莆田金鐘水利樞紐引水配套工程濱海段水土腐蝕性評價

吳志峰

(福建省莆田市水利水電勘測設計院 351100)

1 前言

莆田金鐘水利樞紐引水配套工程，水源為金鐘水庫和雙溪口水庫，設計引水流量4.21m3/s，引水線路總長度89.1km，管材采用PCCP管(預應力鋼筒混凝土管)。該工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。該工程主要特點是長距離，高水頭，地形、地質條件復雜。工程建成后可滿足管道沿線11個鄉鎮的安全飲水需求，受益人口110萬，可解決莆田東南沿海及仙游中南部地區水資源緊缺以及水資源分布與地區經濟發展對用水需求相矛盾的問題。

PCCP管是國內外公認的優質管材，對大口徑、長距離、高工壓輸水工程更具極大優勢。但在我國的起步較晚，僅有20年發展歷史，如何保證其50年的設計壽命也是業界各方關注的焦點。國外不乏PCCP失效案例，美國混凝土預應力管協會對118個失效的PCCP管進行了調查，發現大多數失效與高強預應力鋼絲的腐蝕有關［1］。該項目媽祖城支線沿濱海大道、城港大道和東吳中大道(以下簡稱“濱海段”)部分管道為填海路基或軟土地基，該段管基為淤泥，為了評價淤泥對PCCP管中的預應力鋼絲的腐蝕性，對土壤電阻率進行補充測試，并結合已有水土化學分析資料進行管基水土腐蝕性綜合評價，為PCCP管防腐蝕設計提供依據和資料。

2 土壤電阻率測試

2.1 測試依據、方法與儀器

此次土壤電阻率測試參照《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》(GB/T 21246—2007)執行。測量方法為四極等距法。測量儀器采用MI2127型多功能接地電阻測試儀(德國)。相鄰兩電極之間的距離一般取4～6m。已建成道路或路基已填筑段，為了測試路基以下土層的土壤電阻率，測試點多選擇在路旁田地或灘涂、沼澤地。

2.2 測試成果

測試土層包括路基填土及其以下的淤泥、坡殘積土等。據測試，路基填土由于成分、密實度差異大，電阻率變幅大，測試值為1011～10625Ω·m;坡殘積土電阻率測試值為166～3554Ω·m;淤泥電阻率測試值為9～58Ω·m。

《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》(GB/T 21246—2007)規定的四極等距法所測土壤電阻率為平均土壤電阻率，因此淤泥電阻率測試值的選擇以“路旁灘涂”、“路旁沼澤地”和“路旁田地(地面以下為淤泥層)”的測試值進行統計比較合理。由于土壤電阻率的影響因子較多(主要有土壤類型、含水率、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學和物理性質［1］)和“路旁田地”淤泥表層固化等原因，淤泥電阻率測試值離散度大，建議值采用小值平均值。根據以上原則，淤泥電阻率平均值為31.8Ω·m，標準差17.1Ω·m，小值平均值18.6Ω·m。

2.3 土壤腐蝕等級

參照《巖土工程勘察規范》(GB 50021—2001)有關土對鋼結構腐蝕性評價標準(土壤電阻率大于100Ω·m為微腐蝕，100～50Ω·m為弱腐蝕，50～20Ω·m為中腐蝕，小于20Ω·m為強腐蝕)可以看出，淤泥對鋼結構的腐蝕等級為中—強腐蝕，其他土層對鋼結構的腐蝕等級為微腐蝕。

3 水土化學分析

4 管道防腐措施

管道防腐措施應根據土壤電阻率測試成果、水土化學分析成果、地層結構和水文地質條件等因素綜合確定。PCCP管既是一個工程結構，也是一個基本防腐蝕體系［2］。在一些不利的或有害的環境條件下，為了確保管線安全，可增加輔助的防腐蝕措施。其主要措施有:水泥砂漿保護層涂防腐涂料(以下簡稱“防腐涂料措施”)和陰極保護措施等。該項目濱海段采用的輔助防腐措施如下:

a.管體或部分管體處于腐蝕性水或土環境中時，采用“防腐涂料措施”加“陰極保護措施”。

b.考慮地下水毛細水作用的影響。據現場觀測，路基填土一般為中粗砂含量較高的砂壤土，其毛細水上升高度約0.50～0.60cm。臨海路堤的管道基底高程在多年平均潮水位(取3.00m)以上0.80m(即高程3.80m)時，僅采用“防腐涂料措施”，否則采用“防腐涂料措施”加“陰極保護措施”。

c.城港大道非臨海段(即沿海積平原田地通過路段)地下水位埋深較淺(一般為0.50～0.60m)，路基高出地面，由填土而成，綜合考慮該路基填土成分、地下水滲流、地下水毛細水作用影響等因素，管道基底高程在地面標高以上0.50m時(即在地下水位以上1.00～1.10m)，僅采用“防腐涂料措施”，否則采用“防腐涂料措施”加“陰極保護措施”。

d.東吳中大道部分管段其土壤電阻率測試值為59～150Ω·m，按測試值其腐蝕等級為微—弱腐蝕，但由于所測土壤電阻率為平均土壤電阻率，場地上部為粉土層，使得所測數據無法單獨反映淤泥的電阻率。根據區域淤泥成因，推測其電阻率應與周邊測試值相近，且該段地下水位埋藏深小、管道底標高基本接近地下水位，故該段建議采用“防腐涂料措施”加“陰極保護措施”。

根據以上原則，結合土壤電阻率測試、水土化學分析成果，對該項目濱海段PCCP管采取的防腐措施見下表。

濱海段PCCP管防腐措施表

續表

5 結語

a.該項目濱海段PCCP管根據以上評價正在實施陰極保護等防腐措施，可為類似項目提供經驗和借鑒。

b.該項目具“大口徑、長距離、高工壓”的特性，對具腐蝕環境介質的濱海段增設陰極保護措施，可提高供水保證率，確保供水安全。

c.陰極保護是一種防腐新技術，是一個新型的邊緣學科，尤其是PCCP管陰極保護技術應用在福建省尚屬空白，應監測實施效果，以便推廣應用。◆

1 GB/T 19685—2005．預應力鋼筒混凝土管［S］．北京:中國標準出版社，2005．