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某场地地下水腐蚀性变化规律分析

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《勘察科学技术》2017年第5期

提要:该文以曹妃甸某工程为例,对该场地不同深度的地下水取样并进行水质分析。根据水质分析结果,判定浅层地下水中Cl-、SO2-4、Mg2+、总矿化度等腐蚀介质对混凝土结构及混凝土结构中钢筋的腐蚀性,并分析腐蚀性沿垂直方向及水平方向的变化规律,对地下工程的防腐设计和计算具有指导意义。

关键词:地下潜水腐蚀介质;深度;腐蚀评价

1引言

随着城市建设的高速发展,特别是高层建筑的大量兴建,地下水的水质对地下建筑物的影响日益突出。地下水对建筑材料的腐蚀性强弱直接影响到工程设计对水泥类型、基础类型及防腐措施的选择,最终直接影响到工程总造价,因此工程勘察阶段应对场地及其附近的地下水进行详细的分析和评价。地下水对建筑材料的腐蚀性在空间分布上存在一定的地域性规律,根据工程实际情况,进行深入分析,发现和利用其变化规律,提出相应的对策,可有效减少防腐费用,提高经济效率。该文以曹妃甸现代产业发展试验区项目为例,对场地的地下水进行取样并及时进行化验分析。依据水质分析资料,判定主要腐蚀介质SO2-4、Cl-、Mg2+及总矿化度等对混凝土结构及混凝土结构中钢筋的腐蚀性,并分析其腐蚀性沿垂直方向和水平方向的变化规律。对在有腐蚀性地区进行的工程建设,可在不同部位采取不同的防腐措施。

2工程地质情况

曹妃甸现代产业发展试验区项目拟建场地地貌上属于滨海浅滩。地势较平坦,场地中部有一条南北走向河流,场地地下水埋深1.50~2.00m,地下水流向自西向东南。

3地下水赋存环境及水样采集

地下水对混凝土腐蚀程度决定于混凝土所处的地下水赋存环境和地下水中腐蚀性化学成分的含量两个方面。因此在评价地下水对混凝土结构及混泥土结构中钢筋的腐蚀性时,要查明地下水所赋存的环境,采集符合要求的水样进行水质分析。

3.1地下水赋存环境

试验区未发现影响场地稳定的地质构造。地下水赋存于第②层粉质黏土及以下土层中,属潜水类型,主要由大气降水补给,以蒸发形式排泄。根据调查,拟建场地附近区域的学校、居民区、餐馆产生的生活垃圾均及时运走对本地区不产生污染,亦未发现其它污染源。所以该区地下水的腐蚀性为自然因素产生的,具区域特征。

3.2水样采取

在试验区按网状均匀布置7个取水孔,每孔按地层每层取水一件,每孔取水样8件。钻探工作采用XY-130型钻机,跟管钻进。到取水位置后,采用提桶、活塞、水泵联合洗孔,洗井次数不少于3次,最后两次洗井单位涌水量差值不得大于10%,洗井结束后,孔底淤沙厚度不得大于1.5m;洗孔结束后要求准确测定静止水位。采样瓶选用50mL和500mL聚乙烯瓶,事先将其用去离子水清洗,取样时再用所采水样润洗3遍。因为侵蚀性CO2为不稳定成分,在取样时需加2~3g大理石粉稳定剂。

4地下水中腐蚀性介质在水平、垂直方向变化规律分析

判定地下水的腐蚀性变化规律,首先应分析地下水中各腐蚀介质的变化规律,然后分段判定其腐蚀性。地下水的简分析项目包括:SO2-4Mg2+NH+4、OH-、Cl-、总矿化度、侵蚀性CO2、PH值等。在拟建场地的7个取水钻孔中,取水试样56件,进行室内水质简分析试验。

