港珠澳大桥详勘水文地质条件分析与评价

王爱国 黄 扬

(江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安 223005)

1 工程概况

港珠澳大桥跨越珠江口—伶仃洋海域，桥位区地表海水发育，混凝土基桩部分位于海水中，处于长期浸水状态，部分位于海水涨落潮区，处于干湿交替状态，海水对桩基有可能产生腐蚀;桩基位于泥面以下的部分，长期与桩基周围岩土、地下水接触，也可能被其腐蚀;因此，有必要查明场地的水文地质条件，判定场地水对建筑材料以及基础的腐蚀性，并且对水文地质条件进行分析评价。

2 勘测技术要求

本次勘察目的如下:查明沿线桥位的水文地质条件，详细查明桥位区地表水及地下水的类型、地下含水层性质，地下水补给、径流、排泄条件，评价拟建桥位区地表水、地下水对钢筋混凝土的腐蚀性;针对基础的防腐施工提出合理建议。

3 水文地质条件［1］

3.1 地形地貌

拟建的港珠澳大桥位于珠江口的伶仃洋海域，汇集了珠江入海8个口门中的虎门、蕉门、洪奇沥和横门4个口门的径流，为珠江主要出海口和最大的河口湾。伶仃洋水下地形西北高、东南低，水深从湾内向湾口逐步增加。湾内浅滩和深槽相间，水下地形构成三滩两槽结构。

3.2 气象水文

场区属南亚热带海洋性季风气候区，气候温暖潮湿，年平均气温22.3℃，多年平均降水量1 900 mm。

本区潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，呈现往复流运动形式。其中大潮期间日潮现象较明显，小潮期间半日潮现象显著，中潮介于两者之间。从潮位和潮流关系来看，本海区潮波属于变形前进波性质。

伶仃洋内水面高度一般相差可达30 cm～100 cm。工程水域高潮位由外海向珠江口内逐渐增大，低潮位由外海向珠江口逐渐降低。潮差也有由外海向珠江口内逐渐增大的趋势。

涨潮流来自辽阔的南海方向，潮流以海水为主;退潮流来自陆域方向，沿岸主要为珠江水体向海中排泄，海水被冲淡;具有落潮流速大于涨潮流速，中部海域潮流流速比两边大的特点。

据专题研究，桥位处500年重现设计高水位为3.98 m，设计低水位为－1.67 m，均为85黄海基面。

珠江口为我国台风频发区，台风过境时，在近岸水域会产生明显的水位升降，即台风暴潮。据伶仃洋各测站风暴增水情况的统计，伶仃洋海区台风暴潮增水可达2 m以上。

3.3 地下水

根据多次勘探资料，场区发育厚度40 m～90 m的松散层，由两岸向水域逐渐变厚。地层结构总体分为四个层组，即软土、黏土、砂土、基岩风化层。

根据含水层的岩性、埋藏条件及地下水的赋存条件、水理性质和水力特征，将桥位区地下水划分为松散岩类承压水含水岩组和基岩裂隙水两大类。本文研究对工程有重要影响的松散岩类孔隙承压水。

该含水岩组分布于桥位区海域，埋深34.80 m～59.40 m，顶板高程 －65.78 m ～ －40.80 m，厚度 20.55 m ～44.00 m。含水层多为单层，局部为双层;表层为淤泥、淤泥质土或黏性土覆盖(其渗透系数小于1.1×10－7cm/s)，为不透水土层;下部与基岩风化层直接接触，基岩浅部全、强风化层，风化程度高，粘粒高，透水性差。含水层主要由粉细砂、中砂、粗砾砂等组成，在中部发育2 m～25 m的粗砾砂混砾石，局部夹黏性土，均属于晚更新世早期河流相冲积物，总体上上细下粗，岩相、厚度变化较大，富含孔隙承压水，多为咸水。

4 水文地质分析评价

本次勘察沿桥位轴线在不同部位、不同时间采取了21组海水样和13组地下水样，取样位置见图1，并利用了初勘阶段在拟建桥位采集的4组地表水样和2组地下水样水质分析成果。

图1 取样点平面位置图（比例1：100 000）

4.1 地表水(海水)

本次勘察沿桥轴线按桥墩号由小到大的顺序每隔5 km左右分高平潮、低平潮海流环境分别采集了海水样进行水质分析，并且利用了初勘的海水样水质分析成果，主要试验成果数据如表1所示。

由表1海水试验数据表明，同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量(溶解性总固体含量)及化学离子成分中Mg2+含量总体上有明显递减趋势离子含量有递减趋势但不明显，含量很低的与pH值则看不出有明显变化规律，侵蚀性CO2由于试验数据太少难以进行分析评价。虽然海水试验数据揭示同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量及化学离子成分有明显变化规律，但是低平潮与高平潮海水其化学离子含量仍几乎处于同一数量级水平。

究其原因，与桥位区海域所处的地理环境有关。本区域地处珠江入海口，珠江径流与海水交融，潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，呈现往复流运动形式。涨潮流来自辽阔的南海方向，潮流以海水为主，由外海涌向珠江口，使得潮水中的含盐量升高;退潮流来自陆域方向，由珠江口涌向外海，沿岸主要为珠江水体向海中排泄，海水被冲淡，使得潮水中的含盐量降低;从而导致同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量及化学离子成分中Cl－，含量有明显递减趋势。低平潮与高平潮海水中化学离子含量几乎处于同一量级水平则说明珠江径流与海水交融后对本桥位区的海水成分未能起到根本性改变。

