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(shè)計研究院,陜西 西安 710000）

1 引言

在國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的推動下,大量污染物被違規(guī)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(tài)環(huán)境。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,大量地下混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施投入建設(shè)和使用,地下建筑物在污染水土的環(huán)境下會遭受較為嚴重的腐蝕損壞,這樣會給社會帶來經(jīng)濟損失,同時會浪費過多的資源及能源設(shè)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(jié)構(gòu)在使用期間會受到污染地下水以及土壤中腐蝕介質(zhì)的侵蝕,引發(fā)一系列反應(yīng),進而破壞混凝土、鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)。本文以陜西省某輸水管道其中一段為工程實例,根據(jù)相關(guān)規(guī)范及任務(wù)要求確定測試項目及評價腐蝕程度,為輸水管道的防腐設(shè)計、施工提供依據(jù)。

2 工程及地質(zhì)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(qū)兩個重點城市,始端設(shè)計流量4 m3/s。輸水管道擬采用鋼管地下埋設(shè),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(zhì)概況

管線主要穿越渭河一級、二級階地、黃土臺塬區(qū)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(jù)管道埋置深度,管道穿越的地層簡述如下：

（1）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q42al+pl）砂壤土：灰黃色,土質(zhì)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)沖洪積層（Q41al+pl）砂礫石：礫石成分以灰?guī)r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(tǒng)風積層（Q3eol）黃土：淺黃色,稍濕,可塑～硬塑,針孔發(fā)育,垂直節(jié)理發(fā)育。覆蓋于渭河二級階地及黃土臺塬區(qū)上部。

（6）第四系上更新統(tǒng)風積層（Q3eol）古土壤：棕紅色,具團粒結(jié)構(gòu),針孔發(fā)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(tǒng)沖積層（Q3al）粉質(zhì)粘土：灰黃色,土質(zhì)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(tǒng)風洪積層（Q2eol+pl）黃土狀壤土：褐黃色,土質(zhì)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(jù)設(shè)計要求,本次土壤腐蝕性測試依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001）2009 版有關(guān)土壤對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性、對混凝土內(nèi)鋼筋腐蝕性以及對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕評價規(guī)定并考慮設(shè)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(nèi)試驗及現(xiàn)場測試兩種。

室內(nèi)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(zhì)離子的含量來判定土壤的腐蝕性。腐蝕介質(zhì)包括SO4

2-含量、Mg2+含量、NH4+含量、Cl-含量以及pH值五項。室內(nèi)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(xiàn)場測試按《巖土工程勘察規(guī)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(zhì)量損失等5 項。質(zhì)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(zhì)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(nèi)測試成果

室內(nèi)試驗成果按《巖土工程勘察規(guī)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(jié)構(gòu)具微腐蝕性,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕。

3.2.2 現(xiàn)場測試成果

現(xiàn)場試驗成果按《巖土工程勘察規(guī)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(jié)構(gòu)腐蝕性評價依據(jù)表

表4 土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價表

由表4 可知,渭河一級階地壤土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱～中型,渭河二級階地黃土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱型,漆水河漫灘砂壤土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱型,漆水河一級階地壤土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱型,黃土塬黃土及古土壤對鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的腐蝕性具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕。現(xiàn)場測試渭河一級階地壤土對鋼結(jié)構(gòu)具弱~中等腐蝕,渭河二級階地黃土對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕,漆水河漫灘砂壤土對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕,漆水河一級階地壤土對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕,黃土塬黃土及古土壤對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性為弱~中等腐蝕。

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)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(nèi)試驗及現(xiàn)場測試成果判定：渭河一級階地壤土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕；渭河二級階地黃土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕；漆水河漫灘砂壤土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕；漆水河一級階地壤土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕；黃土塬黃土及古土壤對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕,對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕。

4 結(jié)語

地下建筑物以及結(jié)構(gòu)在使用期間會受到地下水污染以及土壤中腐蝕介質(zhì)的侵蝕,引發(fā)一系列反應(yīng),進而破壞混凝土結(jié)構(gòu)。腐蝕介質(zhì)中可溶性鹽的種類繁多,與腐蝕密切相關(guān)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(guān)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(qū)段腐蝕性較強,需要對輸水管線進行防腐處理,根據(jù)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(shè)計、 制造和施工的各個環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)方面,提高混凝土和砂漿質(zhì)量和性能加以控制,強化和保護鈍化膜,充分發(fā)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(nèi)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(huán)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(jù)防腐層質(zhì)量、土壤環(huán)境、現(xiàn)場條件和運行管理等因素,綜合分析確定。根據(jù)沿線電阻率值,為減小鋼管和預(yù)應(yīng)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。