陜西省某引水工程水管道土腐蝕性問題淺析

任宇哲

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710000）

1 引言

在國家城鎮化建設的推動下,大量污染物被違規處理和排放,造成土壤中的污染物越積越多,嚴重污染了土壤的生態環境。隨著國民經濟的發展,大量地下混凝土結構基礎設施投入建設和使用,地下建筑物在污染水土的環境下會遭受較為嚴重的腐蝕損壞,這樣會給社會帶來經濟損失,同時會浪費過多的資源及能源設備,更為嚴重的會對建筑物安全造成威脅。地下建筑物以及結構在使用期間會受到污染地下水以及土壤中腐蝕介質的侵蝕,引發一系列反應,進而破壞混凝土、鋼筋及鋼結構。本文以陜西省某輸水管道其中一段為工程實例,根據相關規范及任務要求確定測試項目及評價腐蝕程度,為輸水管道的防腐設計、施工提供依據。

2 工程及地質概況

2.1 工程概況

輸水管道總長153 km,本段管線長31 km,工程涉及的受水對象包括武功縣、楊凌區兩個重點城市,始端設計流量4 m3/s。輸水管道擬采用鋼管地下埋設,一般埋深3 m~6 m,局部地段8 m~10 m。河流段以倒虹形式穿越；鐵路、公路段以頂管形式穿越。

2.2 地質概況

管線主要穿越渭河一級、二級階地、黃土臺塬區及漆水河漫灘、一級階地等地貌單元。地形整體上呈北高南低,西高東低的趨勢,相對高差達130 m 左右。本段除漆水河漫灘地下水埋藏較淺,其余地段管道均位于地下水位以上,因此本文僅對土壤對管道的腐蝕性進行評價。根據管道埋置深度,管道穿越的地層簡述如下：

（1）第四系全新統沖洪積層（Q42al+pl）砂壤土：灰黃色,土質不均,具孔隙,稍濕～濕,可塑,分布于漆水河漫灘。

（2）第四系全新統沖洪積層（Q42al+pl）細砂：淺黃色,成分以長石、石英為主,濕,稍密。分布于漆水河河床及漫灘下部。

（3）第四系全新統沖洪積層（Q41al+pl）壤土：灰黃色,具孔隙,稍濕～濕,可塑。分布于渭河及漆水河一級階地表層。

（4）第四系全新統沖洪積層（Q41al+pl）砂礫石：礫石成分以灰巖為主,濕,稍密。分布于渭河及漆水河一級階地下部。

（5）第四系上更新統風積層（Q3eol）黃土：淺黃色,稍濕,可塑～硬塑,針孔發育,垂直節理發育。覆蓋于渭河二級階地及黃土臺塬區上部。

（6）第四系上更新統風積層（Q3eol）古土壤：棕紅色,具團粒結構,針孔發育,稍濕,硬塑。分布于渭河二級階地及黃土臺塬黃土下部。

（7）第四系上更新統沖積層（Q3al）粉質粘土：灰黃色,土質均勻,稍濕,可塑。分布于渭河二級階地下部。

（8）第四系中更新統風洪積層（Q2eol+pl）黃土狀壤土：褐黃色,土質較均,稍濕,可塑~硬塑,含蝸牛殼及零星的鈣核。分布于黃土臺塬中部。

3 土壤腐蝕測試方法及成果

3.1 測試方法

根據設計要求,本次土壤腐蝕性測試依據《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001）2009 版有關土壤對混凝土結構腐蝕性、對混凝土內鋼筋腐蝕性以及對鋼結構腐蝕評價規定并考慮設計管道實際布置情況和地貌等條件綜合選定測試項目。測試方法采用室內試驗及現場測試兩種。

室內試驗即在野外取具有代表性的原狀土樣,送至實驗室分析各腐蝕介質離子的含量來判定土壤的腐蝕性。腐蝕介質包括SO4

2-含量、Mg2+含量、NH4+含量、Cl-含量以及pH值五項。室內試驗中SO42-、Mg2+含量可以通過ETA 容量法測得；NH4+含量可以通過鈉氏試劑比色法測得；Cl-可以通過莫爾法測得；pH 值可以通過電位法測得。

