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盐渍土地区输电线路钢结构腐蚀性动态调整与应用研究

2024-08-03 35 上传者：管理员

摘要：近年来，随着输电线路在盐渍土地区的广泛建设，建筑材料的腐蚀问题层出不穷。目前，有关盐渍土地区输电线路建筑材料腐蚀性动态调整问题的研究尚属空白。基于此，将地基土湿度、盐量和扰动条件等与土壤电阻率结合起来，探讨腐蚀性等级的影响因素，并对这些因素可能造成的腐蚀性等级的动态调整做出定量的研究分析，为盐渍土地区钢结构防护措施的选择提供依据，保证后续防护工作的有效进行。

关键词：
动态调整
盐渍土
腐蚀性
输电线路
钢结构
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近年来，随着输电线路在盐渍土发育地区的广泛建设，随之而来的各种工程问题层出不穷，建筑材料的腐蚀问题尤为突出。腐蚀问题产生的原因很多，如施工材料的质量、防腐手段是否可靠及腐蚀性判别是否准确。前两者与施工和设计有关，后者则与勘察结果紧密相关[1-3]。

本文将从岩土勘察的角度出发，分析盐渍土发育地区，土对钢结构腐蚀性的影响因素，包括地基土的湿度条件、地基土的含盐量、地基土的扰动程度等，并对这些因素可能造成的腐蚀性等级的动态调整做出定量的研究分析。

1、盐渍土对钢结构腐蚀性主要影响因素

GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》[4]中判别土对钢结构的腐蚀性的方法主要包括：pH值、质量损失、氧化还原点位、极化电流密度和视电阻率等。其中，pH值是影响钢结构腐蚀性的一个重要因素，主要源于钢结构与酸反应快、与碱反应慢的化学特性，但在盐渍土发育地区，土壤普遍呈弱碱性—强碱性，pH值一般大于7.0，在该区pH值变化并不会改变对钢结构腐蚀性的评价。质量损失是反映土体对钢结构电解腐蚀能力的一个直观指标，一般针对具体的物理原型测定，同时受钢材自身成分的影响，因此在盐渍土发育地区勘察和评价阶段一般不用该法。氧化还原点位、极化电流密度、视电阻率等方法的影响因素大同小异，一般均与土体含水量、含盐量、土壤质地及土壤扰动状况有关。

综上所述，考虑到该区腐蚀性的特点，本文选取土壤的视电阻率作为评价研究区域(盐渍土发育地区)土对钢结构腐蚀性评价的判别因素。本文研究的是盐渍土发育地区的土壤腐蚀性判别问题，所涉工程包括新疆巴楚—莎车750 kV线路工程及西北地区其他一些超高压线路工程等。

2、盐渍土发育地区土壤电阻率的影响因素

众所周知，土对钢结构的腐蚀性是个极其复杂的问题，土体的任何物理或化学参数的变化均可能引起评价结果的多样性[5-6]。影响土壤电阻率的因素很多，本文选取了3种典型的影响因素：土壤湿度、土壤含盐量和土壤扰动程度，作为评价土壤电阻率的主要影响因素。以新疆巴楚—莎车750 kV线路工程途经的叶尔羌河中下游冲洪积平原地貌为例，选取特定区域的地基土为研究对象。

2.1土壤湿度

地基土含水量的变化会引起土壤电阻率发生相应变化。一个周期(1 a)内，在研究区域选取若干个测试点，分别测试土壤电阻率，并采取样品进行相关室内试验。选择物理力学指标(地层岩性、密实性、易溶盐含量)相近的测试样品，列表统计分析。本次统计的地层岩性为粉土与粉砂互层，稍密—中密状态，易溶盐含量为2.5%左右，pH值为7.2～7.7之间。表1为土壤电阻率与含水量关系统计表，图1为土壤电阻率与含水量关系统计拟合曲线。

表1土壤电阻率与含水量关系统计表

图1土壤电阻率与含水量关系统计拟合曲线

通过对表1和图1对比分析，可以得出如下结论。

1)一般来说，土壤含水量越高，土壤的导电性能就越强，相对应的土壤电阻率就越小；反之则越大。图1表示土壤电阻率与含水量关系的拟合曲线，土壤电阻率与含水量近似成反比关系，如式(1)所示。

ρ=C1/w(1)

式中：ρ代表土壤电阻率，Ω·m；w代表含水量，无量纲；C1代表反比例常数，Ω·m，取决于地基土岩性、密实程度、含盐量、pH值等指标参数；本次研究区域内取值为5 Ω·m。

