某場地地下水腐蝕性變化規律分析范文

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《勘察科學技術》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行水質分析。根據水質分析結果，判定淺層地下水中Cl－、SO2－4、Mg2+、總礦化度等腐蝕介質對混凝土結構及混凝土結構中鋼筋的腐蝕性，并分析腐蝕性沿垂直方向及水平方向的變化規律，對地下工程的防腐設計和計算具有指導意義。

關鍵詞：地下潛水腐蝕介質；深度；腐蝕評價

1引言

隨著城市建設的高速發展，特別是高層建筑的大量興建，地下水的水質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弱直接影響到工程設計對水泥類型、基礎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對場地及其附近的地下水進行詳細的分析和評價。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律，根據工程實際情況，進行深入分析，發現和利用其變化規律，提出相應的對策，可有效減少防腐費用，提高經濟效率。該文以曹妃甸現代產業發展試驗區項目為例，對場地的地下水進行取樣并及時進行化驗分析。依據水質分析資料，判定主要腐蝕介質SO2－4、Cl－、Mg2+及總礦化度等對混凝土結構及混凝土結構中鋼筋的腐蝕性，并分析其腐蝕性沿垂直方向和水平方向的變化規律。對在有腐蝕性地區進行的工程建設，可在不同部位采取不同的防腐措施。

2工程地質情況

曹妃甸現代產業發展試驗區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境和地下水中腐蝕性化學成分的含量兩個方面。因此在評價地下水對混凝土結構及混泥土結構中鋼筋的腐蝕性時，要查明地下水所賦存的環境，采集符合要求的水樣進行水質分析。

3.1地下水賦存環境

試驗區未發現影響場地穩定的地質構造。地下水賦存于第②層粉質黏土及以下土層中，屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發形式排泄。根據調查，擬建場地附近區域的學校、居民區、餐館產生的生活垃圾均及時運走對本地區不產生污染，亦未發現其它污染源。所以該區地下水的腐蝕性為自然因素產生的，具區域特征。

3.2水樣采取

在試驗區按網狀均勻布置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，跟管鉆進。到取水位置后，采用提桶、活塞、水泵聯合洗孔，洗井次數不少于3次，最后兩次洗井單位涌水量差值不得大于10%，洗井結束后，孔底淤沙厚度不得大于1.5m;洗孔結束后要求準確測定靜止水位。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為不穩定成分，在取樣時需加2～3g大理石粉穩定劑。

4地下水中腐蝕性介質在水平、垂直方向變化規律分析

判定地下水的腐蝕性變化規律，首先應分析地下水中各腐蝕介質的變化規律，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，進行室內水質簡分析試驗。

4.1地下水中腐蝕性介質

在垂直方向變化規律為了直觀反映地下水中主要腐蝕介質(SO2－4Mg2+Cl－、總礦化度)在深度方向的變化，將試驗數據，繪制成各腐蝕介質含量隨深度的變化曲線，見圖1～4，根據曲線進行分析，找出其規律。地下水中各離子含量在垂直方向變化具如下規律: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，地下水腐蝕介質含量隨深度增加而減小，且與含水土層的性質有關。在滲透系數小的土層(粉質黏土)，地下水中介質含量稀釋的慢，含量較高;在滲透系數大的土層(砂層)，地下水中介質含量稀釋的快，含量較低。4.2地下水中腐蝕性介質在水平方向變化規律將各鉛孔中同一深度的試樣的試驗數據繪制成腐蝕介質(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律:性質相近土層中的地下水，其同一腐蝕介質含量在同一深度變化較小;性質相差較大土層中的地下水，其同一腐蝕介質含量在同一深度變化較大。滲透系數小的土層(如粉質黏土)介質含量高，滲透系數大的土層(如粉土、粉砂)介質含量低。這是因為細粒土阻滯與淋濾能力均不強，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，腐蝕成分稀釋快，離子含量降低。

5地下水的腐蝕性規律分析

按地下水中各離子含量在垂直方向變化規律，地下水腐蝕性應根據地下水中介質含量隨深度變化分段進行分析判定。場地環境類型按《巖土工程勘察規范》(GB50021－2001)(2009年版)附錄G規定判別，屬Ⅱ類。1)地下水對混凝土結構中鋼筋的腐蝕性評價結果:地下水在15.5m以上，Cl－含量在22855.8～36746.6mg/L，根據《巖土工程勘察規范》(GB50021－2001)(2009年版)12.2.4條及該規范12.2.4條文說明，應進行專門研究，以確定在長期浸水狀態下地下水對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性等級;在干濕交替狀態下具強腐蝕性;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)按環境類型地下水對混凝土結構的腐蝕性評價。

6結語

通過對曹妃甸現代產業發展試驗區項目地下水腐蝕性變化規律的分析研究，可以得出以下結論:

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;地下水的腐蝕介質含量，隨深度增加而減小，地下水的腐蝕性強度隨深度增加逐漸減弱。

2)在沿海地區，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進行分層取樣評價，對基礎埋深較淺的建筑物基礎，應按淺層水分析結果進行防腐設計，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的防腐設計和樁基礎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)地下水對混凝土結構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，例如區域的自然環境、污染物性質、地質土層及其分布等。但多因素的腐蝕性評價并不多見。

參考文獻

［1］GB50021－2001巖土工程勘察規范(2000年版)［2］GB50046－2008工業建筑防腐蝕設計規范

作者：蘇志友 單位：中勘冶金勘察設計研究院有限責任公司