由表1海水试验数据还表明，从DB01标段海水沿桥轴线分布情况来看，无论是高平潮还是低平潮时段海水中含盐量及化学离子成分中含量在青州航道桥及江海直达船航道桥附近比其他区段都明显高很多，这也就意味着此两处海水对建筑材料的腐蚀性更强。初步分析认为:青州航道桥及江海直达船航道桥附近地处航道，船舶过往频繁，海流情况更加复杂多变所导致。

表1 桥位区海水水质分析成果表

根据本次勘察及初勘各地段所取海水的水质分析成果显示:其溶解性总固体含量低潮位最低值为4 664.5 mg/L，高潮位最高值为27 457 mg/L，低潮海水比高潮海水淡。侵蚀性CO2一般未检出。海水水化学类型均为Cl-Na型。

根据JTJ 064-98公路工程地质勘察规范按Ⅱ类环境、直接临水的条件进行地表水对混凝土的腐蚀性评价，地表水对混凝土无分解类腐蚀性、具结晶类中等腐蚀性和结晶分解复合类强腐蚀性，综合判定地表水对混凝土具强腐蚀性，应采取三级防护措施。按GB 50021-2001岩土工程勘察规范(2009年版):在长期浸水条件下，地表水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性;在干湿交替条件下，地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。按GB 50568-2010油气田管道岩土工程勘察规范:地表水对钢结构具中等腐蚀性。

4.2 地下水

本次勘察采取的地下水样进行水质分析及利用的初勘试验成果主要数据见表2。

本次勘察在桥位区所取地下水样赋存于含水层砂性土中，该含水层由于上部黏性隔水层对其地下水自由排泄通道的阻隔，形成封盖阻力而具承压性，其排泄口与海水相通，主要接受海水的补给，属于松散岩类孔隙承压水。孔隙承压水径流表现在相同层位间的侧向径流，但受含水层岩性、分布的控制及海水的影响，其速度极慢，变化小。孔隙承压水的排泄，主要是通过排泄口泄入海中，其次为孔隙承压水向其他含水岩组侧渗排泄和越流排泄。地下水以水平流动为主，流向为南至东南向。孔隙承压水受海水潮差影响较明显，时刻不断地随潮位变化，且地下水波形与海水基本一致，处于不稳定状态。

表2 地下水主要离子成分表

据本次勘察及初勘地下水样水质分析成果显示，桥位区松散岩类孔隙承压水溶解性总固体含量6.202 g/L～15.320 g/L，按矿化度分属咸水～盐水，多为咸水，pH值4.09～8.10，按pH值分属酸性～弱碱性水，水化学类型为Cl-Na，即氯钠型水。地下水化学成分及离子含量与海水相似或接近，某种程度上亦可证明该场地地下水水源与海水存在关联，海水亦为其主要补给来源。

根据JTJ 064-98公路工程地质勘察规范按Ⅱ类环境、强透水土层条件进行地下水对混凝土的腐蚀性评价，桥位区地下水对混凝土具结晶类弱腐蚀性、具分解类强腐蚀性和结晶分解复合类中等腐蚀性，综合判定地下水对混凝土具强腐蚀性，应采取三级防护措施。按GB 50021-2001岩土工程勘察规范:在长期浸水条件下，桥位区地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。按GB 50568-2010油气田管道岩土工程勘察规范:桥位区地下水对钢结构具中等腐蚀性。

5 结语

1)珠江口的水文地质条件复杂，究其原因主要是:受历史沉积演变、人类活动、周围排泄水等的影响所致。

2)根据本次勘察采取海水样和地下水样，利用前期水质分析成果，水化学类型均为Cl-Na型。

3)由海水试验数据表明，同一位置高潮位与低潮位海水的含盐量(溶解性总固体含量)及化学离子成分中Mg2+含量总体上有明显递减趋势含量有递减趋势但不明显，但是低平潮与高平潮海水其化学离子含量仍几乎处于同一数量级水平。青州航道桥及江海直达船航道桥附近海水中含盐量及化学离子成分中含量比其他区段都明显高很多，初步分析认为:青州航道桥及江海直达船航道桥附近地处航道，船舶过往频繁，海流情况更加复杂多变所导致。地表水对混凝土具强腐蚀性，应采取三级防护措施。在长期浸水条件下，地表水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性;在干湿交替条件下，地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性。地表水对钢结构具中等腐蚀性。

4)据本次勘察及初勘地下水样水质分析成果，桥位区孔隙承压水按矿化度分属咸水～盐水，多为咸水，按pH值分属酸性～弱碱性水。地下水化学成分及离子含量与海水相似或接近，某种程度上亦可证明该场地地下水水源与海水存在关联，海水亦为其主要补给来源。桥位区地下水对混凝土具强腐蚀性，应采取三级防护措施。在长期浸水条件下，桥位区地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。桥位区地下水对钢结构具中等腐蚀性。

［1］江苏省水文地质海洋地质勘查院，中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程工程地质初步勘察报告［R］.2009.

［2］江苏省水文地质海洋地质勘查院，中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程桥梁DB01标段施工图设计工程地质勘察报告［R］.2011.

［3］JTJ 064-98，公路工程地质勘察规范［S］.

［4］GB 50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)［S］.

［5］GB 50568-2010，油气田管道岩土工程勘察规范［S］.