巖土工程勘察腐蝕性分析評價

巖土工程勘察腐蝕性分析評價摘要：本文通過對結合220kV陳雙變電站工程巖土層腐蝕性方面的事故分析及討論，評價主要影響因素的分析及論證，總結了相關工作經驗、巖土層腐蝕性綜合評價的方法和步驟并提出了一些合理的觀點或建議，有助于提高工作敏感度，把握規(guī)范條文的正確內涵，對今后有關這方面工作的統(tǒng)一認識和提高具有一定的實際意義。其次對廣西黑色頁巖腐蝕性問題做總結，進一步提高了地區(qū)巖土工程勘察行業(yè)對廣西黑色頁巖腐蝕性的認知。關鍵詞：巖土工程勘察；腐蝕性分析；評價腐蝕性評價是巖土工程勘察的重要內容之一。有些地方標準規(guī)定，巖土工程的腐蝕性，應采取土層和水試樣，查明地下水和土的腐蝕性；而現(xiàn)行國家標準《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)（2009年版）明確規(guī)定,當有足夠經驗或充分資料認定工程場地的土和水對建筑材料不具腐蝕性時，可以不取樣進行腐蝕性評價，否則，均應采取水和土試樣進行試驗并按規(guī)定評定其對建筑材料的腐蝕性。1、工程概況1.1概述220kV陳雙變電站（現(xiàn)用名）擬建于廣西壯族自治區(qū)河池市環(huán)江毛南族自治縣。擬建站址位縣城西北約6.0km的陳雙村西北側的緩丘上，站址東南距離陳雙小學約150m，距離陳雙村約350m，站址東側緊挨著縣城至洛陽鎮(zhèn)的省道S205，交通較便利。工程規(guī)模：1）主變壓器：本期1×180MVA，最終3×180MVA。2）電壓等級：220kV，110kV，10kV。3）各級電壓出線回路數(shù)：a）220kV：終期8回，本期2回。b）110kV：終期14回，本期5回。c）10kV：終期36回，本期10回。初步確定本變電站建(構)筑物結構型式及底部荷載標準值：1）戶外配電裝置其結構和荷載如下：220kV構架高14.5m，為A型構架，鋼環(huán)形桿，鋼橫梁，剛性杯口基礎，基礎埋深約2.0m。構架根開為3.4m，橫梁每相拉力約15kN～30kN。110kV構架高10.5m，為A型構架，預制環(huán)形鋼筋混凝土柱，鋼橫梁，剛性杯口基礎，基礎埋深約2.0m。構架根開為2.4m，橫梁每相拉力約10kN～20kN。2）主控制摟：二層框架結構建筑物，建筑物高度約7.5m，獨立柱基最大荷載1500kN，基礎埋深約2.0米。3）站址場地擬定標高為260.00m～261.25m。1.2勘察過程2011年11月，我公司完成了220kV環(huán)江變電站工程（原名）初步設計階段巖土工程勘察報告。在勘察過程中取了一組水樣、一組土樣進行腐蝕性分析實驗，水樣是低洼地段的鉆孔中的地表匯水（PH值為4.76），土樣為挖方區(qū)坡地地段黃色、灰黃色的黏土及全風化頁巖混合土（PH值為4.57）。初勘報告的結論為：場地地下水對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性；場地土對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性，場地土對鋼結構具微腐蝕性～弱腐蝕性。2019年3月，我公司完成了220kV陳雙變電站工程施工圖設計階段巖土工程勘察報告。因初勘時已進行腐蝕性分析實驗，施工圖勘察時主要引用了初勘的腐蝕性分析成果，結論為：場地地下水對混凝土結構有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋有微腐蝕性；場地土對混凝土結構有弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋有微腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性。2021年施工單位在施工過程中發(fā)現(xiàn)鍍鋅接地被腐蝕，在場地四角及中點取5個土樣，在東北側棄土區(qū)下方的排水溝中取2組水樣，進行腐蝕性分析實驗，2021年9月2日廣西土木勘察檢測治理有限公司提交了本次的腐蝕性分析報告，報告顯示大部分土樣及水樣對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中鋼筋及鋼結構具有較強的腐蝕性。