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《勘察科學(xué)技術(shù)》2017年第5期

提要：該文以曹妃甸某工程為例，對該場地不同深度的地下水取樣并進(jìn)行水質(zhì)分析。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，判定淺層地下水中Cl－、SO2－4、Mg2+、總礦化度等腐蝕介質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性，并分析腐蝕性沿垂直方向及水平方向的變化規(guī)律，對地下工程的防腐設(shè)計和計算具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：地下潛水腐蝕介質(zhì)；深度；腐蝕評價

1引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，特別是高層建筑的大量興建，地下水的水質(zhì)對地下建筑物的影響日益突出。地下水對建筑材料的腐蝕性強(qiáng)弱直接影響到工程設(shè)計對水泥類型、基礎(chǔ)類型及防腐措施的選擇，最終直接影響到工程總造價，因此工程勘察階段應(yīng)對場地及其附近的地下水進(jìn)行詳細(xì)的分析和評價。地下水對建筑材料的腐蝕性在空間分布上存在一定的地域性規(guī)律，根據(jù)工程實際情況，進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)和利用其變化規(guī)律，提出相應(yīng)的對策，可有效減少防腐費用，提高經(jīng)濟(jì)效率。該文以曹妃甸現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展試驗區(qū)項目為例，對場地的地下水進(jìn)行取樣并及時進(jìn)行化驗分析。依據(jù)水質(zhì)分析資料，判定主要腐蝕介質(zhì)SO2－4、Cl－、Mg2+及總礦化度等對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性，并分析其腐蝕性沿垂直方向和水平方向的變化規(guī)律。對在有腐蝕性地區(qū)進(jìn)行的工程建設(shè)，可在不同部位采取不同的防腐措施。

2工程地質(zhì)情況

曹妃甸現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展試驗區(qū)項目擬建場地地貌上屬于濱海淺灘。地勢較平坦，場地中部有一條南北走向河流，場地地下水埋深1．50～2．00m，地下水流向自西向東南。

3地下水賦存環(huán)境及水樣采集

地下水對混凝土腐蝕程度決定于混凝土所處的地下水賦存環(huán)境和地下水中腐蝕性化學(xué)成分的含量兩個方面。因此在評價地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及混泥土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性時，要查明地下水所賦存的環(huán)境，采集符合要求的水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。

3.1地下水賦存環(huán)境

試驗區(qū)未發(fā)現(xiàn)影響場地穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。地下水賦存于第②層粉質(zhì)黏土及以下土層中，屬潛水類型，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄。根據(jù)調(diào)查，擬建場地附近區(qū)域的學(xué)校、居民區(qū)、餐館產(chǎn)生的生活垃圾均及時運(yùn)走對本地區(qū)不產(chǎn)生污染，亦未發(fā)現(xiàn)其它污染源。所以該區(qū)地下水的腐蝕性為自然因素產(chǎn)生的，具區(qū)域特征。

3.2水樣采取

在試驗區(qū)按網(wǎng)狀均勻布置7個取水孔，每孔按地層每層取水一件，每孔取水樣8件。鉆探工作采用XY－130型鉆機(jī)，跟管鉆進(jìn)。到取水位置后，采用提桶、活塞、水泵聯(lián)合洗孔，洗井次數(shù)不少于3次，最后兩次洗井單位涌水量差值不得大于10%，洗井結(jié)束后，孔底淤沙厚度不得大于1.5m;洗孔結(jié)束后要求準(zhǔn)確測定靜止水位。采樣瓶選用50mL和500mL聚乙烯瓶，事先將其用去離子水清洗，取樣時再用所采水樣潤洗3遍。因為侵蝕性CO2為不穩(wěn)定成分，在取樣時需加2～3g大理石粉穩(wěn)定劑。

4地下水中腐蝕性介質(zhì)在水平、垂直方向變化規(guī)律分析

判定地下水的腐蝕性變化規(guī)律，首先應(yīng)分析地下水中各腐蝕介質(zhì)的變化規(guī)律，然后分段判定其腐蝕性。地下水的簡分析項目包括:SO2－4Mg2+NH+4、OH－、Cl－、總礦化度、侵蝕性CO2、PH值等。在擬建場地的7個取水鉆孔中，取水試樣56件，進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)簡分析試驗。

4.1地下水中腐蝕性介質(zhì)

