西北戈壁地區(qū)巖土腐蝕性與防腐措施分析

任治軍，任亞群，宋志遠(yuǎn)

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 210024)

1 概述

哈密南～鄭州±800kV特高壓直流輸電工程，西起哈密換流站，東至鄭州換流站，工程額定電壓±800kV，額定輸送功率8000MW，輸電線路全長2211.3km，采用單回雙極架設(shè)方式。線路途經(jīng)新疆、甘肅、陜西、寧夏、山西、河南6省(自治區(qū))。由江蘇省電力設(shè)計院中標(biāo)承擔(dān)一般線路工程中的4標(biāo)段【峽西(東)—橋灣道班北】的勘測設(shè)計工作。本段線路路徑長度約為104.55km，塔位編號自起點到終點統(tǒng)一編號為601～814，全部位于甘肅省酒泉市下轄的瓜州縣境內(nèi)河西走廊西段的酒嘉地區(qū)，該段走廊南北寬度十余公里到數(shù)十公里不等，沿線地貌主要為戈壁、山前平原和低山丘陵，地形基本平緩，局部略有起伏，地勢西北高、東南低，海拔在1391m～1703m(1985國家高程基準(zhǔn))之間。

根據(jù)本工程前期資料，沿線普遍分布有鹽漬土，場地土腐蝕性等級以中等～強為主，對線路基礎(chǔ)設(shè)計影響較大。

2 巖土工程條件

2.1 工程地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)本次現(xiàn)場勘察成果，并結(jié)合已有地質(zhì)資料，沿線主要由第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖積、洪積、坡積、殘積成因的角礫、礫砂、粉質(zhì)黏土混粗砂、圓礫等以及白堊系、泥盆系、志留系、奧陶系、寒武系的泥巖、灰?guī)r、大理巖、板巖、砂巖、千枚巖、石英片巖、片麻巖、砂質(zhì)泥巖、花崗巖等組成。根據(jù)沿線地區(qū)的地形地貌特征及地基巖土的工程特性等，可將沿線大致劃分為5個工程地質(zhì)區(qū)段，見表1。

表1 沿線地區(qū)地基巖土工程地質(zhì)分區(qū)

2.2 地基腐蝕性基本特征及歷史資料

沿線地基巖土以碎石土(帶膠結(jié)的角礫、礫砂及圓礫)和基巖為主，不同地質(zhì)區(qū)段有所變化。由于沿線途經(jīng)地區(qū)處于西北干旱少雨區(qū)，加之年蒸發(fā)量又較大，土質(zhì)的含鹽量普遍較高，局部地段鹽份聚集到一定程度便形成鹽漬土(見圖1)。根據(jù)本階段現(xiàn)場踏勘情況，沿線地基土表層一般均有鹽漬結(jié)晶分布。鹽漬結(jié)晶是在降水和洪水的滲透淋濾和強烈蒸發(fā)作用下，鹽分以層狀或蜂窩狀集聚于細(xì)顆粒夾層層面，形成的結(jié)晶鹽層。

圖1 沿線典型鹽漬土照片

根據(jù)該地區(qū)現(xiàn)有資料，瓜州地區(qū)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性一般為中等；地基土對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)具弱～中等腐蝕性。

3 腐蝕性評價工作方法

3.1 樣本采取原則

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001，2009年版)第12.1.2條的規(guī)定，采取水試樣和土試樣應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)混凝土或鋼結(jié)構(gòu)處于地下水位以上時，應(yīng)采用土試樣作土的腐蝕性試驗；

(2)混凝土結(jié)構(gòu)處于地下水或地表水中時，應(yīng)采用水試樣作水的腐蝕性測試；

(3)混凝土結(jié)構(gòu)部分部分處于地下水位以上，部分處于地下水位以下時，應(yīng)分別取土試樣和水試樣作腐蝕性測試；

(4)水試樣和土試樣應(yīng)在混凝土結(jié)構(gòu)所在的深度采取，每個場地不應(yīng)少于2件。當(dāng)土中鹽類成分和含量分布不均勻時，應(yīng)分區(qū)、分層取樣，每區(qū)、每層不應(yīng)少于2件。

由于沿線地基土以碎石土為主，勘測過程采用干鉆開孔，在設(shè)計位置采取擾動樣，取樣后及時封裝；水樣在終孔后待水位穩(wěn)定后采取，取樣后按規(guī)定封裝，并及時送當(dāng)?shù)卦囼炇摇?/p>

