劉毅, 呂澤君

[摘要]文章介紹通過對成自鐵路川中“紅層”段落地下水取樣分析，從Cl-、Na+、K+、pH值、侵蝕性CO2、SO42-的含量來分析地下水侵蝕性環(huán)境作用等級。結果表明：DK66-DK82里程段落，侏羅系晚期沉積的蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3s）地層，受古地理環(huán)境影響，主要為淺水湖相沉積，地下水多具有侵蝕性。沿線地下結構工程應按規(guī)定進行抗腐蝕性設計。

[關鍵詞]紅層; 地下水; 侵蝕性

[中國分類號]P332.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]A

0引言

新建成都至自貢鐵路北起成都東站，經成都天府站，資陽西、球溪、威遠，終點接擬建川南城際鐵路自貢東站，線路全長約178 km。線路通過地層為川中“紅層”，是一種外觀以紅色為主色調的陸相高溫及氧化環(huán)境中沉積的碎屑巖地層，主要形成于侏羅系和白堊系［1-2］?！凹t層”以泥巖、砂質泥巖和砂巖為主，且大量含有石膏，地下水多具有一定侵蝕性。當?shù)叵滤心承┗瘜W成分高于限定值時會對混凝土結構產生腐蝕，不僅直接關系到工程投資，還影響其在設計使用年限內的適用性、耐久性和安全性［3-4］。因此在鐵路工程建設中，地下水類型及其侵蝕性的研究尤為重要。

1地質概況

線路位于揚子準地臺之川中臺坳，為新華夏系第三沉降帶四川沉降帶，是喜山運動早期的產物。跨成都平原、川西褶帶與川中平緩低褶帶，構造形跡主要為成都凹陷、龍泉山箱狀背斜和川中平緩褶皺帶中威遠輻射狀構造。根據地質調查及鉆探取樣測試分析，線路通過區(qū)主要為白堊系（K）、侏羅系（J）地層；其中以侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3s）、中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）為主，占全線總長度的80%左右。第四系（Q）松散堆積物分布較廣，以沖積平原區(qū)、河谷階地、緩丘槽谷等低洼地帶較為集中且厚度變化較大。本文選取DK64-DK120作為研究對象，根據地層巖性及其與鐵路工程的關系，細分為3個段落。

DK64-DK77段上覆第四系黏土、粉質黏土、松軟土，一般厚0～4 m，局部厚度變化較大，下伏侏羅系（J）上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）粉砂質泥巖夾中層、薄層泥質砂巖。泥巖呈暗紫紅色、褐紅色，中厚層—薄層結構，泥質膠結，質軟，暴曬易開裂、遇水易軟化，黏土礦物成分含蒙脫石、水云母。砂巖為泥質砂巖，泥質膠結，質稍硬。地下水類型主要為基巖裂隙水。

DK77-DK89段上覆第四系黏土、粉質黏土、松軟土，一般厚0～4 m，局部厚度變化較大，下伏侏羅系（J）上統(tǒng)遂寧組（J3s）鈣質、粉砂質泥巖偶夾中層、薄層粉細砂巖。泥巖呈鮮紅色、棕紅色，鈣質、粉砂質，極薄、薄至中厚層狀，夾灰綠色條帶，含砂量較大，含鈣質結核和石膏極薄層。砂巖呈灰紫、紫紅色，泥質、鈣質膠結，薄層為主，亦有中厚層者，粉細粒結構，長石、長石石英質。地下水類型主要為基巖裂隙水。

DK89-DK120段上覆第四系黏土、粉質黏土、松軟土，一般厚0～4 m，局部厚度變化較大，下伏侏羅系（J）中統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）灰、紫灰色塊狀細粒長石石英砂巖、粉砂巖與暗紫紅、棕紅、灰紫色泥巖不等厚互層，或泥巖夾砂巖，局部地段出露巨厚層砂巖。泥巖為泥質結構，間夾灰白色石膏條帶及鈣質結核，質軟。砂巖為中厚～巨厚層狀，質硬，粉—細粒結構，泥質、鈣質膠結。

