分區(qū)調(diào)查法在某核電廠廠前區(qū)地下水腐蝕性評價中的應用

麥華山，肖 波

(1. 中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663；2. 廣東科諾勘測工程有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

地下水的化學特征、來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，為后續(xù)基礎(chǔ)防腐設(shè)計提供重要的設(shè)計參數(shù)[3]。地下水對建筑物的腐蝕主要表現(xiàn)為對混凝土的腐蝕及鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕，地下水對混凝土的破壞作用是通過分解性侵蝕、結(jié)晶性侵蝕或分解、結(jié)晶復合性侵蝕作用進行的[4-5]，對鋼結(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]。

在巖土工程勘察過程中，場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]。對于含水層相對簡單的地區(qū)，可采用抽取地下混合水的方法測定地下水的腐蝕性，對于地層分布復雜、含水層眾多的地區(qū), 應采取分層取水的方法測定地下水的腐蝕性[8-9]。對于場地占地面積較大，場地功能分區(qū)較多，場地跨越不同水文地質(zhì)單元時，若簡單以其中某一區(qū)域的地下水腐蝕性分析結(jié)果對場地進行評價，可能會造成評價結(jié)果偏高或偏低[10-11]，對后續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)計及施工造成資源的浪費，或帶來安全隱患。因此，有必要根據(jù)場地的水文地質(zhì)單元劃分，結(jié)合場地上部建筑地段的功能分區(qū)，采取分區(qū)域采取地下水進行分析，根據(jù)分析結(jié)果對場地地下水進行腐蝕性分區(qū)評價[12-13]。

基于此，本文以某核電廠廠前區(qū)地下水腐蝕性調(diào)查為工程實例，通過采用分區(qū)調(diào)查的方法，對廠前區(qū)不同建筑物子項采取地下水進行腐蝕性分析，根據(jù)分析結(jié)果對整個場地地下水腐蝕性進行分區(qū)，為后續(xù)基礎(chǔ)防腐設(shè)計提供針對性的設(shè)計參數(shù)。

1 工程應用

1.1 工程概況

該核電廠場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)，與核反應堆中心直線距離約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)場服務(wù)餐廳、模擬機培訓中心、值班宿舍與武警營房等建筑物子項，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，場地已整平至16.5 m的廠平標高，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，賦存于場上部地填石層及砂土層中，其透水性能好，補給來源主要有大氣降水、東側(cè)丘陵地表逕流及下部基巖裂隙水側(cè)向逕流補給，地下水流場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)場地水文地質(zhì)調(diào)查成果，核電廠址設(shè)計基準洪水水位為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培訓中心區(qū)域地下水腐蝕性調(diào)查

2019年6～7月，對廠前區(qū)綜合辦公樓及現(xiàn)場服務(wù)餐廳區(qū)域進行勘察， 2020年3～4月，對廠前區(qū)模擬機培訓中心區(qū)域進行勘察，取水按建筑物輪廓線自東向西布置于勘察場地內(nèi)，地下水取水孔布置如圖1所示，按環(huán)境類型為Ⅱ類，其水質(zhì)簡分析結(jié)果見表1所列。從表1的分析結(jié)果可看出，模擬機培訓中心區(qū)域場地地下水在強透水層具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長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)域場地地下水在強透水層中對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)為侵蝕性CO2，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長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培訓中心場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，對廠前區(qū)一期工程值班宿舍、武警營房、消防站及安保樓區(qū)域進行勘察，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個水文觀測孔，水文觀測孔沿宿舍樓場地東向方向布置，場地北側(cè)布置2個，中部布置3個，南側(cè)布置2個，水文觀測孔布置如圖1所示，測線大致呈北東—南西走向，每條水文地質(zhì)測線沿海域方向由遠及近布置2～3個水位觀測孔及取水孔，每天于海水漲潮及退潮期間觀測孔內(nèi)地下水位動態(tài)變化。由于武警營房、消防站及安保樓區(qū)域位于值班宿舍東側(cè)，與海域相對較遠，因此在此區(qū)域布置2排取水孔。水位觀測期間正值南方雨季，為排除暴雨對水位觀測數(shù)據(jù)的影響，暴雨期間不進行地下水位的觀測。在半個月的地下水位觀測期內(nèi)，值班宿舍區(qū)地下水位埋深觀測數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 值班宿舍場地地下水位觀測表m

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

為進一步查明該區(qū)域地下水與海水的水力聯(lián)系，對取水孔取采地下水進行水質(zhì)簡分析實驗，為消除鉆探用水對地下水的影響，在取水前均進行孔內(nèi)抽水，待恢復正常水位24小時后再進行取水，值班宿舍區(qū)、武警營房、消防站及安保樓區(qū)域地下水腐蝕性分析結(jié)果見表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，武警營房、消防站及安保樓區(qū)域地下水在強透水層中對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)為侵蝕性CO2，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長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；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在長期浸水環(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。從水化學成分與海水對比可知，值班宿舍區(qū)地下水Mg2＋、SO42ˉ含量相對較接近，其他指標與海水指標相差較大。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，值班宿舍區(qū)廠平前為蝦苗養(yǎng)殖場，引海水進行養(yǎng)殖，部分離子吸附于表層巖土層消散時間較慢，對地下水的水質(zhì)有一定影響，再結(jié)合水位觀測數(shù)據(jù)分析，值班宿舍區(qū)地下水與海水無明顯水力聯(lián)系，僅存在微弱的水力聯(lián)系。

2 場地地下水腐蝕性分析

根據(jù)對以上區(qū)域地下水腐蝕性調(diào)查與分析結(jié)果，對廠前區(qū)各建筑子項地下水腐蝕性進行分區(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)果可代表所對應的取水區(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價結(jié)果參考該區(qū)域腐蝕性等級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)模擬機培訓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)域地下水腐蝕性應劃分為中等腐蝕區(qū)。由于核電廠址設(shè)計基準洪水水位為6.97 m，廠平標高為16.5 m，核電廠址海岸沿線區(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，總體來說，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

由于核電廠占地面積廣，建筑功能分區(qū)復雜，且建設(shè)周期漫長，不同建筑子項的勘察、設(shè)計及施工在時間及空間上不重合，而地下水腐蝕性分區(qū)調(diào)查和評價與核電廠動態(tài)設(shè)計及施工的工程理念完美契合。對于本項目，若設(shè)計人員僅以辦公樓區(qū)域或是值班宿舍區(qū)域的地下水腐蝕性評價結(jié)果作為廠前區(qū)整體基礎(chǔ)防腐設(shè)計參數(shù)輸入，這將使得設(shè)計參數(shù)偏低或偏高，從而導致部分區(qū)域產(chǎn)生安全隱患或工程量的浪費。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)果繪制總體場地腐蝕性區(qū)劃圖，為場地不同區(qū)域建筑物子項的防腐設(shè)計提供了明晰的設(shè)計輸入，為工程建設(shè)風險的控制及設(shè)計的優(yōu)化提供了技術(shù)支持。