岩土工程勘察腐蚀性分析评价

岩土工程勘察腐蚀性分析评价摘要：本文通过对结合220kV陈双变电站工程岩土层腐蚀性方面的事故分析及讨论，评价主要影响因素的分析及论证，总结了相关工作经验、岩土层腐蚀性综合评价的方法和步骤并提出了一些合理的观点或建议，有助于提高工作敏感度，把握规范条文的正确内涵，对今后有关这方面工作的统一认识和提高具有一定的实际意义。其次对广西黑色页岩腐蚀性问题做总结，进一步提高了地区岩土工程勘察行业对广西黑色页岩腐蚀性的认知。关键词：岩土工程勘察；腐蚀性分析；评价腐蚀性评价是岩土工程勘察的重要内容之一。有些地方标准规定，岩土工程的腐蚀性，应采取土层和水试样，查明地下水和土的腐蚀性；而现行国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)（2009年版）明确规定,当有足够经验或充分资料认定工程场地的土和水对建筑材料不具腐蚀性时，可以不取样进行腐蚀性评价，否则，均应采取水和土试样进行试验并按规定评定其对建筑材料的腐蚀性。1、工程概况1.1概述220kV陈双变电站（现用名）拟建于广西壮族自治区河池市环江毛南族自治县。拟建站址位县城西北约6.0km的陈双村西北侧的缓丘上，站址东南距离陈双小学约150m，距离陈双村约350m，站址东侧紧挨着县城至洛阳镇的省道S205，交通较便利。工程规模：1）主变压器：本期1×180MVA，最终3×180MVA。2）电压等级：220kV，110kV，10kV。3）各级电压出线回路数：a）220kV：终期8回，本期2回。b）110kV：终期14回，本期5回。c）10kV：终期36回，本期10回。初步确定本变电站建(构)筑物结构型式及底部荷载标准值：1）户外配电装置其结构和荷载如下：220kV构架高14.5m，为A型构架，钢环形杆，钢横梁，刚性杯口基础，基础埋深约2.0m。构架根开为3.4m，横梁每相拉力约15kN～30kN。110kV构架高10.5m，为A型构架，预制环形钢筋混凝土柱，钢横梁，刚性杯口基础，基础埋深约2.0m。构架根开为2.4m，横梁每相拉力约10kN～20kN。2）主控制搂：二层框架结构建筑物，建筑物高度约7.5m，独立柱基最大荷载1500kN，基础埋深约2.0米。3）站址场地拟定标高为260.00m～261.25m。1.2勘察过程2011年11月，我公司完成了220kV环江变电站工程（原名）初步设计阶段岩土工程勘察报告。在勘察过程中取了一组水样、一组土样进行腐蚀性分析实验，水样是低洼地段的钻孔中的地表汇水（PH值为4.76），土样为挖方区坡地地段黄色、灰黄色的黏土及全风化页岩混合土（PH值为4.57）。初勘报告的结论为：场地地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性；场地土对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，场地土对钢结构具微腐蚀性～弱腐蚀性。2019年3月，我公司完成了220kV陈双变电站工程施工图设计阶段岩土工程勘察报告。因初勘时已进行腐蚀性分析实验，施工图勘察时主要引用了初勘的腐蚀性分析成果，结论为：场地地下水对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性；场地土对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。2021年施工单位在施工过程中发现镀锌接地被腐蚀，在场地四角及中点取5个土样，在东北侧弃土区下方的排水沟中取2组水样，进行腐蚀性分析实验，2021年9月2日广西土木勘察检测治理有限公司提交了本次的腐蚀性分析报告，报告显示大部分土样及水样对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋及钢结构具有较强的腐蚀性。