麥華山，肖 波

(1. 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663；2. 廣東科諾勘測(cè)工程有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

地下水的化學(xué)特征、來(lái)源及其腐蝕性研究是巖土工程勘察的重要工作內(nèi)容[1-2]，而地下水的腐蝕性調(diào)查更是其中的重點(diǎn)，為后續(xù)基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)提供重要的設(shè)計(jì)參數(shù)[3]。地下水對(duì)建筑物的腐蝕主要表現(xiàn)為對(duì)混凝土的腐蝕及鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕，地下水對(duì)混凝土的破壞作用是通過(guò)分解性侵蝕、結(jié)晶性侵蝕或分解、結(jié)晶復(fù)合性侵蝕作用進(jìn)行的[4-5]，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的破壞作用主要為水中氯鹽破壞鋼結(jié)構(gòu)表面的氧化膜而引起鋼筋的銹蝕[6]。

在巖土工程勘察過(guò)程中，場(chǎng)地地下水腐蝕性的調(diào)查可分為垂直方向與水平方向上的調(diào)查[7]。對(duì)于含水層相對(duì)簡(jiǎn)單的地區(qū)，可采用抽取地下混合水的方法測(cè)定地下水的腐蝕性，對(duì)于地層分布復(fù)雜、含水層眾多的地區(qū), 應(yīng)采取分層取水的方法測(cè)定地下水的腐蝕性[8-9]。對(duì)于場(chǎng)地占地面積較大，場(chǎng)地功能分區(qū)較多，場(chǎng)地跨越不同水文地質(zhì)單元時(shí)，若簡(jiǎn)單以其中某一區(qū)域的地下水腐蝕性分析結(jié)果對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行評(píng)價(jià)，可能會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果偏高或偏低[10-11]，對(duì)后續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工造成資源的浪費(fèi)，或帶來(lái)安全隱患。因此，有必要根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐郑Y(jié)合場(chǎng)地上部建筑地段的功能分區(qū)，采取分區(qū)域采取地下水進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)場(chǎng)地地下水進(jìn)行腐蝕性分區(qū)評(píng)價(jià)[12-13]。

基于此，本文以某核電廠廠前區(qū)地下水腐蝕性調(diào)查為工程實(shí)例，通過(guò)采用分區(qū)調(diào)查的方法，對(duì)廠前區(qū)不同建筑物子項(xiàng)采取地下水進(jìn)行腐蝕性分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)整個(gè)場(chǎng)地地下水腐蝕性進(jìn)行分區(qū)，為后續(xù)基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)提供針對(duì)性的設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 工程應(yīng)用

1.1 工程概況

該核電廠場(chǎng)地原始地貌主要為低山丘陵地貌及山前海陸交互沉積的平原，主廠區(qū)位于丘陵區(qū)，南側(cè)臨海，廠前區(qū)位于主廠區(qū)北側(cè)，與核反應(yīng)堆中心直線(xiàn)距離約400 m，原始地貌為海積平原區(qū)。廠前區(qū)占地面積約為645 m×375 m，主要包括綜合辦公樓、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)餐廳、模擬機(jī)培訓(xùn)中心、值班宿舍與武警營(yíng)房等建筑物子項(xiàng)，廠前區(qū)總平面布置圖如圖1所示，其中值班宿舍區(qū)位于最西側(cè)，與海域最近的直線(xiàn)距離約400 m。廠前區(qū)原始地貌為海積平原，原始地表高程2.0～3.0 m，場(chǎng)地上部覆蓋層為從上到下為第四系海積砂土層、粘土層及殘積層，下伏基巖為中—晚侏羅統(tǒng)熱水洞組(J2-3r)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，場(chǎng)地已整平至16.5 m的廠平標(biāo)高，回填層主要為廠址挖方區(qū)所產(chǎn)生的石料。廠前區(qū)地下水主要為潛水，賦存于場(chǎng)上部地填石層及砂土層中，其透水性能好，補(bǔ)給來(lái)源主要有大氣降水、東側(cè)丘陵地表逕流及下部基巖裂隙水側(cè)向逕流補(bǔ)給，地下水流場(chǎng)主要受地形地貌控制，逕流方向由高處向四周低洼地帶及海域潛流或運(yùn)移，其次排泄于蒸發(fā)。地下水位高程一般1～3 m，豐水季節(jié)水位有所上升，枯水季節(jié)有所下降。根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)調(diào)查成果，核電廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水水位為6.97 m。

