分區調查法在某核電廠廠前區地下水腐蝕性評價中的應用

麥華山，肖 波

(1. 中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，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容[1-2]，而地下水的腐蝕性調查更是其中的重點，為后續基礎防腐設計提供重要的設計參數[3]。地下水對建筑物的腐蝕主要表現為對混凝土的腐蝕及鋼結構的銹蝕，地下水對混凝土的破壞作用是通過分解性侵蝕、結晶性侵蝕或分解、結晶復合性侵蝕作用進行的[4-5]，對鋼結構的破壞作用主要為水中氯鹽破壞鋼結構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查可分為垂直方向與水平方向上的調查[7]。對于含水層相對簡單的地區，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, 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，場地功能分區較多，場地跨越不同水文地質單元時，若簡單以其中某一區域的地下水腐蝕性分析結果對場地進行評價，可能會造成評價結果偏高或偏低[10-11]，對后續的基礎設計及施工造成資源的浪費，或帶來安全隱患。因此，有必要根據場地的水文地質單元劃分，結合場地上部建筑地段的功能分區，采取分區域采取地下水進行分析，根據分析結果對場地地下水進行腐蝕性分區評價[12-13]。

基于此，本文以某核電廠廠前區地下水腐蝕性調查為工程實例，通過采用分區調查的方法，對廠前區不同建筑物子項采取地下水進行腐蝕性分析，根據分析結果對整個場地地下水腐蝕性進行分區，為后續基礎防腐設計提供針對性的設計參數。

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，主廠區位于丘陵區，南側臨海，廠前區位于主廠區北側，與核反應堆中心直線距離約400 m，原始地貌為海積平原區。廠前區占地面積約為645 m×375 m，主要包括綜合辦公樓、現場服務餐廳、模擬機培訓中心、值班宿舍與武警營房等建筑物子項，廠前區總平面布置圖如圖1所示，其中值班宿舍區位于最西側，與海域最近的直線距離約400 m。廠前區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—晚侏羅統熱水洞組(J2-3r)流紋質熔結凝灰巖，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所產生的石料。廠前區地下水主要為潛水，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、東側丘陵地表逕流及下部基巖裂隙水側向逕流補給，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。地下水位高程一般1～3 m，豐水季節水位有所上升，枯水季節有所下降。根據場地水文地質調查成果，核電廠址設計基準洪水水位為6.97 m。

圖1 廠前區總平面布置圖

1.2 綜合辦公樓及模擬機培訓中心區域地下水腐蝕性調查

2019年6～7月，對廠前區綜合辦公樓及現場服務餐廳區域進行勘察， 2020年3～4月，對廠前區模擬機培訓中心區域進行勘察，取水按建筑物輪廓線自東向西布置于勘察場地內，地下水取水孔布置如圖1所示，按環境類型為Ⅱ類，其水質簡分析結果見表1所列。從表1的分析結果可看出，模擬機培訓中心區域場地地下水在強透水層具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水及干濕交替環境下均具微腐蝕性，腐蝕介質為Cl-；綜合辦公樓區域場地地下水在強透水層中對混凝土結構具弱腐蝕性，腐蝕性介質為侵蝕性CO2，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水及干濕交替環境下均具微腐蝕性，腐蝕介質為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 值班宿舍等區域地下水腐蝕性調查

2020年5～6月，對廠前區一期工程值班宿舍、武警營房、消防站及安保樓區域進行勘察，由于值班宿舍區位于廠前區最西側，其西側與海域最近直線距離為400 m，勘察期間廠前區地下水位埋深10.9～13.9 m，為查明該區域地下水與海水的水力聯系，于值班宿舍區布置7個水文觀測孔，水文觀測孔沿宿舍樓場地東向方向布置，場地北側布置2個，中部布置3個，南側布置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地下水位動態變化。由于武警營房、消防站及安保樓區域位于值班宿舍東側，與海域相對較遠，因此在此區域布置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據的影響，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，值班宿舍區地下水位埋深觀測數據見表2所列。

表2 值班宿舍場地地下水位觀測表m

從值班宿舍區域地下水位觀測數據可看出，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生明顯的變動。根據以往經驗，若場地地下水與海水存在較強的水力聯系時，于海水漲退潮期間，地下水位會隨之發生較大幅度變化。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域地下水與海水有明顯的水力聯系。

為進一步查明該區域地下水與海水的水力聯系，對取水孔取采地下水進行水質簡分析實驗，為消除鉆探用水對地下水的影響，在取水前均進行孔內抽水，待恢復正常水位24小時后再進行取水，值班宿舍區、武警營房、消防站及安保樓區域地下水腐蝕性分析結果見表3～表4所列。

表3 值班宿舍區域地下水腐蝕性分析成果表

表4 武警營房、消防站及安保樓區域地下水腐蝕性分析成果表

根據表3、表4數據分析，武警營房、消防站及安保樓區域地下水在強透水層中對混凝土結構具弱腐蝕性，腐蝕性介質為侵蝕性CO2，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水及干濕交替條件下均具有微腐蝕性，腐蝕介質為Clˉ。

值班宿舍區域地下水對混凝土結構具弱腐蝕性，腐蝕性介質為SO42ˉ及侵蝕性CO2；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在長期浸水環境下具微腐蝕性，在干濕交替環境下具中腐蝕性，腐蝕介質為Clˉ。從水化學成分與海水對比可知，值班宿舍區地下水Mg2＋、SO42ˉ含量相對較接近，其他指標與海水指標相差較大。根據現場調查，值班宿舍區廠平前為蝦苗養殖場，引海水進行養殖，部分離子吸附于表層巖土層消散時間較慢，對地下水的水質有一定影響，再結合水位觀測數據分析，值班宿舍區地下水與海水無明顯水力聯系，僅存在微弱的水力聯系。

2 場地地下水腐蝕性分析

根據對以上區域地下水腐蝕性調查與分析結果，對廠前區各建筑子項地下水腐蝕性進行分區。由于地下水取水孔按建筑輪廓布置，分區取水，其腐蝕性分析結果可代表所對應的取水區域，根據GB50021—2001《巖土工程勘察規范( 2009版)》第12.2.3條，分區地下水腐蝕性綜合評價結果參考該區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，因此廠前區地下水腐蝕性分區以各建筑物圍墻為分界。基于上述劃分原則，廠前區模擬機培訓中心地下水腐蝕性分區為微腐蝕區；綜合辦公樓及服務餐廳、武警營房、消防站及安保樓區域地下水腐蝕性劃分為弱腐蝕區域；值班宿舍區域地下水腐蝕性應劃分為中等腐蝕區。由于核電廠址設計基準洪水水位為6.97 m，廠平標高為16.5 m，核電廠址海岸沿線區域將建立防波堤及排洪溝，加之值班宿舍區地下水與海水聯系不明顯，因些核電廠服役期內即使出現百年一遇洪水位，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北腐蝕區域，總體來說，廠前區地下水腐蝕性分區具有一定的裕度。綜上所述，廠前區地下水腐蝕性區劃圖如圖2所示。

圖2 廠前區地下水腐蝕性區劃圖

3 結語

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