引江濟(jì)淮工程阜陽(yáng)供水管道土壤腐蝕性測(cè)試與評(píng)價(jià)

楊正春 張忠和 盧 平

（1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601 2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222）

1 引言

引江濟(jì)淮工程溝通長(zhǎng)江、淮河兩大流域，是國(guó)務(wù)院要求加快推進(jìn)建設(shè)的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程之一。長(zhǎng)江水通過(guò)巢湖、江淮分水嶺后進(jìn)入淮河，沿淮河支流西淝河向北逐級(jí)提水，其中阜陽(yáng)供水工程位于淮河以北，取水口在茨河鋪閘以東，新建加壓泵站及輸水管道，管道穿越沙潁河段采用鋼管，其余采用PCCP管，管道埋深3.5～5.0m，管徑約2.0m。

阜陽(yáng)供水管道沿線涉及土壤地層包括：①層淤泥質(zhì)中、重粉質(zhì)壤土、第②1層輕粉質(zhì)壤土、②2層重、中粉質(zhì)壤土，孔隙潛水主要賦存在壤土中，地下水埋深0.55～8.56m，環(huán)境水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，根據(jù)管道沿線地下水位不同時(shí)期埋深情況，管身存在部分或全部處于地下水位以上土壤中情況，因此應(yīng)進(jìn)行土壤的腐蝕性測(cè)試。

2 測(cè)試方案

土壤腐蝕性測(cè)試采取現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和土樣室內(nèi)試驗(yàn)兩種方式，沿供水管道線路等間距布置了4個(gè)測(cè)試探坑（編號(hào)FT1～FT4），間距 1.4～3.2km，深度 2.0～2.8m，在測(cè)試探坑地表進(jìn)行土層電阻率參數(shù)測(cè)試，在4個(gè)探坑周圍各布2組測(cè)試點(diǎn)；pH值、氧化還原電位參數(shù)在探坑內(nèi)管道埋身處測(cè)試，在探坑內(nèi)各布設(shè)2組測(cè)試點(diǎn)，共8組（每組測(cè)pH值3個(gè)點(diǎn)、氧化還原電位5個(gè)點(diǎn)）；極化電流密度、質(zhì)量損失參數(shù)，在探坑內(nèi)各采集4份土樣（其中1份做極化電流密度測(cè)試，測(cè)2個(gè)值；2份做質(zhì)量損失測(cè)定，測(cè)2個(gè)值；另1份做土的化學(xué)成分分析）。

3 測(cè)試方法

3.1 土壤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)測(cè)試方法

現(xiàn)場(chǎng)采用環(huán)刀取樣，在室內(nèi)試驗(yàn)室分別采用烘干法、環(huán)刀法測(cè)試土樣的含水率、濕密度，分別采用EDTA滴定法、硝酸銀滴定法、EDTA容量法測(cè)試土樣的Mg2+、Cl-、SO42-等化學(xué)成分，采用酸度計(jì)法測(cè)試土樣的pH值。

3.2 土壤的電化學(xué)測(cè)試

圖1 FT4-1點(diǎn)視電阻率曲線圖

圖2 FT4-2點(diǎn)視電阻率曲線圖

圖3 FT4-1點(diǎn)極化電流密度曲線圖

圖4 FT4-2點(diǎn)極化電流密度曲線圖

3.2.1 土壤的pH值現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

使用智能氧化還原電位儀，現(xiàn)場(chǎng)挖探坑至鋼結(jié)構(gòu)或混凝土管道的埋置深度，平整坑底土層表面，在適中位置插入電極，使用該儀器pH檔，測(cè)量pH值，溫度自動(dòng)補(bǔ)償。

3.2.2 氧化還原電位

使用智能氧化還原電位儀，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用鉑電極法。先將5只鉑電極插入待測(cè)土壤中，平衡1h后，鉑電極接儀器正極，插在附近土壤中的飽和甘汞電極接儀器負(fù)極，進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)測(cè)定該土壤的溫度，再校正土壤氧化還原電位。