3.2 取樣點布置

為全面評價沿線地基土的腐蝕性，初步設(shè)計階段按10km間距布置了取樣孔，施工圖設(shè)計階段則結(jié)合初設(shè)評價結(jié)論和地形地貌特征等腐蝕性評價影響因素，將取樣孔間距加密至3km～5km，土樣在垂直方向分布于自地表0.00m～20.00m范圍，采樣間距0.5m～1.5m不等，試驗項目以易溶鹽測定為主，本次取樣場地土樣本數(shù)量為183個。由于丘陵地段(包括丘陵之間的凹地)地下水埋藏較深，勘測期間未見地下水，因而沒有采取到地下水試樣，僅在初設(shè)階段在戈壁灘地貌兩個區(qū)段的1C1、1C6和1C7(分別對應(yīng)815、724和705塔位)采取了3組水試樣，三個水試樣深度分別為5.0m、11.0m和12.0m。

3.3 取樣代表性分析

沿線分布的鹽漬土屬于西北內(nèi)陸盆地粗顆粒鹽漬土，為國內(nèi)研究較少的鹽漬土類型，具有在平面分布不連續(xù)、不均勻和垂直分布的表聚性特征。一般情況下在平面上鹽分主要富集在溝谷洪流的主線附近，在垂向上鹽分富集在地表以下3.0m～5.0m以淺，且隨深度增大含鹽量減少。根據(jù)本工程初步設(shè)計易溶鹽測試情況，所含鹽類由表層以亞硫酸鹽為主，向深部逐漸變?yōu)槁塞}、亞氯鹽為主的特點。

因此，本階段在充分分析初步設(shè)計試驗成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)地形地貌特征、和工程地質(zhì)分區(qū)情況，有針對性地進行了采樣工作，使得試樣在水平和垂直方向上均有相當(dāng)?shù)拇硇浴?/p>

3.4 試驗結(jié)果分析

從本工程初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段室內(nèi)試驗結(jié)果分析，試驗結(jié)果在平面及垂直方向上離散度均較大，從垂直方向分析，腐蝕介質(zhì)達(dá)到弱腐蝕以上的樣本大約67%左右分布在地面以淺5.0m范圍內(nèi)，從平面上分析，則很難劃分出準(zhǔn)確的鹽漬土和非鹽漬土地段，幾乎全部的取樣孔表層土樣試驗結(jié)果滿足鹽漬土的定義標(biāo)準(zhǔn)，這一點更加印證了西北地區(qū)鹽漬土分布的廣泛性。

4 腐蝕性評價

4.1 場地環(huán)境類別

本工程位于干旱區(qū)，地基土屬強透水層，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》附錄G場地環(huán)境類型的劃分規(guī)定，場地環(huán)境類別在評價水的腐蝕性時按Ⅰ類考慮，評價土的腐蝕性時按Ш類考慮。評價是在本次試驗基礎(chǔ)上結(jié)合了當(dāng)?shù)夭糠志€路工程的經(jīng)驗而綜合確定。

4.2 對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》和《鹽漬土地區(qū)建筑規(guī)范》，對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性評價情況見表2、表3。

表2 地下水的腐蝕性評價結(jié)果表(環(huán)境類別：I類)

表3 土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價表(環(huán)境類別：III類)

4.3 對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評價

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評價情況見表4。

表4 土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評價

4.4 腐蝕性綜合評價

因此，根據(jù)上述試驗結(jié)果，場地土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱～中等腐蝕，對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性為中等腐蝕?！稁r土工程勘察規(guī)范》12.2.6條規(guī)定，水、土對建筑材料腐蝕的防護應(yīng)符合《工業(yè)建筑防腐設(shè)計規(guī)范》(GB50046)的規(guī)定，而《工業(yè)建筑防腐設(shè)計規(guī)范》中所及的腐蝕等級并未明確細(xì)分場地土對混凝土結(jié)構(gòu)還是結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕，為便于設(shè)計使用，將場地土的腐蝕性按不利組合進行綜合評價。各腐蝕等級塔位所占百分比見表5。

