分区调查法在某核电厂厂前区地下水腐蚀性评价中的应用

麦华山，肖 波

(1. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663；2. 广东科诺勘测工程有限公司，广东 广州 510663)

0 引言

地下水的化学特征、来源及其腐蚀性研究是岩土工程勘察的重要工作内容[1-2]，而地下水的腐蚀性调查更是其中的重点，为后续基础防腐设计提供重要的设计参数[3]。地下水对建筑物的腐蚀主要表现为对混凝土的腐蚀及钢结构的锈蚀，地下水对混凝土的破坏作用是通过分解性侵蚀、结晶性侵蚀或分解、结晶复合性侵蚀作用进行的[4-5]，对钢结构的破坏作用主要为水中氯盐破坏钢结构表面的氧化膜而引起钢筋的锈蚀[6]。

在岩土工程勘察过程中，场地地下水腐蚀性的调查可分为垂直方向与水平方向上的调查[7]。对于含水层相对简单的地区，可采用抽取地下混合水的方法测定地下水的腐蚀性，对于地层分布复杂、含水层众多的地区, 应采取分层取水的方法测定地下水的腐蚀性[8-9]。对于场地占地面积较大，场地功能分区较多，场地跨越不同水文地质单元时，若简单以其中某一区域的地下水腐蚀性分析结果对场地进行评价，可能会造成评价结果偏高或偏低[10-11]，对后续的基础设计及施工造成资源的浪费，或带来安全隐患。因此，有必要根据场地的水文地质单元划分，结合场地上部建筑地段的功能分区，采取分区域采取地下水进行分析，根据分析结果对场地地下水进行腐蚀性分区评价[12-13]。

基于此，本文以某核电厂厂前区地下水腐蚀性调查为工程实例，通过采用分区调查的方法，对厂前区不同建筑物子项采取地下水进行腐蚀性分析，根据分析结果对整个场地地下水腐蚀性进行分区，为后续基础防腐设计提供针对性的设计参数。

1 工程应用

1.1 工程概况

该核电厂场地原始地貌主要为低山丘陵地貌及山前海陆交互沉积的平原，主厂区位于丘陵区，南侧临海，厂前区位于主厂区北侧，与核反应堆中心直线距离约400 m，原始地貌为海积平原区。厂前区占地面积约为645 m×375 m，主要包括综合办公楼、现场服务餐厅、模拟机培训中心、值班宿舍与武警营房等建筑物子项，厂前区总平面布置图如图1所示，其中值班宿舍区位于最西侧，与海域最近的直线距离约400 m。厂前区原始地貌为海积平原，原始地表高程2.0～3.0 m，场地上部覆盖层为从上到下为第四系海积砂土层、粘土层及残积层，下伏基岩为中—晚侏罗统热水洞组(J2-3r)流纹质熔结凝灰岩，场地已整平至16.5 m的厂平标高，回填层主要为厂址挖方区所产生的石料。厂前区地下水主要为潜水，赋存于场上部地填石层及砂土层中，其透水性能好，补给来源主要有大气降水、东侧丘陵地表迳流及下部基岩裂隙水侧向迳流补给，地下水流场主要受地形地貌控制，迳流方向由高处向四周低洼地带及海域潜流或运移，其次排泄于蒸发。地下水位高程一般1～3 m，丰水季节水位有所上升，枯水季节有所下降。根据场地水文地质调查成果，核电厂址设计基准洪水水位为6.97 m。

图1 厂前区总平面布置图

1.2 综合办公楼及模拟机培训中心区域地下水腐蚀性调查

2019年6～7月，对厂前区综合办公楼及现场服务餐厅区域进行勘察， 2020年3～4月，对厂前区模拟机培训中心区域进行勘察，取水按建筑物轮廓线自东向西布置于勘察场地内，地下水取水孔布置如图1所示，按环境类型为Ⅱ类，其水质简分析结果见表1所列。从表1的分析结果可看出，模拟机培训中心区域场地地下水在强透水层具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水及干湿交替环境下均具微腐蚀性，腐蚀介质为Cl-；综合办公楼区域场地地下水在强透水层中对混凝土结构具弱腐蚀性，腐蚀性介质为侵蚀性CO2，对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水及干湿交替环境下均具微腐蚀性，腐蚀介质为Cl-。

表1 综合办公楼及模拟机培训中心场地地下水腐蚀性分析成果表

1.3 值班宿舍等区域地下水腐蚀性调查

2020年5～6月，对厂前区一期工程值班宿舍、武警营房、消防站及安保楼区域进行勘察，由于值班宿舍区位于厂前区最西侧，其西侧与海域最近直线距离为400 m，勘察期间厂前区地下水位埋深10.9～13.9 m，为查明该区域地下水与海水的水力联系，于值班宿舍区布置7个水文观测孔，水文观测孔沿宿舍楼场地东向方向布置，场地北侧布置2个，中部布置3个，南侧布置2个，水文观测孔布置如图1所示，测线大致呈北东—南西走向，每条水文地质测线沿海域方向由远及近布置2～3个水位观测孔及取水孔，每天于海水涨潮及退潮期间观测孔内地下水位动态变化。由于武警营房、消防站及安保楼区域位于值班宿舍东侧，与海域相对较远，因此在此区域布置2排取水孔。水位观测期间正值南方雨季，为排除暴雨对水位观测数据的影响，暴雨期间不进行地下水位的观测。在半个月的地下水位观测期内，值班宿舍区地下水位埋深观测数据见表2所列。