2021年9月4日～5日，我公司技術員重新在站址取樣，取樣點分布如圖1.2-1。其中水樣：SY1為雨水，SY2為北側水坑（有小沖溝水匯入），SY3為西側的大水塘（離站址約400m）。土樣：TY1（挖方區(qū)黑色）、TY2（挖方區(qū)黑色）為110KV構架區(qū)，TY3（挖填交界處灰色）、TY4（填方區(qū)灰黑色）、TY5（填方區(qū)灰黃色）為220KV構架區(qū)，TY6、TY7為站外挖方邊坡處（灰黃色）。2、站址工程地質條件2.1地形地貌條件擬建站址位于環(huán)江毛南族自治縣陳雙村西北側，站址區(qū)屬丘陵地貌，微地貌單元為丘梁及丘間谷地，丘梁呈渾圓狀或長條狀，丘頂高程261.5m～271.6m，坡度10°～20°，局部達30°，主要種植有砂糖橘、桉樹、松樹及杉樹等；山丘之間谷地較為平緩，高程245m～252m，種植有油茶、桑樹、水稻、青菜等農作物。2.2地基巖土分布特征根據(jù)鉆孔揭露及現(xiàn)場地質調查，站址區(qū)的上覆土層為第四系耕表土層（Qm）和第四系殘坡積層（Qsl+el）粉質黏土、黏土，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)巖關階上段（C1y2）頁巖，局部夾泥灰?guī)r或砂巖。各巖土層特性如下：2.2.1耕表土層（Qm）耕表土①：褐色、灰褐色，呈濕～稍濕，松散狀，主要成分為黏土、粉質黏土，土質不均勻，多含有植物根系，局部混有植物碎屑，層厚0.3m～0.6m，除局部基坑路開挖時被清除外，其余地段均有分布。2.2.2第四系殘坡積層（Qsl+el）a)粉質黏土②1：褐色、灰褐色，濕，軟塑狀，粘性一般，切面略顯光滑，韌性中等，土質較均勻。層厚1.9m，僅在SSY03號鉆孔揭露，分布于場地外北東側水田。b)粉質黏土②2：淺灰色、褐色、黃褐色等，稍濕～濕，可塑狀，土質較均一，切面略顯光滑，粘性一般～較好，韌性中等，失水后干強度較高。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)6擊。主要分布于場址區(qū)局部地勢低洼地段，僅在CK04、SSY03、SSY05、SY04、SK29號鉆孔揭露，分布范圍較小。層厚0.5m～3.1m，平均厚度1.70m。c)黏土③：灰黃色、黃褐色、褐色及紫灰色等，稍濕，硬塑狀為主，局部地勢較低處呈硬可塑狀，土質較均一，切面光滑，粘性較好，韌性較高，巖芯失水后干強度較高。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)范圍7擊～16擊，平均9.0擊。主要分布于山丘坡面，站址區(qū)內絕大部分地段均有分布，層厚0.3m～3.6m，平均厚度1.61m。2.2.3石炭系下統(tǒng)巖關階上段（C1y2）巖性以頁巖為主，局部夾泥灰?guī)r或砂巖，薄層狀為主，本次勘探深度范圍內按風化程度劃分為3個層次：a)全風化頁巖④層：灰黃色、淺灰色、灰黑色等，巖體已基本風化呈土狀，局部可見原巖層理結構，完整性極差，可沖擊鉆進，巖芯呈土柱狀，局部夾少量強風化巖塊。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)范圍16擊～29擊，平均22.5擊。該層在站址區(qū)內大部分地段有分布，鉆探揭露層厚0.6m～3.2m，平均厚度1.94m。b)強風化頁巖⑤層：灰黃色、淺灰色、灰黑色、黑色等，薄層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體很破碎，完整性差，需用水鉆，巖芯呈碎塊狀、土餅狀、片狀，手用力可折斷，屬極軟巖。SK01、SK05、SK16、SK18、SK24、SK25、SK26鉆孔夾泥灰?guī)r，主要分布于站址西北側及西角部，分布范圍較小，強風化泥灰?guī)r巖芯多呈塊狀，相對較硬，屬軟巖。總體上，巖體基本質量等級為Ⅴ級。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)范圍38擊～52擊，平均43.42擊。