表5 各腐蝕等級塔位所占百分比

《巖土工程勘察規(guī)范》12.2.3條中規(guī)定場地水、土腐蝕性評價所遵循的原則為就高不就低，本次評價基本遵循此原則，但由于西北地區(qū)場地土構(gòu)成較為特殊，碎石土中局部鹽漬結(jié)晶富集，現(xiàn)場采樣時為查明鹽漬結(jié)晶的腐蝕介質(zhì)構(gòu)成，特采取了鹽漬結(jié)晶樣進行室內(nèi)試驗分析。本次試驗表明，鹽漬結(jié)晶樣中易溶鹽腐蝕性介質(zhì)指標(biāo)達(dá)到強腐蝕等級的有4個，僅占全部土樣(183個)的2.2%，且其分布層位均位于地表以淺0.50m以內(nèi)。若按此結(jié)果評價場地土的腐蝕性，將出現(xiàn)評價結(jié)論過于保守，基礎(chǔ)的防腐等級和措施需按較高標(biāo)準(zhǔn)進行，最終導(dǎo)致項目投資發(fā)生較大幅度的變更，與現(xiàn)場真實情況不符。因此，本工程的腐蝕性評價采用了綜合評判、重點治理原則，根據(jù)現(xiàn)場勘測情況，對局部鹽漬土富集地段的塔位建議設(shè)計按強腐蝕采取措施，大部分地段按中等腐蝕進行基礎(chǔ)設(shè)計，既有利于設(shè)計專業(yè)理解和使用腐蝕性評價的結(jié)果，也體現(xiàn)了充分重視客觀事實，確保工程安全的原則。

5 防腐措施分析

鹽漬土吸水后易溶鹽溶解產(chǎn)生溶陷、水分蒸發(fā)后鹽分結(jié)晶后而產(chǎn)生膨脹變形，反復(fù)的溶陷和鹽脹將導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，大大減低土體強度，可能對基礎(chǔ)的抗拔有一定影響。

從搜資及現(xiàn)場調(diào)查走訪情況看，沿線分布的內(nèi)陸盆地粗顆粒鹽漬土在溶陷性、鹽脹性等方面的危害并不明顯，主要危害表現(xiàn)為對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性。防護措施主要是最大限度地提高混凝土的密實性，提高保護層厚度，減少Cl－滲入量為主。在腐蝕性強的鹽漬土地區(qū)，單單依靠混凝土自身的密實性尚不能達(dá)到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，可采取以下特殊防腐蝕措施：

(1)鋼筋阻銹劑：以氯鹽為主的腐蝕環(huán)境需采用鋼筋阻銹劑。阻銹劑在混凝土中可消除Cl－的危害。

(2)混凝土涂層：包括滲透層、涂覆層、防腐蝕砂漿等，涂在混凝土表面以防止或減緩Cl－的滲透。地下部分采用瀝青類涂料，地上部分采用有機涂層。

綜合土樣易溶鹽測試分析結(jié)果、水質(zhì)分析結(jié)果及物探試驗結(jié)果，并考慮基礎(chǔ)防沖刷等因素，以下塔位建議采取一定的防護措施：602～605、610～611、617～619、625、632、633、647、668、721、743、746、775、778和799～814等。根據(jù)西北地區(qū)線路建設(shè)經(jīng)驗，一般采用混凝土外涂瀝青等措施加以防護，同時可考慮適當(dāng)提高混凝土標(biāo)號和密實度；對基礎(chǔ)施工過程中表層鹽漬土結(jié)晶富集地段，建議在回填過程中對基礎(chǔ)周邊的鹽漬結(jié)晶土進行換填，確保工程安全。

6 結(jié)論與建議

(1)線路工程跨度大、巖土種類復(fù)雜等特點，導(dǎo)致場地水、土腐蝕性評價比發(fā)電廠、變電站工程難度更大，要獲取合理的評價結(jié)論，必須從巖土勘測各階段不斷深入研究。從本標(biāo)段設(shè)計及施工現(xiàn)場反饋情況分析，本文得出的腐蝕性評價結(jié)論及措施是適宜的。

(2)西北戈壁地區(qū)的特高壓線路主要經(jīng)過無人區(qū)，周邊工程經(jīng)驗匱乏，在缺乏相關(guān)經(jīng)驗支撐的情況下，場地水、土的腐蝕性評價必須基于適量的試驗分析。因此，對巖土勘測提出了更高的要求。

(3)基于試驗結(jié)果的腐蝕性評價及施工措施建議等，必須要慎重分析結(jié)果，本著去偽存真、實事求是和因地制宜的原則，才能真正地為優(yōu)化設(shè)計提供足夠依據(jù)。

[1]江蘇省電力設(shè)計院.哈密南-鄭州±800kV直流特高壓輸電線路工程初步設(shè)計報告[R]，2011.

[2]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]Q/DG-2-A06-2005，特高壓架空輸電線路工程勘測技術(shù)規(guī)定[S].

[4]華遵孟，沈秋武.西北內(nèi)陸盆地粗顆粒鹽漬土研究[J].工程勘察，2001，(1).

[5]張冬菊.鹽漬土地區(qū)工程地基設(shè)計與防腐處理[J].青海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000，18(6).

[6]夏文俊，等.鹽漬土腐蝕機理與防腐措施分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2011，45(S0).