2地下水化學特征分析

2.1水質類型

成自線勘察設計階段，為了全面系統(tǒng)的了解川中“紅層”地區(qū)地下水化學特征及侵蝕性分析，DK64-DK120段共取205組水樣，每組2瓶各500 ml，其中1瓶添加2～4 g碳酸鈣粉末。所有試驗按TB 1005-2010《鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范》中的相關要求進行水的簡分析和環(huán)境作用類別判定［5］。經測試分析［6-8］，段內地下水主要為基巖裂隙水，共有14種化學類型，主要為HCO3--Ca2+型和HCO-3·SO42--Ca2+型，分別占試驗總量的27.32%和27.33%；其次為HCO3- -Ca2+.Mg2+型、HCO3-.SO42- -Mg2+.Ca2+型、SO42-.HCO3- -.Ca2+型，分別占試驗總量的15.61%、11.71%、8.29%。剩余9種類型中，HCO3- -Ca2+.Na+型占試驗總量的3.9%， SO42-.HCO3--Ca2+.Mg2+型占試驗總量的1.95%，其余7種類型占試驗總量3.89%。

2.2元素含量特征分析

沉積巖地下水陰、陽離子主要來源于自然中含有很多可知溶性的鈣鹽、鎂鹽、鉀鹽、氯鹽等。自然中的水很容易與它們相溶，這些鹽屬于強電解質，溶于水會電離出鈣離子、鎂離子、鉀離子。

本文采用水質簡分析試驗數(shù)據進行分析，其中Ca2+、Mg2+、SO42-采用EDTA二鈉絡合滴定法測定，Cl-采用硝酸根容量法測定，Na++K+、HCO3-通過計算得出［3］。

根據試驗結果統(tǒng)計，水樣中Ca2+離子含量為60.12～306.21 mg/L，平均值為161.06 mg/L； Mg2+離子含量為4.86～77.34 mg/L，平均值為29.46 mg/L；Na++K+離子含量為2.50～120.50 mg/L，平均值為31.70 mg/L。HCO3-離子含量為161.09～610.20 mg/L，平均值為405.13 mg/L；Cl-離子含量為8.51～514.03 mg/L，平均值為51.90 mg/L；SO42-離子含量為3.84～1143.11 mg/L，平均值為171.34 mg/L。地下水主要陰陽離子含量與線路里程關系如圖1、圖2所示。

2.3總礦化度分析

總礦化度指地下水中離子、分子和各種化合物的總含量，通常是以水烘干后所得殘渣來確定，是衡量地下水化學特性的重要指標。本工程地下水主要為“紅層”基巖裂隙水，埋深不大，受大氣降雨補給。區(qū)內巖性、地形地貌條件差異不大，地下水徑流途徑短，循環(huán)交替積極，其水化學特征主要取決于循環(huán)交替條件和含水介質?？偟V化度一般條件下隨著離子成分的變化而變化，以Ca2+、HCO3-為主，屬于低礦化水，以SO42-為主，屬于中等礦化水，Cl-、Na+主要出現(xiàn)在高礦化水中。按照這個規(guī)律，通過對區(qū)內205組水樣的總礦化度分析（圖3），總礦化度297.22.09～2 278.00 mg/L，平均值為649.41 mg/L，其中178組總礦化度大于1 000 mg/L，主要以Ca2+、HCO3-為主，屬于低礦化水，高值區(qū)主要集中在DK64-DK83侏羅系晚期蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3s）地層中，DK90-DK93有2組樣品，總礦化度含量大于2000 mg/L，離子成分主要為SO42-為主，屬中礦化水。

3地下水侵蝕性研究

根據TB 1005-2010《鐵路混凝土結構耐久性設計規(guī)范》規(guī)定［5］，川中“紅層”地下水環(huán)境作用類別為氯巖環(huán)境、化學侵蝕環(huán)境及鹽類結晶破壞環(huán)境。氯巖環(huán)境的作用等級為L1、L2、L3；化學侵蝕環(huán)境作用等級為H1、H2、H3、H4；鹽類結晶破壞環(huán)境作用等級為Y1、Y2、Y3、Y4。

