Carlsbad海水淡化厂现场，产品贮存池混凝土工程采用外加剂作为补充手段，以减少渗漏率和抑制腐蚀

为西半球最大的海水淡化厂解决结构设计及腐蚀问题——

位于加利福尼亚州圣迭戈市中心区北约35 km处，Carlsbad市呈现出一派南加利福尼亚州经典风情画卷，慢跑爱好者、自行车骑士和冲浪者享受着这里的阳光和宝蓝色的太平洋。向北望去，另一幅画卷正在徐徐展开，正在修建的Carlsbad海水淡化厂建设项目将为加利福尼亚州未来水资源供应带来重要的影响。完工后，Carlsbad海水淡化厂将成为西半球规模最大的海水淡化厂，日产清洁淡水约20万t。

截止2014年8月，Carlsbad海水淡化厂已经完工约50%了。这座工厂由ARCADIS公司和Simon Wong Engineering公司承担工程设计的工作，作为满足加利福尼亚州供水需求解决方案的一部分，是该地区海水淡化项目的关键里程碑之一。

2012年12月，Poseidon Water公司与圣迭戈水务局最终签订了一项为期30年的水务协议，协议规定了将从该项目采购最高227 km2的淡化海水，并且保证为10亿美元投资的Carlsbad海水淡化厂提供融资。这家淡化厂很快成为西半球最大的海水淡化厂，每天将为圣迭戈地区生产平均20万t的饮用水。淡化厂预计最早将于2015年秋季投产运行。至2020年，提供的淡水资源将占到圣迭戈总供水量的7%。

项目背景

这座淡化厂位于距Agua Hedionda潟湖150 m左右处，在现有Encina天然气发电厂厂区内。海水淡化设施占据了24 281 m2的工业废弃场地，此前这块场地是电厂的地上贮水池。

海水淡化厂的核心是一套由以色列IDE Technologies公司所设计的反渗透系统。根据IDE的设计方案，现有电厂的排水将由一条直径1.8 m的管道连接至取水泵站，泵站最深处达地下12 m，取水泵将排水排出至过滤系统接受砂滤/无烟煤过滤。

过滤完成后，水将高压泵送通过1 960个反渗透压力容器，将绝大部分盐分剥除。在8 463.5 m3的水池内添加必需的矿物质和消毒驻留剂(在送入配水系统之前)后，清洁的饮用水就可通过新铺设的16 km地下管线泵送出去，这条管线将经过Carlsbad市、Vista市和San Marcos市，接入圣迭戈水务局的地区供水管网系统，最终输送到各处的居民和企业用户。

解决结构难题

项目构筑物部分必须按照紧迫的16个月期限交付，这套庞大的工程有超过10家公司参与施工，需要复杂的协同工作。作为结构工程设计团队的成员，Kleinfelder公司在项目开工后立刻与相关各方举行了多次设计研讨会。这些会议的焦点是从工艺、环境和施工的角度充分理解项目，并提出合适的解决方案。

在相对狭小的可用空间和腐蚀控制方面，项目对设计团队提出了挑战。24 281 m2的现场面积相对较小，似乎无法匹配淡化厂的实际需求。为了减少这些限制，在大型地上构筑物邻近处设计了多个地下构筑物。例如，地下产品水贮池就直接挨着地下约6 m高的缓冲罐。为了适应地下贮池施加于壁上的可能超载现象，采用了水泥浆混合物来加强位于缓冲罐下方并紧挨产品水贮池壁的斜坡段。通过将回填土替换为较为坚硬的泥浆回填材料，缓冲罐的负载直接施加到了产品水贮池下方的土壤上。这种解决方案也应用到了本项目的许多其它构筑物上，包括紧邻预处理楼的回冲坑。

上图和中图： 完工后，Carlsbad海水淡化厂将成为西半球规模最大的海水淡化厂，日产清洁淡水20万t以上。下图： 在过滤过程完成后，水将在高压下泵送流过1 960个反渗透压力容器，在其中将全部盐分当中的绝大部分从水中剥除

锈蚀无时不在

第二严重的设计问题就是腐蚀问题。淡化厂西距太平洋、东距101高速公路均约150 m，厂址导致了腐蚀控制成为极具挑战性的问题，因为机动车排放物、含盐分的海风和每晚覆盖南加利福尼亚海岸的浓厚海洋大气，组合起来形成了一种颇具腐蚀性的大杂烩。

为了防范腐蚀，Kleinfelder推荐项目构筑物采用现场浇筑钢筋混凝土来建造。现场采用的混凝土补充了外加剂以降低渗透率和阻止腐蚀。

对于钢材，腐蚀速率取决于水、氧气、氯离子、混凝土电阻率和温度。氧气的存在量是氧气穿透混凝土扩散速率的函数，并受混凝土与水之间饱和度的影响。在完全被浸没时，由于氧气必须通过孔隙水进行扩散，所以扩散速率降慢了。当混凝土干燥时，氧气可以自由通过孔隙流动。交替出现的干湿循环，类似于潮汐涨落，将会加快腐蚀进程。

项目所使用的外加剂包括了胶体硅、疏水性堵孔剂和补充固结材料(SCM)。所有邻近或接触含盐或腐蚀性水的构筑物都额外配备了水泥盖和/或保护衬垫。

其它挑战包括设计满足大浮托力的构筑物。例如，进水泵站的基础板需延伸至地下约12 m，其厚度为1.2 m，带有约1 m厚的墙壁。这样厚的水泥板能耐受高土壤和水压力并增加板体体积，规避受潮汐影响地下水产生的浮升力。

全盘考虑

上面提到的混凝土解决方案利害参半。因为随着混凝土的硬化，会经历一个水化的过程，这是由于水与水泥的相互作用引起的放热反应。构筑物所承受的大作用力导致混凝土厚度变大，引发了对大体积混凝土施工的相关顾虑。高水泥含量和大混凝土厚度导致混凝土内出现高温，为了避免裂纹和给混凝土造成其它与温度有关的损害，就需要控制好混凝土的最高温度以及混凝土内部与表面之间的温差。一般来说，任何最小尺寸等于或大于0.9 m的结构混凝土浇筑均可认定为大体积混凝土。

就本项目而言，1m的储料罐在初浇时采用了热电偶进行内部温度和温度梯级监测。在选用搅拌方案时，注重了降低浇筑后的温升以及温差。混凝土的温升与混凝土内固结材料的类型和数量直接相关，为了减少水化放热，其中采用了F级飞灰替代了一部分水泥。

海水淡化厂设计方案的另一关键要素就是抗震设计。工厂位于南加利福尼亚州，要求设计团队考虑地震活动的可能影响。淡化厂位于距Rose Canyon断裂带6 920 m，这是一处活跃的断裂带，其在1800年发生过一场6.5级地震，因此必须满足严苛的抗震规范，所有载水构筑物在设计上都在静水压力外考虑了流体动力作用力。

结语

专家级协调、升级材料和创新现场运用帮助Kleinfelder公司团队迎接与腐蚀及厂址面积狭小相关的挑战，项目于2012年11月开始施工，并比计划表提前了近1个月完成。这项成功的设计标志着项目一个里程碑，并有助于确保海水淡化技术在加利福尼亚州的应用前景。