表2 值班宿舍场地地下水位观测表m

从值班宿舍区域地下水位观测数据可看出，观测期间，海域每天最高潮位与最低潮位相差约1.0～1.5 m，而地下水位观测孔中水位变化幅度仅为0～0.1 m，可以看出场地地下水位没有随着海水涨落潮而发生明显的变动。根据以往经验，若场地地下水与海水存在较强的水力联系时，于海水涨退潮期间，地下水位会随之发生较大幅度变化。因此，仅仅从观测期间场地地下水的变化幅度看来，不能判断值班宿舍区域地下水与海水有明显的水力联系。

为进一步查明该区域地下水与海水的水力联系，对取水孔取采地下水进行水质简分析实验，为消除钻探用水对地下水的影响，在取水前均进行孔内抽水，待恢复正常水位24小时后再进行取水，值班宿舍区、武警营房、消防站及安保楼区域地下水腐蚀性分析结果见表3～表4所列。

表3 值班宿舍区域地下水腐蚀性分析成果表

表4 武警营房、消防站及安保楼区域地下水腐蚀性分析成果表

根据表3、表4数据分析，武警营房、消防站及安保楼区域地下水在强透水层中对混凝土结构具弱腐蚀性，腐蚀性介质为侵蚀性CO2，对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水及干湿交替条件下均具有微腐蚀性，腐蚀介质为Cl¯。

值班宿舍区域地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，腐蚀性介质为SO42¯及侵蚀性CO2；对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水环境下具微腐蚀性，在干湿交替环境下具中腐蚀性，腐蚀介质为Cl¯。从水化学成分与海水对比可知，值班宿舍区地下水Mg2＋、SO42¯含量相对较接近，其他指标与海水指标相差较大。根据现场调查，值班宿舍区厂平前为虾苗养殖场，引海水进行养殖，部分离子吸附于表层岩土层消散时间较慢，对地下水的水质有一定影响，再结合水位观测数据分析，值班宿舍区地下水与海水无明显水力联系，仅存在微弱的水力联系。

2 场地地下水腐蚀性分析

根据对以上区域地下水腐蚀性调查与分析结果，对厂前区各建筑子项地下水腐蚀性进行分区。由于地下水取水孔按建筑轮廓布置，分区取水，其腐蚀性分析结果可代表所对应的取水区域，根据GB50021—2001《岩土工程勘察规范( 2009版)》第12.2.3条，分区地下水腐蚀性综合评价结果参考该区域腐蚀性等级最高的取水孔分析成果，考虑到不同建筑物之间仅为空地，因此厂前区地下水腐蚀性分区以各建筑物围墙为分界。基于上述划分原则，厂前区模拟机培训中心地下水腐蚀性分区为微腐蚀区；综合办公楼及服务餐厅、武警营房、消防站及安保楼区域地下水腐蚀性划分为弱腐蚀区域；值班宿舍区域地下水腐蚀性应划分为中等腐蚀区。由于核电厂址设计基准洪水水位为6.97 m，厂平标高为16.5 m，核电厂址海岸沿线区域将建立防波堤及排洪沟，加之值班宿舍区地下水与海水联系不明显，因些核电厂服役期内即使出现百年一遇洪水位，其影响范围有限，海水的影响范围也难以涉及至值班宿舍楼东侧北腐蚀区域，总体来说，厂前区地下水腐蚀性分区具有一定的裕度。综上所述，厂前区地下水腐蚀性区划图如图2所示。

图2 厂前区地下水腐蚀性区划图

3 结语

由于核电厂占地面积广，建筑功能分区复杂，且建设周期漫长，不同建筑子项的勘察、设计及施工在时间及空间上不重合，而地下水腐蚀性分区调查和评价与核电厂动态设计及施工的工程理念完美契合。对于本项目，若设计人员仅以办公楼区域或是值班宿舍区域的地下水腐蚀性评价结果作为厂前区整体基础防腐设计参数输入，这将使得设计参数偏低或偏高，从而导致部分区域产生安全隐患或工程量的浪费。本文采用分区调查的方法，根据不同区域的地下水腐蚀性分析结果绘制总体场地腐蚀性区划图，为场地不同区域建筑物子项的防腐设计提供了明晰的设计输入，为工程建设风险的控制及设计的优化提供了技术支持。