3.1氯巖環(huán)境侵蝕作用等級

氯巖侵蝕指氯巖滲入混凝土內部導致鋼筋銹蝕?；炷林械匿摻钣捎谒嗟乃饔枚话弦粚逾g化膜，但當水中Cl-含量過高時可經化學作用破壞這層鈍化膜，使鋼筋裸露在水和氧中被銹蝕。鋼筋的銹蝕易導致混凝土的破裂，使腐蝕劑進人混凝土內直接和鋼筋接觸，從而加速鋼筋的銹蝕，使其強度降低［9］。

本項目地下水中Cl-含量為8.51～514.03 mg/L，平均值為51.90 mg/L，含量不小于100 mg/L的主要集中在DK66+500-DK72+300段落，地層為侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，氯巖環(huán)境作用等級為L1。

3.2化學侵蝕環(huán)境作用等級

本項目中，影響地下水化學侵蝕環(huán)境作用等級的環(huán)境條件主要有水中SO42-含量、pH值、水中侵蝕性CO2含量指標。

3.2.1pH值

本項目地下水pH值，采用酸度計法測定。地下水pH值即氫離子濃度，為反映地下水酸堿度指標。通過整理分析，測區(qū)內205組水樣pH值在6.10～8.23之間，僅有6組水樣pH值小于6.5，主要集中在DK90里程范圍附近，如圖4所示。說明區(qū)內地下水酸性特征較弱，僅DK90里程附近具有酸性侵蝕。

3.2.2侵蝕性CO2侵蝕

本項目侵蝕性CO2采用中合法測定，區(qū)內地下水中侵蝕性CO2主要來源于土壤中有機質殘骸的發(fā)酵作用和植物的呼吸作用。試驗統(tǒng)計結果表明：測區(qū)內侵蝕性CO2含量0.88～8.80 mg/L，所有樣品均不具有侵蝕性CO2作用等級。

3.2.3硫酸鹽侵蝕

根據試驗結果統(tǒng)計（圖2），本項目SO42-離子含量為3.84～1143.11 mg/L，平均值為171.34 mg/L，含量不小于200 mg/L的段落主要集中在DK66+500-DK72+300里程范圍內，地層為蓬萊鎮(zhèn)組（J3p），SO42-離子含量大小主要受石膏影響，環(huán)境作用等級H1為主。

綜上所述，本項目地下水化學環(huán)境作用等級，主要受SO42-含量、pH值影響，環(huán)境作用等級主要為H1，少量H2，集中在DK66-DK82里程段落，主要地層侏羅系晚期蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3s），為淺水湖相沉積，巖性以紫紅色、鮮紅色泥巖為主，夾中層、薄層粉砂巖，夾石膏薄層、石膏脈體。

3.3鹽類結晶破壞環(huán)境作用等級

地下水鹽類結晶破壞環(huán)境作用等級，主要受SO42-離子含量影響。環(huán)境作用等級主要為Y1，少量Y2，集中在DK66-DK82里程段落，主要受地層中夾石膏薄層、石膏脈體影響。

4結論

通過對成自鐵路川中“紅層”地下水特征研究，發(fā)現(xiàn)DK66-DK82里程段落，侏羅系晚期沉積的蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）、遂寧組（J3s）地層，受古地理環(huán)境影響，主要為淺水湖相沉積，巖性以紫紅色、鮮紅色泥巖為主，夾中層、薄層粉砂巖，夾石膏薄層、石膏脈體。受石膏影響，地下水多具有侵蝕性，氯巖環(huán)境作用等級L1，化學侵蝕環(huán)境作用等級主要H1，少量H2，鹽類結晶破壞環(huán)境作用等級主要Y1，少量Y2。鐵路沿線混凝土工程應按規(guī)定進行抗侵蝕性設計。

參考文獻

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