2021年9月4日～5日，我公司技术员重新在站址取样，取样点分布如图1.2-1。其中水样：SY1为雨水，SY2为北侧水坑（有小冲沟水汇入），SY3为西侧的大水塘（离站址约400m）。土样：TY1（挖方区黑色）、TY2（挖方区黑色）为110KV构架区，TY3（挖填交界处灰色）、TY4（填方区灰黑色）、TY5（填方区灰黄色）为220KV构架区，TY6、TY7为站外挖方边坡处（灰黄色）。2、站址工程地质条件2.1地形地貌条件拟建站址位于环江毛南族自治县陈双村西北侧，站址区属丘陵地貌，微地貌单元为丘梁及丘间谷地，丘梁呈浑圆状或长条状，丘顶高程261.5m～271.6m，坡度10°～20°，局部达30°，主要种植有砂糖橘、桉树、松树及杉树等；山丘之间谷地较为平缓，高程245m～252m，种植有油茶、桑树、水稻、青菜等农作物。2.2地基岩土分布特征根据钻孔揭露及现场地质调查，站址区的上覆土层为第四系耕表土层（Qm）和第四系残坡积层（Qsl+el）粉质黏土、黏土，下伏基岩为石炭系下统岩关阶上段（C1y2）页岩，局部夹泥灰岩或砂岩。各岩土层特性如下：2.2.1耕表土层（Qm）耕表土①：褐色、灰褐色，呈湿～稍湿，松散状，主要成分为黏土、粉质黏土，土质不均匀，多含有植物根系，局部混有植物碎屑，层厚0.3m～0.6m，除局部基坑路开挖时被清除外，其余地段均有分布。2.2.2第四系残坡积层（Qsl+el）a)粉质黏土②1：褐色、灰褐色，湿，软塑状，粘性一般，切面略显光滑，韧性中等，土质较均匀。层厚1.9m，仅在SSY03号钻孔揭露，分布于场地外北东侧水田。b)粉质黏土②2：浅灰色、褐色、黄褐色等，稍湿～湿，可塑状，土质较均一，切面略显光滑，粘性一般～较好，韧性中等，失水后干强度较高。标准贯入试验实测锤击数6击。主要分布于场址区局部地势低洼地段，仅在CK04、SSY03、SSY05、SY04、SK29号钻孔揭露，分布范围较小。层厚0.5m～3.1m，平均厚度1.70m。c)黏土③：灰黄色、黄褐色、褐色及紫灰色等，稍湿，硬塑状为主，局部地势较低处呈硬可塑状，土质较均一，切面光滑，粘性较好，韧性较高，岩芯失水后干强度较高。标准贯入试验实测锤击数范围7击～16击，平均9.0击。主要分布于山丘坡面，站址区内绝大部分地段均有分布，层厚0.3m～3.6m，平均厚度1.61m。2.2.3石炭系下统岩关阶上段（C1y2）岩性以页岩为主，局部夹泥灰岩或砂岩，薄层状为主，本次勘探深度范围内按风化程度划分为3个层次：a)全风化页岩④层：灰黄色、浅灰色、灰黑色等，岩体已基本风化呈土状，局部可见原岩层理结构，完整性极差，可冲击钻进，岩芯呈土柱状，局部夹少量强风化岩块。标准贯入试验实测锤击数范围16击～29击，平均22.5击。该层在站址区内大部分地段有分布，钻探揭露层厚0.6m～3.2m，平均厚度1.94m。b)强风化页岩⑤层：灰黄色、浅灰色、灰黑色、黑色等，薄层状，节理裂隙发育，岩体很破碎，完整性差，需用水钻，岩芯呈碎块状、土饼状、片状，手用力可折断，属极软岩。SK01、SK05、SK16、SK18、SK24、SK25、SK26钻孔夹泥灰岩，主要分布于站址西北侧及西角部，分布范围较小，强风化泥灰岩岩芯多呈块状，相对较硬，属软岩。总体上，岩体基本质量等级为Ⅴ级。标准贯入试验实测锤击数范围38击～52击，平均43.42击。该层在整个站址区均有分布，钻探揭露层厚1.1m～7.5m，平均厚度3.42m。c)中等风化页岩⑥层：灰黑色、黑色，薄层状，节理裂隙较发育，岩体较破碎，需采用水钻，取芯呈块状、片状、短柱状及柱状，用手不易折断，锤击易碎，日晒见裂纹，敲击多沿层面裂开，属软岩。