地下管線地質(zhì)環(huán)境腐蝕性研究

河南省水利勘測(cè)有限公司 張建全 吳若洵

地下管線地質(zhì)環(huán)境腐蝕性研究

河南省水利勘測(cè)有限公司 張建全 吳若洵

地質(zhì)環(huán)境對(duì)管線的腐蝕主要表現(xiàn)在地下水對(duì)混凝土、混凝土中的鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕和土壤對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕上。管線在穿越河流時(shí)，地表水也有對(duì)混凝土及鋼筋腐蝕的可能性。在具體的地質(zhì)環(huán)境下，側(cè)重點(diǎn)各有不同。本文，筆者結(jié)合工程勘察實(shí)際，研究不同地質(zhì)條件下水和土壤對(duì)地下管線的腐蝕性影響，并作出地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)，為工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

一、工程概況

某地下管線為一輸水管線，起點(diǎn)位于A市某村，終點(diǎn)為B縣某村。管線埋深3.0～5.0m，管線總長(zhǎng)26.0km，輸水管道設(shè)計(jì)管徑0.7m。沿途地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，為查明地下水及其土壤對(duì)地下管道的腐蝕性，需要對(duì)沿線地下水及土壤進(jìn)行檢測(cè)，為設(shè)計(jì)及施工提供地質(zhì)勘察技術(shù)支撐。該輸水管道線地貌單元主要為黃淮沖（洪）積平原，地勢(shì)相對(duì)平坦開(kāi)闊，地面高程126.5～80.2m，總的趨勢(shì)為西北高、東南低，其中樁號(hào)0+850～1+900，11+000～13+300，15+250～16+100，地貌單元為丘陵崗地，地勢(shì)起伏較大。根據(jù)已有地質(zhì)資料，工程區(qū)在勘探深度范圍內(nèi)均為第4系重粉質(zhì)壤土。分述如下。

1.重粉質(zhì)壤土（alplQ23）。淺棕黃色，可塑狀，含有鈣質(zhì)結(jié)核，直徑一般為1～2cm，見(jiàn)有鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)。巖性不均，局部為中粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)黏土。該層分布于樁號(hào)0+000～11+040，13+ 380～15+110，18+390～26+033。

2.重粉質(zhì)壤土（alQ14）。淺黃色、淺褐黃色，多為可塑狀～硬可塑狀，土質(zhì)不均，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，直徑多為1～2cm。該層分布于樁號(hào)0+000～0+570，2+030～26+033。

3.重粉質(zhì)壤土（alQ24）。淺黃色、淺褐黃色，可塑～硬塑狀，土質(zhì)較均，可見(jiàn)針狀孔隙、螺殼碎片、鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及鈣質(zhì)結(jié)核，局部黏粒較低。該層分布于樁號(hào)0+000～0+570，2+030～9+000，22+ 010～26+033；在局部段有新近沉積層。

二、水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地處北溫帶，屬半濕潤(rùn)半干旱的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，雨季多集中在6，7，8月份。沿線分布的主要河流有呂梁江、馬黃河及新范河：呂梁江為潁河一條支流，發(fā)源于三峰山東峰，為一常年性河流，現(xiàn)在主要排泄上游煤礦中抽出的水，污染嚴(yán)重，河水烏黑；馬黃河在工程交叉處已干涸，平時(shí)已無(wú)水流，汛期排泄洪水；新范河為一常年性河流，常年有水，河水較深清。根據(jù)調(diào)查，工程區(qū)地下水主要為第4系孔隙潛水及上第3系軟巖孔隙、裂隙水。其中樁號(hào)0+000～2+300，11+040～18+390段為上第3系孔隙裂隙水，地下水埋深一般4.8～6.8m，局部大于10.0m，地下水水位高程82.15～89.35m；樁號(hào)2+300～11+040，18+390～26+033為第,4系孔隙潛水，主要賦存于第4系壤土中，局部賦存于中細(xì)砂中，地下水埋深3.5～7.6m，水位高程76.50～118.30m，整體上地下水位沿管線方向從西北往東南方向逐漸降低。根據(jù)歷年地下水觀測(cè)資料分析，地下水具有動(dòng)態(tài)變化特征，單水文年變幅一般2m以內(nèi)。地下水主要為大氣降水入滲及地下徑流補(bǔ)給；排泄以人工開(kāi)采和地下水側(cè)向徑流為主。

三、水化學(xué)類型及其對(duì)混凝土、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性

本次調(diào)查沿線取地表水3組、地下水6組作水質(zhì)簡(jiǎn)分析及侵蝕性CO2分析。地表水位置為呂梁江（樁號(hào)5+680）、馬謙莊東北引水溝（樁號(hào)7+990）及新范河（樁號(hào)25+550），地下水取樣位置為2+000，9+000，11+490，13+200，20+100及22+540處。地表水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1。