該層在整個站址區(qū)均有分布，鉆探揭露層厚1.1m～7.5m，平均厚度3.42m。c)中等風化頁巖⑥層：灰黑色、黑色，薄層狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，需采用水鉆，取芯呈塊狀、片狀、短柱狀及柱狀，用手不易折斷，錘擊易碎，日曬見裂紋，敲擊多沿層面裂開，屬軟巖。SK01、SK05、SK16、SK18、SK24、SK25、SK26鉆孔夾泥灰?guī)r，主要分布于站址西北側及西角部，分布范圍較小，中等風化泥灰?guī)r相對較硬，屬較軟巖。SK04、SK14、SK26鉆孔局部夾砂巖，夾層厚度一般在10cm～30cm之間，中等風化砂巖巖質堅硬，屬較硬巖?？傮w上，巖體基本質量等級為Ⅳ級。該層在整個站址區(qū)均有分布，層厚未揭穿，鉆探揭露基巖頂面埋深3.9m～10.7m，對應高程為237.61m～265.74m。2.3地表水及地下水地表水：站址區(qū)位于丘陵緩坡，地勢相對較高，地表水容易沿坡面匯入東北及西南兩側低洼地帶，最后流入大環(huán)江支流。地下水：站址區(qū)地下水主要為土層孔隙水和基巖裂隙水。土層孔隙水主要分布于上覆松散土層中，為上層滯水，主要受大氣降水下滲補給，土層為弱透水性土層，水量相對較小，不能形成穩(wěn)定水位；基巖裂隙水分布于基巖裂隙中，由于下伏基巖為頁巖等弱透水性巖層，水量貧乏，地下水的補給來源主要靠大氣降水，水位隨季節(jié)變化。站址區(qū)鉆孔揭露穩(wěn)定地下水位埋深1.10m～9.00m，埋藏標高242.31m～251.30m，地下水位年變幅2m～3m。3、腐蝕性試驗成果3.1水的腐蝕性水腐蝕性試驗成果評價見表3.1-1。表3.1-1水腐蝕性評價表腐蝕性評價類別場地條件腐蝕介質初勘水樣SY1（雨水）SY2（近站址）SY3（遠站址）水對混凝土結構環(huán)境類型按Ⅱ類考慮名稱單位含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性硫酸鹽SO42-mg／L21.4微2.33微460.99弱144.15微鎂鹽Mg2+mg／L2.12微0.19微19.60微8.09微銨鹽含量NH4+mg／L0.2微2.60微1.58微0.90微苛性堿OH-mg／L0.00微0.00微0.00微0.00微總礦化度mg／L71.87微75微659微235微地層滲透性B孔隙水按弱透水層考慮pH值4.76弱6.68微3.21強4.54弱侵蝕性CO2mg／L16.17微0.84微0.00微1.58微水對鋼筋混凝土結構中鋼筋干濕交替水中的CL-mg／L2.12微16.10微8.50微17.49微根據(jù)上表腐蝕性評價結果為:初勘水樣和離站址較遠地段的水塘地表水SY3對混凝土結構具弱腐蝕性，腐蝕性介質為PH值，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性；站址區(qū)雨水腐蝕性為微；站址北側水塘地表水SY2對混凝土結構具強腐蝕性，腐蝕性介質主要為PH值，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。3.2土腐蝕性土腐蝕性試驗成果見表3.2-1。表3.2-1場地土腐蝕性評價表腐蝕性評價類別場地條件腐蝕介質初勘土樣TY1(挖方區(qū)黑色頁巖碎塊)TY2(挖方區(qū)黑色頁巖碎塊)TY3(挖填交界處黑色、黃色頁巖混雜)TY4(填方區(qū)黑色頁巖碎塊為主)TY5（填土區(qū)，黃色頁巖、黏土為主）TY6（站外附近黃色頁巖、黏土為主）TY7（站外附近黃色頁巖、黏土為主）名稱單位含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性含量腐蝕性土對混凝土結構環(huán)境類型按Ⅱ類考慮硫酸鹽SO42-mg／kg135微5641強6454強7352強7159強596弱334弱203弱鎂鹽Mg2+mg／kg2微209微262微334微392微46微7微7微總礦化度mg／kg10200微16370弱23380弱21330弱1080微320210微弱透水土層pH值4.57弱2.96強2.70強2.71強2.97強5.25微4.91弱