华北盐渍区输水配套管道施工要领——以南水北调中线沧州市项目为例

周三省

（河北省沧州市水务局，061000，沧州）

南水北调配套工程沧州市输水管道工程，位于华北平原东部，河北省保沧干渠下游，线路全长65.8km，全部明挖槽铺，采用双排DN1 800 mmPCCPL管道长12.8km，壁厚115 mm，设计内压0.6 MPa；单排 DN2 000 mmPCCPL管道长32.4km，壁厚125 mm，设计内压0.6 MPa；单排DN900 mmDIP管道长 20.6km，壁厚 11.2 mm，设计内压1.0 MPa。管线穿越地势平坦广阔的华北油田和盐渍土地区，沿线村庄星罗棋布，河渠、堤防、铁路、公路纵横交错。输油、输气、给排水管道、电力、电信电缆交织如网，使输水管道工程设计与施工难度增加。

一、管材选择

管材质地决定管道的强度，抗腐蚀性及工作寿命是输水管道发生泄漏和爆管事故的重要原因，同时管材的投资一般占工程总投资的一半以上，因此在工程前期，按照工程不同部位和要求，合理选择管材十分重要。

1.管材选择原则

包括6个方面：①管材性能可靠，质量符合国家标准，能够承受设计要求的内外荷载；②耐腐蚀性好，有良好的抗渗性及耐久性；③水力条件好，粗糙系数小，输水能力基本保持不变；④施工方便、安全、容易安装；⑤工作寿命长；⑥工程造价和维修费用低。

2.不同管材的优缺点

（1）内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）

①优点：具有高密封性、高强度、高抗渗性的技术特性；具有良好的防腐性和耐久性；水力条件好，不结垢，管壁光滑，水流阻力小；采用承插口半柔性接头，耐震性能好；工作寿命长 （一般可达 75年）；价格低廉（DN1 800 mm单价3 329元/m）。

②缺点：制造工序多，加工工艺难度相对较大，容易产生管体裂缝；接头灌浆易开裂；管件重量大（DN1 800 mm 重量 2.30 t/m）。

（2）离心球墨铁管（DIP）

①优点：具有高延伸性、高抗拉性、高抗弯曲性的技术特性；管件电阻较大，不易产生电腐蚀，耐腐蚀性强；采用承插接口，柔性接头，承受局部沉降能力好；工作寿命长（一般50～100 年）；管壁薄、重量轻（DN900 mm重量 0.28 t/m）；价格适中（DN900 mm单价1 866元/m）。

②缺点：大口径DIP管壁薄，承、插口端容易变形，影响管道铺设；长期使用其粗糙度会随时间增长而增加影响过流量；DN>1 400 mm及DN≤200 mmDIP铸造难度大，相对价格高。

（3）钢管（SP）

①优点：具有金属密度高、极好的机械强度、抗弯抗拉性能强的特性；可以承受极高的内外压（一般为1.5～6.0 MPa）；管件长，制造精度高，表面质量好，容易加工；重量轻（DN900 mm，0.23 t/m）。

②缺点：SP刚度小，易变形，施工时组合焊接工作量大；钢材易锈蚀，防腐处理难度大；工作寿命短（一般20～30 年）；价格高（DN1 800 mm 单价7 669元/m）。

3.管材的组合

按照管材选择原则，对比PCCPL、DIP、SP三种管材的优缺点，进行经济技术比较，确定主管材采用PCCPL及DIP。穿越铁路采用混凝土箱涵，内套SP；穿越高速公路、国道省道采用混凝土顶管，内套SP；穿越县级公路，挖槽铺设SP，管顶设置混凝土垫层；穿越堤防，SP外包钢筋混凝土；穿越河渠，明挖敷设，当渠底长小于20 m采用SP，大于20 m采用PCCPL或 DIP。同时在穿越建筑物和管道弯折处选用SP连接。