4.1地下水中腐蚀性介质

在垂直方向变化规律为了直观反映地下水中主要腐蚀介质(SO2-4Mg2+Cl-、总矿化度)在深度方向的变化,将试验数据,绘制成各腐蚀介质含量随深度的变化曲线,见图1~4,根据曲线进行分析,找出其规律。地下水中各离子含量在垂直方向变化具如下规律:以Cl-、SO2-4为例:场地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;场地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。从大趋势看,地下水腐蚀介质含量随深度增加而减小,且与含水土层的性质有关。在渗透系数小的土层(粉质黏土),地下水中介质含量稀释的慢,含量较高;在渗透系数大的土层(砂层),地下水中介质含量稀释的快,含量较低。4.2地下水中腐蚀性介质在水平方向变化规律将各铅孔中同一深度的试样的试验数据绘制成腐蚀介质(Cl-、SO2-4)含量在水平方向的变化曲线,见图5、6,并分析其变化规律。按极差分析,在10m深度处,地下水中Cl-含量变化在29812.00~35608.80mg/L,平均值32602.97mg/L,极差5796.8mg/L,小于平均值的30%,为17.1%;在20m深度处,地下水中Cl-含量变化在12104.80~18124.50mg/L,平均值14161.01mg/L,极差6019.7mg/L,大于平均值的30%,为42.5%。在15.5m深度处由于含水土层性质相近,地下水中SO2-4离子在7件水中的含量为3858.4~4943.6mg/L,平均值4394.56mg/L,极差1085.2mg/L,小于平均值的30%;在20m深度处由于含水土层性质差异较大,7件水中的含量为2652.7~4581.9mg/L,平均值3532.14mg/L,极差1929.2mg/L,大于平均值的30%。地下水中各离子含量在水平方向变化具如下规律:性质相近土层中的地下水,其同一腐蚀介质含量在同一深度变化较小;性质相差较大土层中的地下水,其同一腐蚀介质含量在同一深度变化较大。渗透系数小的土层(如粉质黏土)介质含量高,渗透系数大的土层(如粉土、粉砂)介质含量低。这是因为细粒土阻滞与淋滤能力均不强,而使其地下水中腐蚀成分相对较高,而粗粒土中地下水,因粗粒土淋滤能力强,腐蚀成分稀释快,离子含量降低。

5地下水的腐蚀性规律分析

按地下水中各离子含量在垂直方向变化规律,地下水腐蚀性应根据地下水中介质含量随深度变化分段进行分析判定。场地环境类型按《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)附录G规定判别,属Ⅱ类。1)地下水对混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价结果:地下水在15.5m以上,Cl-含量在22855.8~36746.6mg/L,根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)12.2.4条及该规范12.2.4条文说明,应进行专门研究,以确定在长期浸水状态下地下水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性等级;在干湿交替状态下具强腐蚀性;地下水在15.5m以下Cl-含量在11672.4~19812mg/L,在长期浸水时具弱腐蚀性。2)按环境类型地下水对混凝土结构的腐蚀性评价。

6结语

通过对曹妃甸现代产业发展试验区项目地下水腐蚀性变化规律的分析研究,可以得出以下结论:

1)在没有明显污染源场地,地下水的腐蚀性在水平方向没有明显变化,只在地层变化处有变化;地下水的腐蚀介质含量,随深度增加而减小,地下水的腐蚀性强度随深度增加逐渐减弱。

2)在沿海地区,浅层地下水含盐量较高,影响深度15~20m,在对地下水腐蚀等级判定时应进行分层取样评价,对基础埋深较浅的建筑物基础,应按浅层水分析结果进行防腐设计,而下部地下水的腐蚀等级小于上部地下水的腐蚀等级,因此分层评价对地基基础的防腐设计和桩基础的桩型选择具有重要意义。

3)按地下水在不同深度处的腐蚀等级,可采用不同的防腐措施及施工工艺。4)地下水对混凝土结构的腐蚀性评价主要基于单因素考虑。然而影响混凝土腐蚀的因素很多,例如区域的自然环境、污染物性质、地质土层及其分布等。但多因素的腐蚀性评价并不多见。

参考文献

[1]GB50021-2001岩土工程勘察规范(2000年版)[2]GB50046-2008工业建筑防腐蚀设计规范

作者:苏志友 单位:中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司

勘察科学技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次