根據(jù)試驗(yàn)成果，呂梁江河水水化學(xué)類型為HCO3-Cl-Na-Ca型，礦化度1.120g/L，pH值7.37，為中性微咸水；馬謙莊東北溝引水水化學(xué)類型為HCO3-Ca型，礦化度0.496g/L，pH值7.27，為中性淡水；新范河河水水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型，礦化度0.377g/L，pH值8.48，為弱堿性淡水，侵蝕性CO2含量為0～0.32mg/L。根據(jù)《水利水電勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄L“環(huán)境水對(duì)混凝土腐蝕判別標(biāo)準(zhǔn)”，沿線地表水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。其中，呂梁江河水對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具弱腐蝕性，馬謙莊東北引水溝、新范河地表水對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋無(wú)腐蝕性；地下水化學(xué)類型為HCO3-CL-Ca-Mg-Na型、HCO3-Ca型、HCO3-Ca-Mg型、HCO3-CL-Ca-Mg型、HCO3-CL-Ca-Na型；pH值6.91～8.42，礦化度0.356～1.251g/L，屬中性～弱堿性淡水～微咸水，侵蝕性CO2含量為0～2.87mg/ L。根據(jù)《水利水電勘察勘察規(guī)范》“環(huán)境水對(duì)混凝土腐蝕判別標(biāo)準(zhǔn)”，沿線地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。其中，在樁號(hào)11+490處（SY5）地下水對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋無(wú)腐蝕性外，其余各處地下水對(duì)混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性。

表 1 地表水水質(zhì)分析成果

四、土壤對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性

對(duì)管道附近土壤進(jìn)行腐蝕性檢測(cè)、評(píng)價(jià)，結(jié)合管道埋深、地下水位及工程地質(zhì)段巖性組合情況，按每個(gè)工程地質(zhì)段兩組布置測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試點(diǎn)位置及各點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表 2 土壤腐蝕性測(cè)試評(píng)價(jià)表

由表2可知，第Ⅰ工程地質(zhì)段（樁號(hào)0+000～2+300段）第③層重粉質(zhì)壤土（alplQ3）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱～中等腐蝕性；第Ⅱ工程地質(zhì)段（樁號(hào)2+300～11+040段）第①層重粉質(zhì)壤土（alQ24）、第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱～中等腐蝕性；第Ⅲ工程地質(zhì)段（樁號(hào)11+040～18+390段）第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）在樁號(hào)11+040～17+100段對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱～中等腐蝕性，樁號(hào)17+100～18+390對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，第③層重粉質(zhì)壤土（alplQ3）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱～中等腐蝕性；第Ⅳ工程地質(zhì)段（樁號(hào)18+390～26+033段）第①層重粉質(zhì)壤土（alQ24）、第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性。

五、沿線地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

管底位于地下水位附近時(shí)，結(jié)合水位變幅，主要考慮地下水的影響，在地下水位埋深較大時(shí)，主要考慮土壤的腐蝕性。根據(jù)沿線水文工程地質(zhì)條件，現(xiàn)評(píng)價(jià)如下：第Ⅰ工程地質(zhì)段（樁號(hào)0+ 000～2+300段）地下水埋深較大，主要考慮第③層重粉質(zhì)壤土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的弱～中等腐蝕性；第Ⅱ工程地質(zhì)段（樁號(hào)2+300～11+ 040段）勘察期間地下水位低于管底，但勘察期間處于年度內(nèi)水位最低時(shí)期，結(jié)合水位變幅，在水位最高時(shí)位于管底附近，因此管線受土壤及地下水的雙重影響，主要考慮①層重粉質(zhì)壤土（alQ24）、第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)弱～中等腐蝕性及地下水對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋的弱腐蝕性；在穿越呂梁江時(shí)，應(yīng)考慮河水對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋弱腐蝕性；第Ⅲ工程地質(zhì)段（樁號(hào)11+040～18+390段）地下水埋深較大，結(jié)合水文工程地質(zhì)條件，主要考慮第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱～強(qiáng)腐蝕性；在馬黃河附近管線開(kāi)挖深度較大，距離地下水位較近，應(yīng)考慮地下水對(duì)混凝土中鋼筋的弱腐蝕性；第Ⅳ工程地質(zhì)段（樁號(hào)18+ 390～26+033段）勘察期間地下水位低于管底，考慮到水位變幅，管線受土壤及地下水的雙重影響，結(jié)合水文工程地質(zhì)條件，應(yīng)考慮第①層重粉質(zhì)壤土（alQ24）、第②層重粉質(zhì)壤土（alQ14）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)腐蝕性及地下水對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋的弱腐蝕性；在穿越新范河時(shí)，應(yīng)考慮河水對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋弱腐蝕性； 當(dāng)?shù)氐叵滤痪邉?dòng)態(tài)變化特征，在施工前需要加強(qiáng)地下水位的觀測(cè)及地下水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)。地表水有排污現(xiàn)象，水質(zhì)變化較大，需對(duì)河水的水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。