2)式(1)所揭示的反比例关系一般适用于含水量在5%≤w≤20%之间的湿度环境下。范围之外的含水量，其与土壤电阻率的关系一般不适用于式(1)。

3)土壤电阻率随着含水量变化的快慢是不同的。一般来说，随着含水率的增加，土壤电阻率降低的幅度逐渐减小。当地基土处于干—稍湿状态时，土壤电阻率对含水量的变化较为敏感；当含水量达到20%以上时，ρ下降很少，即为土壤电阻率对含水量的变化不敏感。

2.2土壤含盐量

地基土易溶盐含量的变化会引起土壤电阻率发生相应变化，也就是土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，ρ就越小；反之则越大。

同理，选择物理力学指标(地层岩性、密实性、湿度)相近的测试样品，列表统计分析。本次统计的地层岩性为粉土与粉砂互层，稍密—中密状态，含水量为15%左右，pH值为7.1～7.9之间，研究区域内的盐渍土以硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土为主。表2为土壤电阻率与含盐量关系统计表，图2为土壤电阻率与含盐量关系统计拟合曲线。

通过对表2和图2对比分析，可以得出如下结论。

1)图2表示土壤电阻率与含盐量关系的拟合曲线，土壤电阻率与含盐量近似成反比关系。

ρ=C2/T(2)

表2土壤电阻率与含盐量关系统计表

图2土壤电阻率与含盐量关系统计拟合曲线

式中：ρ代表土壤电阻率，Ω·m；T代表含盐量，无量纲；C2代表反比例常数，Ω·m，取决于地基土岩性、密实程度、湿度、pH值等指标参数；本次研究区域内取值为0.9 Ω·m。

2)式(2)所揭示的反比例关系一般适用于含盐量在1%≤T≤3%之间的盐碱度环境下。范围之外的含盐量，其与土壤电阻率的关系一般不适用于式(2)。

3)土壤电阻率随着含盐量变化的快慢是不同的。一般来说，随着含盐量的增加，土壤电阻率降低的幅度逐渐减小。当地基土处于1%≤T≤2%状态时，土壤电阻率对含盐量的变化较为敏感；当含盐量达到3%以上时，ρ下降很少，即为土壤电阻率对含盐量的变化不敏感。

4)同一地区，易溶盐含量是动态变化的。地下水和地表水的径流是周期性变化的，由于水的溶解、蒸发析出、毛细作用等因素影响，造成盐分的迁移。这就要求勘察人员利用区域气候特点、区域地表径流、地下水升降等自然条件，分析盐渍土中含盐量的变化趋势。

2.3土壤扰动程度

终勘定位时，地层为原状土状态，没有发生扰动。基础(以板式基础为例)施工完成后，进行回填。回填土的诸多物理力学性质相对于原状土均发生了较大的改变，土壤电阻率也随之发生改变。

研究区域内地基土的土壤电阻率随着土的扰动程度的增大而增大。一般假定地基土扰动前后的湿度变化不大，该线性关系一般适用于地基土为稍密—中密状态、稍湿的粉土—粉砂地层。

不同工况下土壤电阻率变化幅度是不同的，一般用微型动力触探击数来间接反映扰动土体孔隙指标[7-9]。ρ0和N0分别表示勘测阶段原状土的土壤电阻率和微型动探击数；ρ和N分别表示在各工况条件下扰动土的土壤电阻率和微型动探击数。表3为各种工况下土壤电阻率变化。

表3各种工况下土壤电阻率变化

需要注意的是：上述关系针对的是干—稍湿状态的地基土(一般是粉土粉砂地层)，倘若地基土在很湿的状态下，扰动后地基土的电阻率可能会降低；相对于湿度和含盐量，土壤的扰动程度对电阻率的影响较小，在诸多因素中影响的权重较低。

3、各指数系数

3.1湿度、盐量、扰动系数

通过盐渍土地区土壤电阻率的影响因素的详细分析，本文对相关系数进行了进一步的定义。

1)定义湿度系数k1=w/w0，其中w0为勘察阶段地基土的含水量，w为一个或若干个周期内测得的最大含水量，或根据气候条件并依据工程经验评估出的最大含水量。表4为湿度系数对应的指标意义。

表4湿度系数对应的指标意义

2)定义盐量系数k2=T/T0，其中T0为勘察阶段地基土的含盐量，T为一个或若干个周期内测得的最大含盐量，或根据气候条件、地形特点、地下水及地表水径流并依据工程经验评估出的最大含盐量。