3.2.3 視電阻率

使用超級(jí)數(shù)字直流電法儀，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用對(duì)稱四極測(cè)深法。首先計(jì)算每個(gè)極距的視電阻率，然后利用作圖方式求取不同電性層的電阻率值。具體做法為：以MN為橫坐標(biāo)，計(jì)算MN/ρs，并以MN/ρs為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制MN/ρs與MN的關(guān)系圖。對(duì)圖中不同極距的測(cè)試值，找出不同深度、相同斜率的點(diǎn)，對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行連線，使其均勻地分布在直線上或直線兩側(cè)。求直線段斜率的倒數(shù)，可獲得測(cè)點(diǎn)處各層的電阻率ρi。FT4-1、FT4-2測(cè)試點(diǎn)實(shí)測(cè)曲線如圖1、圖2。

式中： ρi—第i巖性層電阻率。

土壤視電阻率均校正至土壤溫度為15℃時(shí)的值，溫度校正后視電阻率取平均值作為土壤腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.4 極化電流密度

使用智能極化電流密度儀，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用原位極化法。每個(gè)測(cè)試點(diǎn)供電電流不斷增加，各除以電極面積，得到各個(gè)電流密度為橫坐標(biāo)，以測(cè)得的與各電流密度相應(yīng)的電位差為縱坐標(biāo)作圖，繪制極化電流密度曲線圖，F(xiàn)T4-1、FT4-2測(cè)試點(diǎn)實(shí)測(cè)曲線如圖3、圖4，從曲線上查出電位差微500mV時(shí)的電流密度值，取平均值作為土壤腐蝕性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)表

3.2.5 質(zhì)量損失

現(xiàn)場(chǎng)探坑的管身位置取土樣，室內(nèi)測(cè)試采用管罐法，將土樣在經(jīng)過(guò)烘干、粉碎及篩分（0.5～1.0mm篩子）后，裝入鋼筒與試驗(yàn)管子中間，土壤先搗實(shí)，再用蒸餾水濕潤(rùn)到飽和，將可調(diào)直流電源正極接到試驗(yàn)管子上，負(fù)極接到鋼筒上，使管子與鋼筒間電壓為6V，保持24h的連續(xù)試驗(yàn)供電后，把試驗(yàn)管子從土中取出，然后對(duì)其進(jìn)行清洗除銹，至腐蝕物去除干凈為止，用蒸餾水清洗、干燥（烘干）、稱重（誤差至0.01g），試驗(yàn)前后管子的質(zhì)量損失值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 測(cè)試參數(shù)分析和評(píng)價(jià)

土壤腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《巖土工程勘察規(guī)范（2009年版）》（GB 50021-2001）。根據(jù)地質(zhì)情況分析，供水管道沿線場(chǎng)地環(huán)境類型屬Ⅲ類，土壤滲透性屬B類弱透水土層，土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的測(cè)試評(píng)價(jià)成果見(jiàn)表1，土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性測(cè)試評(píng)價(jià)成果見(jiàn)表2。依據(jù)土壤的pH值、氧化還原電位、視電阻率、極化電流密度、質(zhì)量損失值測(cè)試成果評(píng)價(jià)各測(cè)試點(diǎn)土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性，取各指標(biāo)中腐蝕等級(jí)最高者，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)表

表3 土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)表

根據(jù)各項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果，土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性均為弱腐蝕，探坑點(diǎn)FT2的土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性等級(jí)為中腐蝕性，F(xiàn)T1、FT3和FT4為強(qiáng)腐蝕性。

5 結(jié)論

（1）環(huán)境水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中～強(qiáng)腐蝕性，差異顯著，管道腐蝕主要受土壤腐蝕性控制，需采取相應(yīng)防腐措施。

（2）鑒于土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果均介于中～強(qiáng)腐蝕性，依據(jù)管道沿線的地層巖性變化情況，建議在管道FT2段中腐蝕的地段使用長(zhǎng)效涂層的保護(hù)方法進(jìn)行防護(hù)；建議在FT1、FT3和FT4段強(qiáng)腐蝕的地段，使用陰極保護(hù)的方法防腐■