但是低平潮與高平潮海水其化學離子含量仍幾乎處于同一數(shù)量級水平。青州航道橋及江海直達船航道橋附近海水中含鹽量及化學離子成分中含量比其他區(qū)段都明顯高很多，初步分析認為:青州航道橋及江海直達船航道橋附近地處航道，船舶過往頻繁，海流情況更加復雜多變所導致。地表水對混凝土具強腐蝕性，應采取三級防護措施。在長期浸水條件下，地表水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性;在干濕交替條件下，地表水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強腐蝕性。地表水對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

4)據(jù)本次勘察及初勘地下水樣水質(zhì)分析成果，橋位區(qū)孔隙承壓水按礦化度分屬咸水～鹽水，多為咸水，按pH值分屬酸性～弱堿性水。地下水化學成分及離子含量與海水相似或接近，某種程度上亦可證明該場地地下水水源與海水存在關(guān)聯(lián)，海水亦為其主要補給來源。橋位區(qū)地下水對混凝土具強腐蝕性，應采取三級防護措施。在長期浸水條件下，橋位區(qū)地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。橋位區(qū)地下水對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

［1］江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，中交公路規(guī)劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程工程地質(zhì)初步勘察報告［R］.2009.

［2］江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，中交公路規(guī)劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁DB01標段施工圖設計工程地質(zhì)勘察報告［R］.2011.

［3］JTJ 064-98，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［4］GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］.

［5］GB 50568-2010，油氣田管道巖土工程勘察規(guī)范［S］.