在垂直方向變化規(guī)律為了直觀反映地下水中主要腐蝕介質(zhì)(SO2－4Mg2+Cl－、總礦化度)在深度方向的變化，將試驗數(shù)據(jù)，繪制成各腐蝕介質(zhì)含量隨深度的變化曲線，見圖1～4，根據(jù)曲線進(jìn)行分析，找出其規(guī)律。地下水中各離子含量在垂直方向變化具如下規(guī)律:以Cl－、SO2－4為例:場地15.5m以上地下水中Cl－含量在22855.8～36746.6mg/L，其下地下水中Cl－含量在11672.4～19812mg/L;場地19.5m以上地下水中SO2－4含量在2581.9～5513.4mg/L，其下地下水中SO2－4含量在2231.2～3121.8mg/L。從大趨勢看，地下水腐蝕介質(zhì)含量隨深度增加而減小，且與含水土層的性質(zhì)有關(guān)。在滲透系數(shù)小的土層(粉質(zhì)黏土)，地下水中介質(zhì)含量稀釋的慢，含量較高;在滲透系數(shù)大的土層(砂層)，地下水中介質(zhì)含量稀釋的快，含量較低。4.2地下水中腐蝕性介質(zhì)在水平方向變化規(guī)律將各鉛孔中同一深度的試樣的試驗數(shù)據(jù)繪制成腐蝕介質(zhì)(Cl－、SO2－4)含量在水平方向的變化曲線，見圖5、6，并分析其變化規(guī)律。按極差分析，在10m深度處，地下水中Cl－含量變化在29812.00～35608.80mg/L，平均值32602.97mg/L，極差5796.8mg/L，小于平均值的30%，為17.1%;在20m深度處，地下水中Cl－含量變化在12104.80～18124.50mg/L，平均值14161.01mg/L，極差6019.7mg/L，大于平均值的30%，為42.5%。在15.5m深度處由于含水土層性質(zhì)相近，地下水中SO2－4離子在7件水中的含量為3858.4～4943.6mg/L，平均值4394.56mg/L，極差1085.2mg/L，小于平均值的30%;在20m深度處由于含水土層性質(zhì)差異較大，7件水中的含量為2652.7～4581.9mg/L，平均值3532.14mg/L，極差1929.2mg/L，大于平均值的30%。地下水中各離子含量在水平方向變化具如下規(guī)律:性質(zhì)相近土層中的地下水，其同一腐蝕介質(zhì)含量在同一深度變化較小;性質(zhì)相差較大土層中的地下水，其同一腐蝕介質(zhì)含量在同一深度變化較大。滲透系數(shù)小的土層(如粉質(zhì)黏土)介質(zhì)含量高，滲透系數(shù)大的土層(如粉土、粉砂)介質(zhì)含量低。這是因為細(xì)粒土阻滯與淋濾能力均不強(qiáng)，而使其地下水中腐蝕成分相對較高，而粗粒土中地下水，因粗粒土淋濾能力強(qiáng)，腐蝕成分稀釋快，離子含量降低。

5地下水的腐蝕性規(guī)律分析

按地下水中各離子含量在垂直方向變化規(guī)律，地下水腐蝕性應(yīng)根據(jù)地下水中介質(zhì)含量隨深度變化分段進(jìn)行分析判定。場地環(huán)境類型按《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021－2001)(2009年版)附錄G規(guī)定判別，屬Ⅱ類。1)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評價結(jié)果:地下水在15.5m以上，Cl－含量在22855.8～36746.6mg/L，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021－2001)(2009年版)12.2.4條及該規(guī)范12.2.4條文說明，應(yīng)進(jìn)行專門研究，以確定在長期浸水狀態(tài)下地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性等級;在干濕交替狀態(tài)下具強(qiáng)腐蝕性;地下水在15.5m以下Cl－含量在11672.4～19812mg/L，在長期浸水時具弱腐蝕性。2)按環(huán)境類型地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價。

6結(jié)語

通過對曹妃甸現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展試驗區(qū)項目地下水腐蝕性變化規(guī)律的分析研究，可以得出以下結(jié)論:

1)在沒有明顯污染源場地，地下水的腐蝕性在水平方向沒有明顯變化，只在地層變化處有變化;地下水的腐蝕介質(zhì)含量，隨深度增加而減小，地下水的腐蝕性強(qiáng)度隨深度增加逐漸減弱。

2)在沿海地區(qū)，淺層地下水含鹽量較高，影響深度15～20m，在對地下水腐蝕等級判定時應(yīng)進(jìn)行分層取樣評價，對基礎(chǔ)埋深較淺的建筑物基礎(chǔ)，應(yīng)按淺層水分析結(jié)果進(jìn)行防腐設(shè)計，而下部地下水的腐蝕等級小于上部地下水的腐蝕等級，因此分層評價對地基基礎(chǔ)的防腐設(shè)計和樁基礎(chǔ)的樁型選擇具有重要意義。

3)按地下水在不同深度處的腐蝕等級，可采用不同的防腐措施及施工工藝。4)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價主要基于單因素考慮。然而影響混凝土腐蝕的因素很多，例如區(qū)域的自然環(huán)境、污染物性質(zhì)、地質(zhì)土層及其分布等。但多因素的腐蝕性評價并不多見。

參考文獻(xiàn)

［1］GB50021－2001巖土工程勘察規(guī)范(2000年版)［2］GB50046－2008工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范

作者：蘇志友 單位：中勘冶金勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司