SK01、SK05、SK16、SK18、SK24、SK25、SK26钻孔夹泥灰岩，主要分布于站址西北侧及西角部，分布范围较小，中等风化泥灰岩相对较硬，属较软岩。SK04、SK14、SK26钻孔局部夹砂岩，夹层厚度一般在10cm～30cm之间，中等风化砂岩岩质坚硬，属较硬岩。总体上，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层在整个站址区均有分布，层厚未揭穿，钻探揭露基岩顶面埋深3.9m～10.7m，对应高程为237.61m～265.74m。2.3地表水及地下水地表水：站址区位于丘陵缓坡，地势相对较高，地表水容易沿坡面汇入东北及西南两侧低洼地带，最后流入大环江支流。地下水：站址区地下水主要为土层孔隙水和基岩裂隙水。土层孔隙水主要分布于上覆松散土层中，为上层滞水，主要受大气降水下渗补给，土层为弱透水性土层，水量相对较小，不能形成稳定水位；基岩裂隙水分布于基岩裂隙中，由于下伏基岩为页岩等弱透水性岩层，水量贫乏，地下水的补给来源主要靠大气降水，水位随季节变化。站址区钻孔揭露稳定地下水位埋深1.10m～9.00m，埋藏标高242.31m～251.30m，地下水位年变幅2m～3m。3、腐蚀性试验成果3.1水的腐蚀性水腐蚀性试验成果评价见表3.1-1。表3.1-1水腐蚀性评价表腐蚀性评价类别场地条件腐蚀介质初勘水样SY1（雨水）SY2（近站址）SY3（远站址）水对混凝土结构环境类型按Ⅱ类考虑名称单位含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性硫酸盐SO42-mg／L21.4微2.33微460.99弱144.15微镁盐Mg2+mg／L2.12微0.19微19.60微8.09微铵盐含量NH4+mg／L0.2微2.60微1.58微0.90微苛性碱OH-mg／L0.00微0.00微0.00微0.00微总矿化度mg／L71.87微75微659微235微地层渗透性B孔隙水按弱透水层考虑pH值4.76弱6.68微3.21强4.54弱侵蚀性CO2mg／L16.17微0.84微0.00微1.58微水对钢筋混凝土结构中钢筋干湿交替水中的CL-mg／L2.12微16.10微8.50微17.49微根据上表腐蚀性评价结果为:初勘水样和离站址较远地段的水塘地表水SY3对混凝土结构具弱腐蚀性，腐蚀性介质为PH值，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性；站址区雨水腐蚀性为微；站址北侧水塘地表水SY2对混凝土结构具强腐蚀性，腐蚀性介质主要为PH值，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。3.2土腐蚀性土腐蚀性试验成果见表3.2-1。表3.2-1场地土腐蚀性评价表腐蚀性评价类别场地条件腐蚀介质初勘土样TY1(挖方区黑色页岩碎块)TY2(挖方区黑色页岩碎块)TY3(挖填交界处黑色、黄色页岩混杂)TY4(填方区黑色页岩碎块为主)TY5（填土区，黄色页岩、黏土为主）TY6（站外附近黄色页岩、黏土为主）TY7（站外附近黄色页岩、黏土为主）名称单位含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性含量腐蚀性土对混凝土结构环境类型按Ⅱ类考虑硫酸盐SO42-mg／kg135微5641强6454强7352强7159强596弱334弱203弱镁盐Mg2+mg／kg2微209微262微334微392微46微7微7微总矿化度mg／kg10200微16370弱23380弱21330弱1080微320210微弱透水土层pH值4.57弱2.96强2.70强2.71强2.97强5.25微4.91弱4