3)定义扰动系数k3：回填土压实程度的不同分别对应不同的扰动系数，也可以用孔隙比和动探击数的比值来评价扰动系数的值。既可以简单定性评估，也可以通过物理力学参数来进行定量评估。表5为扰动系数与回填土压实情况的对应关系。

表5扰动系数与回填土压实情况的对应关系

3.2综合调整系数K

综上所述，3种典型的影响因素：土壤湿度、土壤含盐量、土壤扰动程度，作为评价土壤电阻率的主要影响因素。考虑到地基土的含水量和含盐量作为主要影响因素，可以适当降低土壤扰动程度的影响权重。本文用K来表示盐渍土腐蚀性的综合调整系数，把湿度、含盐量同时按最不利考虑。K可用湿度系数k1、盐量系数k2、扰动系数k3表示，如式(3)所示。

在勘测阶段地基土腐蚀性评价的基础上，利用K值，对这些因素可能造成的腐蚀性等级的动态调整做出定量的判别，提出盐渍土发育地区土对钢结构腐蚀性评价的一般规律，为盐渍土地区钢结构防护措施的选择提供依据，保证后续防护工作的有效进行。

盐渍土对钢结构的腐蚀等级的动态调整见表6所列。

表6盐渍土腐蚀性等级的动态调整

4、案例分析

某线路工程位于我国西北盐渍土发育地段。拟建线路途经地段的区域地貌单元主要为冲洪积平原(细粒土)，地下水埋深约2.5～4.0 m，地基土以稍密—中密状态的粉土、粉砂为主，局部互层。个别塔位(如T64塔)，终勘定位阶段对钢结构的腐蚀性做出判别，腐蚀等级按中等考虑，设计按GB/T 50942—2014《盐渍土地区建筑技术规范》[6]和GB 50046—2008《工业建筑防腐蚀设计规范》[10]等标准采取了相应的防腐蚀措施，运维半年后，接地装置出现明显锈蚀，如图3所示。表7为勘测阶段腐蚀性评价表。

在排除设计防腐措施及施工工艺、施工材料存在问题的基础上，从岩土勘察的角度，对腐蚀性的判别进行重新评估。由于勘测阶段属于气候干旱的年份，且处于枯水季节，地基土的含水量较低，并且前后地基土的含盐量也存在少许差异，计算所得的综合调整系数K为1.6，大于1.2，需对腐蚀等级作动态调整，即在原有等级的基础上提高一个等级，腐蚀性按“强”考虑，并且采取相应的防腐蚀措施。该塔的接地装置经过重新设计施工后，防腐效果良好。计算分析过程见表8所列。

图3接地扁钢严重腐蚀前后对比图

表7勘测阶段腐蚀性评价表

5、结论

目前，有关盐渍土发育地区输电线路建筑材料腐蚀性动态调整问题的研究尚属空白。仅根据相关规范和相关技术导则评价盐渍土对钢结构腐蚀性问题，在盐渍土发育地区输电线路工程中，出现了大量的工程问题或事故。本文结合具体的工程实际，在盐渍土发育地区进行了大量的研究，为盐渍土对钢结构腐蚀性评价的动态调整积累了大量素材和工程经验。

根据综合调整系数K，对钢结构腐蚀等级进行动态调整，经过系统研究和实践证明，该法行之有效且安全可靠。本文选取了3种典型的影响电阻率的主要影响因素：土壤湿度、土壤含盐量和土壤扰动程度，这些因素相关的参数既需要依据勘测阶段实际测试成果，也要依据区域整体的变化趋势。

由于受研究区域的地质条件所限，本文相关结论主要针对的盐渍土类型为粉土、粉砂，其他如黏性土、砂砾土等可适当参考。

建筑材料一般包括钢筋混凝土结构和钢结构两类，本文仅分析研究了盐渍土对钢结构的腐蚀性的动态调整问题，盐渍土对钢筋混凝土结构的腐蚀性的动态调整问题未涉及。

参考文献:

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[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.岩土工程勘察规范:GB 50021—2001(2009年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[5]王朋伟,赵天宇,梁烈.公路工程盐渍土快速评价方法[J].路基工程,2021(4):52-54.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.盐渍土地区建筑技术规范:GB/T 50942—2014[S].北京:中国计划出版社,2014.

[7]李广信,张丙印,于玉贞.土力学(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2013.

[8]《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第五版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.