圖1 廠前區(qū)總平面布置圖

1.2 綜合辦公樓及模擬機(jī)培訓(xùn)中心區(qū)域地下水腐蝕性調(diào)查

2019年6～7月，對(duì)廠前區(qū)綜合辦公樓及現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)餐廳區(qū)域進(jìn)行勘察， 2020年3～4月，對(duì)廠前區(qū)模擬機(jī)培訓(xùn)中心區(qū)域進(jìn)行勘察，取水按建筑物輪廓線(xiàn)自東向西布置于勘察場(chǎng)地內(nèi)，地下水取水孔布置如圖1所示，按環(huán)境類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)，其水質(zhì)簡(jiǎn)分析結(jié)果見(jiàn)表1所列。從表1的分析結(jié)果可看出，模擬機(jī)培訓(xùn)中心區(qū)域場(chǎng)地地下水在強(qiáng)透水層具微腐蝕性；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長(zhǎng)期浸水及干濕交替環(huán)境下均具微腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為Cl-；綜合辦公樓區(qū)域場(chǎng)地地下水在強(qiáng)透水層中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)為侵蝕性CO2，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長(zhǎng)期浸水及干濕交替環(huán)境下均具微腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為Cl-。

表1 綜合辦公樓及模擬機(jī)培訓(xùn)中心場(chǎng)地地下水腐蝕性分析成果表

1.3 值班宿舍等區(qū)域地下水腐蝕性調(diào)查

2020年5～6月，對(duì)廠前區(qū)一期工程值班宿舍、武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域進(jìn)行勘察，由于值班宿舍區(qū)位于廠前區(qū)最西側(cè)，其西側(cè)與海域最近直線(xiàn)距離為400 m，勘察期間廠前區(qū)地下水位埋深10.9～13.9 m，為查明該區(qū)域地下水與海水的水力聯(lián)系，于值班宿舍區(qū)布置7個(gè)水文觀測(cè)孔，水文觀測(cè)孔沿宿舍樓場(chǎng)地東向方向布置，場(chǎng)地北側(cè)布置2個(gè)，中部布置3個(gè)，南側(cè)布置2個(gè)，水文觀測(cè)孔布置如圖1所示，測(cè)線(xiàn)大致呈北東—南西走向，每條水文地質(zhì)測(cè)線(xiàn)沿海域方向由遠(yuǎn)及近布置2～3個(gè)水位觀測(cè)孔及取水孔，每天于海水漲潮及退潮期間觀測(cè)孔內(nèi)地下水位動(dòng)態(tài)變化。由于武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域位于值班宿舍東側(cè)，與海域相對(duì)較遠(yuǎn)，因此在此區(qū)域布置2排取水孔。水位觀測(cè)期間正值南方雨季，為排除暴雨對(duì)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，暴雨期間不進(jìn)行地下水位的觀測(cè)。在半個(gè)月的地下水位觀測(cè)期內(nèi)，值班宿舍區(qū)地下水位埋深觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所列。

表2 值班宿舍場(chǎng)地地下水位觀測(cè)表m

從值班宿舍區(qū)域地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)可看出，觀測(cè)期間，海域每天最高潮位與最低潮位相差約1.0～1.5 m，而地下水位觀測(cè)孔中水位變化幅度僅為0～0.1 m，可以看出場(chǎng)地地下水位沒(méi)有隨著海水漲落潮而發(fā)生明顯的變動(dòng)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，若場(chǎng)地地下水與海水存在較強(qiáng)的水力聯(lián)系時(shí)，于海水漲退潮期間，地下水位會(huì)隨之發(fā)生較大幅度變化。因此，僅僅從觀測(cè)期間場(chǎng)地地下水的變化幅度看來(lái)，不能判斷值班宿舍區(qū)域地下水與海水有明顯的水力聯(lián)系。

為進(jìn)一步查明該區(qū)域地下水與海水的水力聯(lián)系，對(duì)取水孔取采地下水進(jìn)行水質(zhì)簡(jiǎn)分析實(shí)驗(yàn)，為消除鉆探用水對(duì)地下水的影響，在取水前均進(jìn)行孔內(nèi)抽水，待恢復(fù)正常水位24小時(shí)后再進(jìn)行取水，值班宿舍區(qū)、武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域地下水腐蝕性分析結(jié)果見(jiàn)表3～表4所列。