4.88弱土對鋼筋混凝土結構中鋼筋A類土中的CL-mg／kg13微215微0微0微0微5微5微5微土對鋼結構pH值4.57弱2.96強2.70強2.71強2.97強5.25弱4.91弱4.88弱根據(jù)上表腐蝕性評價結果為:初勘土樣和TY5、TY6及TY7對混凝土結構具弱腐蝕性，腐蝕性介質為PH值及硫酸鹽，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性，腐蝕性介質為PH值；TY1、TY2、TY3及TY4對混凝土結構具強腐蝕性，腐蝕性介質主要為PH值及硫酸鹽，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有強腐蝕性，腐蝕性介質為PH值。4、資料收集從各次取樣結果分析，場地主要地層中，上部黃色的黏土層、全風化砂巖、頁巖與下部黑色頁巖的腐蝕性相差較大，場地土腐蝕性差異較大，性狀復雜。為了能盡快充分了解該場地腐蝕性異常的特性，收集了不少資料。經查閱，發(fā)現(xiàn)前人對廣西寒武系清溪組黑色頁巖水巖化學作用做了不少的研究，并取得豐富的研究成果。黑色頁巖因富含有機物和分散狀黃鐵礦等硫化礦物，在地表或近地表富氧環(huán)境下，與水作用可形成侵蝕性酸性水和一系列影響巖體工程性質的風化產物（巫錫勇等，2001，2008；彭渤等，2005；Liaoetal.，2012)）。其化學風化過程主要體現(xiàn)在以黃鐵礦為代表的硫化礦物氧化作用上，黑色頁巖中的黃鐵礦接觸空氣和水發(fā)生氧化反應，產生大量的SO42?、H+離子，該研究成果與場地土層腐蝕性特征基本一致。5、腐蝕性分析及論證a）TY5為站內灰黃色的填土層，成分主要為黏土混夾砂巖、頁巖；TY6及TY7位于站址周邊的挖方邊坡，成分為黏土及全風化砂巖、頁巖，均具有弱腐蝕性。本項目初勘在挖方區(qū)坡地地段取了黃色、灰黃色的黏土及全風化砂頁巖混合土進行腐蝕性分析，腐蝕性評價結果和本次取樣TY5、TY6及TY7基本一致，具有弱腐蝕性。黏土及全風化的頁巖經過漫長的風化時間過程，地表水及地下水已經將巖土層內的SO42?、H+離子稀釋，導致變電站及周邊上部黃色的黏土層及全風化的砂頁巖層具有弱腐蝕性。b)根據(jù)三次取樣的結果顯示，土的腐蝕性為強的土樣（TY1、TY2、TY3及TY4），取土的位置有挖方區(qū)，有填方區(qū)，但所取的土均為黑色的頁巖碎塊，表明黑色頁巖為場地強腐蝕性源，黑色頁巖對混凝土結構具強腐蝕性，腐蝕性介質主要為PH值及硫酸鹽，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具有強腐蝕性，腐蝕性介質為PH值。c)施工單位取的水樣位于黑色頁巖棄土區(qū)下部的排水溝，本次水樣SY2位于該棄土區(qū)的下游，黑色頁巖裸露于地表發(fā)生氧化反應，SO42?、H+離子溶解于地表水中，造成排水溝及下游地表水中硫酸鹽含量較大，PH值較低，具有較強的腐蝕性；2011年初勘水樣取于鉆孔中，頁巖及黏土透水性差，鉆孔內水位基本未變，鉆孔水不流動，將黑色頁巖與空氣隔絕，導致黃鐵礦氧化反應變慢，且未長時間浸泡于黑色頁巖中，故該水樣對混凝土結構具弱腐蝕性；地表水SY3離站址較遠，未經過裸露于地表的黑色頁巖，故該水樣對混凝土結構具弱腐蝕性。d)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)鍍鋅接地放置于黑色頁巖地表或淺埋段出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象，而深埋于地下或不與黑色頁巖接觸的鍍鋅接地基本未被腐蝕，進一步說明了黑色頁巖與空氣隔絕，阻礙了黃鐵礦氧化反應，從而沒有SO42?、H+離子產生，腐蝕性變弱。5、結論本文通過對220kV陳雙變電站工程巖土層腐蝕性事件過程及主要因素的分析及討論，總結以下三個觀點：一、初設階段水、土腐蝕性已很接近中等腐蝕性，但施工圖階段直接引用了初設的成果，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大異常時，應在下一個階段進一步補充取樣核實。二、在國家標準《巖土工程勘察規(guī)范》(GB