二、管道防腐

输水管道防腐常用两种方法：一种是隔离法，采用非金属材料（环氧煤沥青、水泥砂浆）涂抹在管道表面；另一种是电化学保护法（牺牲阳极阴极保护）。输水管道工程考虑盐渍土和杂散电流干扰的腐蚀环境，综合采用这两种方法，对抑制管道腐蚀能达到很好的效果。

1.沿线土壤腐蚀的评价

管道沿线是冲积平原地貌，土壤主要以壤土、黏土、砂壤土和盐渍土为主，据设计单位地质勘察，土壤电阻率在3.16～20.00 ΩM范围内，管线长43.98km，占管线长 67%，具有强腐蚀性；电阻率在 20.10～50.00 ΩM 范围内，管线长21.82km，占管线长33%，具有中等腐蚀性。

南部地区地下水矿化度能达到1.86～2.54 g/L，属微咸水；北部地区矿化度能达到7.39 g/L，属咸水。溶于地下水中化合物分离的CL-、、Na+、Mg2+含量会随着矿化度的增高而急剧增加，对金属腐蚀产生严重危害。盐渍土中存在大量的 Na+、K+、Ca2+等阳离子，以及等阴离子。这些水溶性盐类溶解在地下水中，随着毛细管上升至地面，形成破坏性盐性环境。

地上水大部分对管道没有腐蚀性，但是小白河西支河水含有硫酸盐，对管道具有强—中等腐蚀性。

2.杂散电流干扰

输水管道穿越3处铁路、5处国道省道、78处县级公路 （含土路）；地下与华北油田油、气、电缆、光缆交叉，地上有紧邻的变电站、高低压电线、泵站和村庄。这些直流电源或电力设备产生的在土壤和地下水中流动的杂散电流，使埋在地下的输水管道遭受严重的局部腐蚀、穿孔、泄漏和损坏。

3.管道防腐措施

（1）涂层内外防腐

①外涂层。环氧煤沥青具有优异的物理机械性能和抗化学介质浸泡性能，还具有有效电绝缘性和粘结性，同时耐水、耐盐雾、抗微生物侵蚀、抗渗透性、抗杂散电流的优异性能，因此，最适用于管道外涂层材料。

PCCPL、SP采用无溶性特加强级环氧煤沥青喷涂，干膜厚度600 μm；DIP管外喷涂金属锌 （含锌量不小于99.99%），重量不少于 130 g/m2，再涂敷沥青漆或环氧树脂漆，涂层干馍平均厚度≥70μm，局部最小厚度不小于50μm，最大干膜厚度<250 μm。

②内涂层。所有管道内表面涂敷水泥砂浆衬里，水泥选用普通硅酸盐水泥，在硫酸盐腐蚀控制区，选用铝酸三钙含量不高于5%的普通硅酸盐水泥。水泥砂浆抗压强度≥48MPa，机械喷涂厚度DN900mm为10mm，DN1800mm为14mm，DN2000mm为15mm。

（2）牺牲阳极阴极保护

①PCCPL管道阴极保护。阴极保护原理：牺牲阳极是相比电位更负的金属，在电解质（土壤）中，将足够数量的电子送到混凝土金属表面，强制使混凝土金属成为阴极，阻止该金属释放电子，就能抑制混凝土金属的腐蚀，从而使被保护的金属得到保护。

PCCPL管道阴极保护准则：阴极保护电位（管/地界面极化电位），应负于-850 mV或更负 （相对应饱和硫酸铜参比电极，简称CSE）。管道极化电位差≥100 mV。最低负电位≥-1 200 V。保护电流密度i=0.15 mA/m2。锌合金阳极使用寿命30年。

电连续性：每个保护单元PCCPL之间进行电连续跨接，保证预应力钢丝和钢筒之间阴极保护电流的连续性，每个保护单元内有排气井、泄水井、检修井构筑物时，在管件两端进行电连续跨接，阳极电缆与带状锌极采用铝热焊接方式进行连接。