.88弱土对钢筋混凝土结构中钢筋A类土中的CL-mg／kg13微215微0微0微0微5微5微5微土对钢结构pH值4.57弱2.96强2.70强2.71强2.97强5.25弱4.91弱4.88弱根据上表腐蚀性评价结果为:初勘土样和TY5、TY6及TY7对混凝土结构具弱腐蚀性，腐蚀性介质为PH值及硫酸盐，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性，腐蚀性介质为PH值；TY1、TY2、TY3及TY4对混凝土结构具强腐蚀性，腐蚀性介质主要为PH值及硫酸盐，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有强腐蚀性，腐蚀性介质为PH值。4、资料收集从各次取样结果分析，场地主要地层中，上部黄色的黏土层、全风化砂岩、页岩与下部黑色页岩的腐蚀性相差较大，场地土腐蚀性差异较大，性状复杂。为了能尽快充分了解该场地腐蚀性异常的特性，收集了不少资料。经查阅，发现前人对广西寒武系清溪组黑色页岩水岩化学作用做了不少的研究，并取得丰富的研究成果。黑色页岩因富含有机物和分散状黄铁矿等硫化矿物，在地表或近地表富氧环境下，与水作用可形成侵蚀性酸性水和一系列影响岩体工程性质的风化产物（巫锡勇等，2001，2008；彭渤等，2005；Liaoetal.，2012)）。其化学风化过程主要体现在以黄铁矿为代表的硫化矿物氧化作用上，黑色页岩中的黄铁矿接触空气和水发生氧化反应，产生大量的SO42−、H+离子，该研究成果与场地土层腐蚀性特征基本一致。5、腐蚀性分析及论证a）TY5为站内灰黄色的填土层，成分主要为黏土混夹砂岩、页岩；TY6及TY7位于站址周边的挖方边坡，成分为黏土及全风化砂岩、页岩，均具有弱腐蚀性。本项目初勘在挖方区坡地地段取了黄色、灰黄色的黏土及全风化砂页岩混合土进行腐蚀性分析，腐蚀性评价结果和本次取样TY5、TY6及TY7基本一致，具有弱腐蚀性。黏土及全风化的页岩经过漫长的风化时间过程，地表水及地下水已经将岩土层内的SO42−、H+离子稀释，导致变电站及周边上部黄色的黏土层及全风化的砂页岩层具有弱腐蚀性。b)根据三次取样的结果显示，土的腐蚀性为强的土样（TY1、TY2、TY3及TY4），取土的位置有挖方区，有填方区，但所取的土均为黑色的页岩碎块，表明黑色页岩为场地强腐蚀性源，黑色页岩对混凝土结构具强腐蚀性，腐蚀性介质主要为PH值及硫酸盐，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具有强腐蚀性，腐蚀性介质为PH值。c)施工单位取的水样位于黑色页岩弃土区下部的排水沟，本次水样SY2位于该弃土区的下游，黑色页岩裸露于地表发生氧化反应，SO42−、H+离子溶解于地表水中，造成排水沟及下游地表水中硫酸盐含量较大，PH值较低，具有较强的腐蚀性；2011年初勘水样取于钻孔中，页岩及黏土透水性差，钻孔内水位基本未变，钻孔水不流动，将黑色页岩与空气隔绝，导致黄铁矿氧化反应变慢，且未长时间浸泡于黑色页岩中，故该水样对混凝土结构具弱腐蚀性；地表水SY3离站址较远，未经过裸露于地表的黑色页岩，故该水样对混凝土结构具弱腐蚀性。d)现场发现镀锌接地放置于黑色页岩地表或浅埋段出现严重腐蚀现象，而深埋于地下或不与黑色页岩接触的镀锌接地基本未被腐蚀，进一步说明了黑色页岩与空气隔绝，阻碍了黄铁矿氧化反应，从而没有SO42−、H+离子产生，腐蚀性变弱。5、结论本文通过对220kV陈双变电站工程岩土层腐蚀性事件过程及主要因素的分析及讨论，总结以下三个观点：一、初设阶段水、土腐蚀性已很接近中等腐蚀性，但施工图阶段直接引用了初设的成果，当数据出现较大异常时，应在下一个阶段进一步补充取样核实。二、在国家标准《岩土工程勘察规范》(GB