莆田金鐘水利樞紐引水配套工程濱海段水土腐蝕性評(píng)價(jià)

吳志峰

(福建省莆田市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(kù)和雙溪口水庫(kù)，設(shè)計(jì)引水流量4.21m3/s，引水線路總長(zhǎng)度89.1km，管材采用PCCP管(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)。該工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。該工程主要特點(diǎn)是長(zhǎng)距離，高水頭，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜。工程建成后可滿(mǎn)足管道沿線11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的安全飲水需求，受益人口110萬(wàn)，可解決莆田東南沿海及仙游中南部地區(qū)水資源緊缺以及水資源分布與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)用水需求相矛盾的問(wèn)題。

PCCP管是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)管材，對(duì)大口徑、長(zhǎng)距離、高工壓輸水工程更具極大優(yōu)勢(shì)。但在我國(guó)的起步較晚，僅有20年發(fā)展歷史，如何保證其50年的設(shè)計(jì)壽命也是業(yè)界各方關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)外不乏PCCP失效案例，美國(guó)混凝土預(yù)應(yīng)力管協(xié)會(huì)對(duì)118個(gè)失效的PCCP管進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)失效與高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲的腐蝕有關(guān)［1］。該項(xiàng)目媽祖城支線沿濱海大道、城港大道和東吳中大道(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(píng)價(jià)淤泥對(duì)PCCP管中的預(yù)應(yīng)力鋼絲的腐蝕性，對(duì)土壤電阻率進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試，并結(jié)合已有水土化學(xué)分析資料進(jìn)行管基水土腐蝕性綜合評(píng)價(jià)，為PCCP管防腐蝕設(shè)計(jì)提供依據(jù)和資料。

2 土壤電阻率測(cè)試

2.1 測(cè)試依據(jù)、方法與儀器

此次土壤電阻率測(cè)試參照《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》(GB/T 21246—2007)執(zhí)行。測(cè)量方法為四極等距法。測(cè)量?jī)x器采用MI2127型多功能接地電阻測(cè)試儀(德國(guó))。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(cè)試路基以下土層的土壤電阻率，測(cè)試點(diǎn)多選擇在路旁田地或?yàn)┩俊⒄訚傻亍?/p>

2.2 測(cè)試成果

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

《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》(GB/T 21246—2007)規(guī)定的四極等距法所測(cè)土壤電阻率為平均土壤電阻率，因此淤泥電阻率測(cè)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(cè)試值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較合理。由于土壤電阻率的影響因子較多(主要有土壤類(lèi)型、含水率、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學(xué)和物理性質(zhì)［1］)和“路旁田地”淤泥表層固化等原因，淤泥電阻率測(cè)試值離散度大，建議值采用小值平均值。根據(jù)以上原則，淤泥電阻率平均值為31.8Ω·m，標(biāo)準(zhǔn)差17.1Ω·m，小值平均值18.6Ω·m。

2.3 土壤腐蝕等級(jí)

參照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)有關(guān)土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(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(qiáng)腐蝕)可以看出，淤泥對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕等級(jí)為中—強(qiáng)腐蝕，其他土層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕等級(jí)為微腐蝕。

3 水土化學(xué)分析

4 管道防腐措施

管道防腐措施應(yīng)根據(jù)土壤電阻率測(cè)試成果、水土化學(xué)分析成果、地層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件等因素綜合確定。PCCP管既是一個(gè)工程結(jié)構(gòu)，也是一個(gè)基本防腐蝕體系［2］。在一些不利的或有害的環(huán)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(hù)層涂防腐涂料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“防腐涂料措施”)和陰極保護(hù)措施等。該項(xiàng)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(huán)境中時(shí)，采用“防腐涂料措施”加“陰極保護(hù)措施”。

b.考慮地下水毛細(xì)水作用的影響。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，路基填土一般為中粗砂含量較高的砂壤土，其毛細(xì)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(shí)，僅采用“防腐涂料措施”，否則采用“防腐涂料措施”加“陰極保護(hù)措施”。

c.城港大道非臨海段(即沿海積平原田地通過(guò)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(xì)水作用影響等因素，管道基底高程在地面標(biāo)高以上0.50m時(shí)(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(hù)措施”。

d.東吳中大道部分管段其土壤電阻率測(cè)試值為59～150Ω·m，按測(cè)試值其腐蝕等級(jí)為微—弱腐蝕，但由于所測(cè)土壤電阻率為平均土壤電阻率，場(chǎng)地上部為粉土層，使得所測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法單獨(dú)反映淤泥的電阻率。根據(jù)區(qū)域淤泥成因，推測(cè)其電阻率應(yīng)與周邊測(cè)試值相近，且該段地下水位埋藏深小、管道底標(biāo)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(hù)措施”。

根據(jù)以上原則，結(jié)合土壤電阻率測(cè)試、水土化學(xué)分析成果，對(duì)該項(xiàng)目濱海段PCCP管采取的防腐措施見(jiàn)下表。

濱海段PCCP管防腐措施表

續(xù)表

5 結(jié)語(yǔ)

a.該項(xiàng)目濱海段PCCP管根據(jù)以上評(píng)價(jià)正在實(shí)施陰極保護(hù)等防腐措施，可為類(lèi)似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

b.該項(xiàng)目具“大口徑、長(zhǎng)距離、高工壓”的特性，對(duì)具腐蝕環(huán)境介質(zhì)的濱海段增設(shè)陰極保護(hù)措施，可提高供水保證率，確保供水安全。

c.陰極保護(hù)是一種防腐新技術(shù)，是一個(gè)新型的邊緣學(xué)科，尤其是PCCP管陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用在福建省尚屬空白，應(yīng)監(jiān)測(cè)實(shí)施效果，以便推廣應(yīng)用?！?/p>

1 GB/T 19685—2005．預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．