現場測試按《巖土工程勘察規范》腐蝕性評價。測試項目包括 ：pH 值 、氧化還原電位 、極化電流密度 、電阻率、質量損失等5 項。質量損失項目要求擬用輸水的鋼管埋置于土體一定時間,稱重后對比前后的標準質量損失,本次研究階段無鋼管材料可做 ；因此目前測試項目為pH 值 、氧化還原電位 、極化電流密度 、電阻率4 項。

3.2 測試成果

3.2.1 室內測試成果

室內試驗成果按《巖土工程勘察規范》腐蝕性評價標準見表1,測試成果及腐蝕性評價見表2。

表1 腐蝕評價標準

表2 測試成果匯總表 單位：mg/kg

由表2 可知,渭河一級階地、渭河二級階地、漆水河漫灘、漆水河一級階地及黃土塬出露的黏土地基,對混凝土結構具微腐蝕性,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具微腐蝕。

3.2.2 現場測試成果

現場試驗成果按《巖土工程勘察規范》腐蝕性評價標準見表3,測試成果及腐蝕性評價見表4。

表3 土對鋼結構腐蝕性評價依據表

表4 土對鋼結構的腐蝕性評價表

由表4 可知,渭河一級階地壤土對鋼結構的腐蝕性為弱～中型,渭河二級階地黃土對鋼結構的腐蝕性為弱型,漆水河漫灘砂壤土對鋼結構的腐蝕性為弱型,漆水河一級階地壤土對鋼結構的腐蝕性為弱型,黃土塬黃土及古土壤對鋼結構的腐蝕性為弱～中型。

3.3 綜合評價

原位測試試驗各地貌單元及地層對混凝土結構的腐蝕性具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具弱腐蝕。現場測試渭河一級階地壤土對鋼結構具弱~中等腐蝕,渭河二級階地黃土對鋼結構具弱腐蝕,漆水河漫灘砂壤土對鋼結構具弱腐蝕,漆水河一級階地壤土對鋼結構具弱腐蝕,黃土塬黃土及古土壤對鋼結構的腐蝕性為弱~中等腐蝕。

根據《巖土工程勘察規范》評價標準：腐蝕性評價時,采用單項指標進行評價。腐蝕性等級如果不同時,綜合評定按最高腐蝕等級進行評定。

綜合室內試驗及現場測試成果判定：渭河一級階地壤土對混凝土結構具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具中等腐蝕；渭河二級階地黃土對混凝土結構具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具弱腐蝕；漆水河漫灘砂壤土對混凝土結構具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具弱腐蝕；漆水河一級階地壤土對混凝土結構具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具弱腐蝕；黃土塬黃土及古土壤對混凝土結構具微腐蝕,對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結構具中等腐蝕。

4 結語

地下建筑物以及結構在使用期間會受到地下水污染以及土壤中腐蝕介質的侵蝕,引發一系列反應,進而破壞混凝土結構。腐蝕介質中可溶性鹽的種類繁多,與腐蝕密切相關的陰離子類型主要有碳酸根離子、氯離子、硫酸根離子和碳酸氫根離子,與腐蝕關系密切的陽離子類型主要有鎂離子和鈣離子,同時pH 值、總礦化度以及游離二氧化碳也對混凝土腐蝕有一定影響。

針對本工程考慮到長輸管道供水安全的重要性且工程部分區段腐蝕性較強,需要對輸水管線進行防腐處理,根據腐蝕性原理不同可以分為以下兩類防腐處理措施：

1）管道外防腐

從管道設計、 制造和施工的各個環節加以控制，以加強管道防腐性，降低運行管理費用,延長管道使用壽命。如從管道自身結構方面,提高混凝土和砂漿質量和性能加以控制,強化和保護鈍化膜,充分發揮其自身抗腐蝕的特點,為鋼絲和鋼筒提供保護。另外,參考國內類似工程,對本工程全線管道進行涂層防腐,采用超厚膜重防腐蝕環氧煤瀝青涂料進行涂層防腐；對管承插口處采用聚硫密封間隙，來隔絕腐蝕性土壤與鋼筒的接觸。

2）管道陰極保護

選擇陰極保護方式,主要根據防腐層質量、土壤環境、現場條件和運行管理等因素,綜合分析確定。根據沿線電阻率值,為減小鋼管和預應力鋼絲的腐蝕破壞,延長管道使用壽命,對 PCCP 與SP 管材施加犧牲陽極法陰極保護。