表3 值班宿舍區(qū)域地下水腐蝕性分析成果表

表4 武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域地下水腐蝕性分析成果表

根據(jù)表3、表4數(shù)據(jù)分析，武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域地下水在強(qiáng)透水層中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)為侵蝕性CO2，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長(zhǎng)期浸水及干濕交替條件下均具有微腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為Clˉ。

值班宿舍區(qū)域地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)為SO42ˉ及侵蝕性CO2；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長(zhǎng)期浸水環(huán)境下具微腐蝕性，在干濕交替環(huán)境下具中腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為Clˉ。從水化學(xué)成分與海水對(duì)比可知，值班宿舍區(qū)地下水Mg2＋、SO42ˉ含量相對(duì)較接近，其他指標(biāo)與海水指標(biāo)相差較大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，值班宿舍區(qū)廠平前為蝦苗養(yǎng)殖場(chǎng)，引海水進(jìn)行養(yǎng)殖，部分離子吸附于表層巖土層消散時(shí)間較慢，對(duì)地下水的水質(zhì)有一定影響，再結(jié)合水位觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，值班宿舍區(qū)地下水與海水無(wú)明顯水力聯(lián)系，僅存在微弱的水力聯(lián)系。

2 場(chǎng)地地下水腐蝕性分析

根據(jù)對(duì)以上區(qū)域地下水腐蝕性調(diào)查與分析結(jié)果，對(duì)廠前區(qū)各建筑子項(xiàng)地下水腐蝕性進(jìn)行分區(qū)。由于地下水取水孔按建筑輪廓布置，分區(qū)取水，其腐蝕性分析結(jié)果可代表所對(duì)應(yīng)的取水區(qū)域，根據(jù)GB50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范( 2009版)》第12.2.3條，分區(qū)地下水腐蝕性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果參考該區(qū)域腐蝕性等級(jí)最高的取水孔分析成果，考慮到不同建筑物之間僅為空地，因此廠前區(qū)地下水腐蝕性分區(qū)以各建筑物圍墻為分界?；谏鲜鰟澐衷瓌t，廠前區(qū)模擬機(jī)培訓(xùn)中心地下水腐蝕性分區(qū)為微腐蝕區(qū)；綜合辦公樓及服務(wù)餐廳、武警營(yíng)房、消防站及安保樓區(qū)域地下水腐蝕性劃分為弱腐蝕區(qū)域；值班宿舍區(qū)域地下水腐蝕性應(yīng)劃分為中等腐蝕區(qū)。由于核電廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水水位為6.97 m，廠平標(biāo)高為16.5 m，核電廠址海岸沿線(xiàn)區(qū)域?qū)⒔⒎啦ǖ碳芭藕闇?，加之值班宿舍區(qū)地下水與海水聯(lián)系不明顯，因些核電廠服役期內(nèi)即使出現(xiàn)百年一遇洪水位，其影響范圍有限，海水的影響范圍也難以涉及至值班宿舍樓東側(cè)北腐蝕區(qū)域，總體來(lái)說(shuō)，廠前區(qū)地下水腐蝕性分區(qū)具有一定的裕度。綜上所述，廠前區(qū)地下水腐蝕性區(qū)劃圖如圖2所示。

圖2 廠前區(qū)地下水腐蝕性區(qū)劃圖

3 結(jié)語(yǔ)

由于核電廠占地面積廣，建筑功能分區(qū)復(fù)雜，且建設(shè)周期漫長(zhǎng)，不同建筑子項(xiàng)的勘察、設(shè)計(jì)及施工在時(shí)間及空間上不重合，而地下水腐蝕性分區(qū)調(diào)查和評(píng)價(jià)與核電廠動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工的工程理念完美契合。對(duì)于本項(xiàng)目，若設(shè)計(jì)人員僅以辦公樓區(qū)域或是值班宿舍區(qū)域的地下水腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果作為廠前區(qū)整體基礎(chǔ)防腐設(shè)計(jì)參數(shù)輸入，這將使得設(shè)計(jì)參數(shù)偏低或偏高，從而導(dǎo)致部分區(qū)域產(chǎn)生安全隱患或工程量的浪費(fèi)。本文采用分區(qū)調(diào)查的方法，根據(jù)不同區(qū)域的地下水腐蝕性分析結(jié)果繪制總體場(chǎng)地腐蝕性區(qū)劃圖，為場(chǎng)地不同區(qū)域建筑物子項(xiàng)的防腐設(shè)計(jì)提供了明晰的設(shè)計(jì)輸入，為工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的控制及設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了技術(shù)支持。