电绝缘性：为防止杂散电流干扰和PCCPL管道保护电流的流失，在保护单元管道两端，分支处以及外部管道连接处安装绝缘设施进行电绝缘，同时在两种不同材质管道的分界处，直流干扰段的两侧都要进行电绝缘。

②DIP管道阴极保护。球墨铸铁由于电阻较大，通常电阻值为50～70 Ω，是钢的5倍左右，故不易产生电腐蚀，加上DIP管道使用橡胶密封圈封水，更加提高了其电阻值，所以不需要进行阴极防腐保护。

③阴极保护系统失效。由于人为因素、意外或施工等原因会造成阴极保护系统的物理性破坏，使得阴极保护系统失散，常见的情况有：新建立的牺牲阳极系统、阴极系统，其中有一个系统未设置，使阴极保护不能运行；阴极保护系统设置不正确，未能提供足够的保护电流；阴极保护系统部件遭到破坏，一个或多个部件失效；阴极保护系统部件失效，有20%以上的时间未运行；施工单位未按设计要求施工或擅自修改设计施工。

三、管道防渗漏

管道出现漏水主要原因：一是材料质量差，当受到内外负荷超过管道极限承载力时，结构就会受到损坏。二是地基不均匀沉降，使管身和接口产生应力和应变弯曲，超过允许值时，导致接口脱出、开裂和断开。三是在施工中，不符合施工规范和设计要求，盲目施工造成施工质量差。管道漏水轻者出现射流或滴漏，重者出现爆管事故，因此预防漏水具有重要的社会效益、环境效益和经济效益。

1.管材质量的管控

建设单位向生产厂家派驻监造工程师，对原材料、生产过程、成品检验进行全过程监造。未经监造工程师签字，原材料不得使用，产品不得交付。监造工程师与建设、质量监督、检验等单位密切配合，从源头上严格控制生产厂家的生产质量。

建设、监理、施工等单位对运到工地的管件、配件、附件进行接收检查，检查产品合格证与出厂证、产品质量证明书与检验报告等，重点对外观尺寸与表面质量进行抽查，凡是标志不清、技术条件不明、技术指标不符合标准规定或设计要求的，不予接收。

PCCPL出现以下情况不得使用：管子内壁混凝土表面不平整光洁，表面出现直径或深度大于5 mm的空洞或凹坑以及浮渣、露石、严重的浮浆层和蜂窝、集中麻面等缺陷；管子承插口端部管芯混凝土出现缺料、掉角、空洞等瑕疵；管子外保护层出现空鼓、裂缝、分层及剥落现象；管内表面出现的环向裂缝或螺旋裂缝宽度大于0.5 mm，距管道插口端300 mm以内出现的环向裂缝宽度大于1.5 mm；管内表面沿管子纵轴线的平行线成15°夹角范围内存在裂缝长度大于150 mm的纵向可见裂缝；管子承插口椭圆度超过12.7 mm或大于0.5%；管子端面倾斜度超过6 mm（管子公称内径400～1 200 mm）或超过9 mm（管子公称内径 1 400～3 000 mm）。

DIP出现以下情况不得使用：管子表面出现凹陷、裂缝、重皮、毛刺等铸造缺陷超出规范和设计要求；飞边清除后造成壁厚减薄超过壁厚允许值；承插口密封工作面有连续轴向沟纹；管内表面上任何凸起高度超过内衬厚度的1/2。

2.预防地基不均匀沉降

沟槽开挖做好施工排水。布设排水沟，排除地面水，布设管井，排除地下水，使地下水控制在沟槽底0.5 m以下，以便干场作业。

管沟基础采用中粗砂垫层，厚15～20 cm，砂料含泥量不应大于5%。遇有淤泥时，清淤换土，进行基础换置，使地基承载力达到设计要求。

图1 管沟槽回填分区图

沟槽回填分区域采用不同的密实度（见图1），垫层Ⅰ区中粗纱和管基Ⅱ区砂砾料压实度≥95%，压实相对密度≥0.75；管身Ⅲ区回填土压实度≥90%，压实相对密度≥0.7；缓冲覆盖层Ⅳ区，回填土与Ⅲ区同时进行，但管顶1/3外径范围内的回填土不准碾压；复耕区Ⅵ区，回填清表土，留有适当的沉降量。这种回填方式，使管道顶部的填土处于中松侧实的状态，形成一定的拱效应。

3.加强安装质量

（1）橡胶圈安装

橡胶圈外观质量应符合以下要求：颜色均匀，表面不应有游离硫；材质致密，无肉眼可见的杂质、气孔、裂缝及其他有碍使用的缺陷；单个橡胶圈上凹凸不超过1 mm，面积不超过6 mm2，且不多于3处；飞边须除净，其厚度不应超过0.4 mm，剪损宽度应不超过0.8 mm；无平面扭曲现象，带接头的橡胶圈，接头处应平顺无分离迹象，接头处错位不应超过0.5 mm；每个橡胶圈只容许有1个接头。

施工要点：清洗管道承口内侧，插口外侧工作面，当发现有毛刺时要认真打磨；PCCPL将橡胶圈套入插口上的凹槽内，DIP将橡胶圈套入承口上的凹槽内，保证橡胶圈在凹槽内受力均匀，没有扭曲翻转现象；用食品级植物类润滑剂均匀涂擦在承口内侧，插口外侧工作面上及橡胶圈上，检查涂复是否完好。

接口安装时应准确将插口一次插入承口到达预先做好的标记线处；安装就位后用钢制测隙规插入承插口之间，检查橡胶圈各部位的环向位置，确认橡胶圈在同一深度。另外，DIP还得用薄窄钢尺绕着插口90°四点检查橡胶圈压缩比，要达到20%～30%。

（2）管件安装间隙处理

PCCPL管件安装承插口间隙：在管道基础均匀的直线段安装空隙控制在25 mm，允许偏差 （-10 mm,+5 mm），当管道基础不均匀时，最大允许间隙为25 mm。当接口有转角，最小间隙≥10 mm，同时要满足接口打压试验合格。如果不满足上述条件，相邻管件拆除重装。

借转角要求：对于调整直线段纵向偏移误差，或曲线段实现管线的弧形铺设，采用借转角方式处理时，要符合单个PCCPL接口允许偏转角≤0.5°，单个DIP接口允许偏转角≤1.0°。

PCCPL安装间隙填缝：PCCPL管道属半柔性接头，外部接缝充填水泥砂浆，再冷缠250 mm宽环氧煤沥青带。内部接缝填筑聚硫双组建筑密封胶，填筑厚度2 cm，要求密封胶外观为均匀膏状物，无结皮结块，物理力学性能符合JC/T 483—2006的要求，然后人工抹水泥砂浆。

DIP安装间隙处理：DIP管道属柔性接头，可用沥青胶泥、沥青麻丝或沥青锯末等材料充填接口内外缝隙。

四、压水试验

1.PCCPL接头密封性检验

接头打压分三次进行。

（1）接头打压

第一次在每节管道安装完成后，随即进行接头打压，打压合格后才能安装下一管节。第二次每安装3节PCCPL后，对之前安装的第一根PCCPL接头进行第二次打压，这是对第一次打压检验的复验。打压合格后，具备了接头处外缝灌浆和土方回填条件。第三次在管顶以上土方回填50 cm后进行，检验管道在初步变形后是否仍符合要求，接头打压合格后，可进行内缝勾嵌。

（2）接头打压检验方法

接头打压使用经过率定的专用加压泵，从接头下部进水孔压水，上部排气孔排气，排气结束后拧紧螺栓，逐步加压至管道试验压力，保持5 min压力不下降，即为合格。

（3）接头打压检验注意事项

安装PCCPL时排气孔在管道顶部，进水孔在管道下部，以方便打压操作；管道升压过程中，压力表数字摆动不稳，说明管道气体没排尽，应重新排气再升压；每次打压，检查管道环向对接缝处有无漏水现象，同时观察压力表读数变化是否在设计规定范围内；第三次打压合格后，及时封堵打压孔；接口打压若判定为不合格，确认接口漏水、损坏现象时，应及时停止打压，拆除管节，查明原因，更换橡胶圈，重新安装，直至符合要求。在第三次打压不合格时，因接头已灌浆，土方已回填，需由监理单位组织建设、设计、质量监督、施工等单位共同协商处理办法，经建设单位同意，予以处置。

2.PCCPL、DIP管道静水试验

按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）要求，DIP管道水压试验分段长度一般不超过1 000 m；PCCPL管道水压试验长度以标段划分，不超过6km。以注水法进行实际渗水量测定，在其允许渗水量范围内作为试验合格的标准。

管道注水。关闭沿线有关闸阀，打开排气阀，用试压水泵自管道下游端缓缓注水，控制水流速度在0.3m/s以内，流量小于1.0m/s。当管道注满水至排出的水流中,不带气泡，水流连续，即可关闭排气阀，保持管道内壁及接口材料充分浸泡，PCCPL不小于72 h，DIP不小于24h，然后再进行水压试验。

打压试验。采取分级打压，每级升压0.2 MPa，保持稳压不小于10 min，检查管身、接口、镇墩、后背、支撑及构筑物有无异常现象，有无破损、漏水现象，确认情况正常后，方可继续升压。在升压过程中，如有压力下降，且水压降不得超过0.03 MPa，应及时向管道内补水，保证管道设计试验压力稳定，稳压延续时间不得小于2 h。计算稳压时间内管道补入的水量，即是实测渗水量，当小于允许渗水量时，管道密实性为合格。

水压试验应注意事项：试压时管道内不应有气泡，否则当管道发生漏水时，会导致压力下降现象，不易从压力表上反映出来；管道升压过程中，压力表摇摆不定，摆幅较大，读数不稳，且升压又较慢时，示意管道内气体没有排尽，应重新排气再升压；管道内注水后，必须让其充分浸泡，才能保证管道试压准确；管道顶部土方回填时，宜留出接口位置，以方便检查和修理；当管道有压力时，检查管道不得用手锤敲打管壁和接口，严禁修理管道缺陷，遇有缺陷，应做出标志，卸压后再修补；水压试验过程中，管道危险区域，例如后背、支撑、管端等严禁站人，确保人员安全。

五、结 语

南水北调中线工程配套建设正在有序进行。长距离输水管道管材选择要充分考虑管材性能、施工、寿命、造价等因素。在石油基地和盐渍土地区采用涂层隔离和阴极保护技术的防腐措施，能有效地防止土壤的电化学腐蚀，不仅保障了输水管道的安全和耐久性，同时提高了输水管道使用寿命。在施工过程中应严格按照设计要求和相关规范施工，严把关键部位各个环节的质量关，才能保证管道不漏水，实现质量达到优良目标。

[1]河北省水利水电第二勘测设计院.河北省南水北调配套工程保沧干渠工程初步设计报告[R].2013.

[2]GB/T17456.1—2009/ISO8179—2004，球墨铸铁管外涂层标准[S].

[3]GB 50268—2008，给水排水管道工程施工及验收规范[S].

[4]葛燕.耐腐蚀钢筋及阴极保护[M].北京：化学工业出版社，2011.

[5]河南省南水北调中线工程建设领导小组办公室.河南省南水北调配套工程PCCP管道工程质量评定办法（试行）[R].2013.

[6]GB/T 13295—2008，水及燃气管道用球墨铸铁管管件和材料[S].

[7]JC/T 748—2010，预应力与自应力混凝土管用橡胶密封圈[S].