陕西省某引水工程水管道土腐蚀性问题浅析

任宇哲

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710000）

1 引言

在国家城镇化建设的推动下,大量污染物被违规处理和排放,造成土壤中的污染物越积越多,严重污染了土壤的生态环境。随着国民经济的发展,大量地下混凝土结构基础设施投入建设和使用,地下建筑物在污染水土的环境下会遭受较为严重的腐蚀损坏,这样会给社会带来经济损失,同时会浪费过多的资源及能源设备,更为严重的会对建筑物安全造成威胁。地下建筑物以及结构在使用期间会受到污染地下水以及土壤中腐蚀介质的侵蚀,引发一系列反应,进而破坏混凝土、钢筋及钢结构。本文以陕西省某输水管道其中一段为工程实例,根据相关规范及任务要求确定测试项目及评价腐蚀程度,为输水管道的防腐设计、施工提供依据。

2 工程及地质概况

2.1 工程概况

输水管道总长153 km,本段管线长31 km,工程涉及的受水对象包括武功县、杨凌区两个重点城市,始端设计流量4 m3/s。输水管道拟采用钢管地下埋设,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；铁路、公路段以顶管形式穿越。

2.2 地质概况

管线主要穿越渭河一级、二级阶地、黄土台塬区及漆水河漫滩、一级阶地等地貌单元。地形整体上呈北高南低,西高东低的趋势,相对高差达130 m 左右。本段除漆水河漫滩地下水埋藏较浅,其余地段管道均位于地下水位以上,因此本文仅对土壤对管道的腐蚀性进行评价。根据管道埋置深度,管道穿越的地层简述如下：

（1）第四系全新统冲洪积层（Q42al+pl）砂壤土：灰黄色,土质不均,具孔隙,稍湿～湿,可塑,分布于漆水河漫滩。

（2）第四系全新统冲洪积层（Q42al+pl）细砂：浅黄色,成分以长石、石英为主,湿,稍密。分布于漆水河河床及漫滩下部。

（3）第四系全新统冲洪积层（Q41al+pl）壤土：灰黄色,具孔隙,稍湿～湿,可塑。分布于渭河及漆水河一级阶地表层。

（4）第四系全新统冲洪积层（Q41al+pl）砂砾石：砾石成分以灰岩为主,湿,稍密。分布于渭河及漆水河一级阶地下部。

（5）第四系上更新统风积层（Q3eol）黄土：浅黄色,稍湿,可塑～硬塑,针孔发育,垂直节理发育。覆盖于渭河二级阶地及黄土台塬区上部。

（6）第四系上更新统风积层（Q3eol）古土壤：棕红色,具团粒结构,针孔发育,稍湿,硬塑。分布于渭河二级阶地及黄土台塬黄土下部。

（7）第四系上更新统冲积层（Q3al）粉质粘土：灰黄色,土质均匀,稍湿,可塑。分布于渭河二级阶地下部。

（8）第四系中更新统风洪积层（Q2eol+pl）黄土状壤土：褐黄色,土质较均,稍湿,可塑~硬塑,含蜗牛壳及零星的钙核。分布于黄土台塬中部。

3 土壤腐蚀测试方法及成果

3.1 测试方法

根据设计要求,本次土壤腐蚀性测试依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）2009 版有关土壤对混凝土结构腐蚀性、对混凝土内钢筋腐蚀性以及对钢结构腐蚀评价规定并考虑设计管道实际布置情况和地貌等条件综合选定测试项目。测试方法采用室内试验及现场测试两种。

室内试验即在野外取具有代表性的原状土样,送至实验室分析各腐蚀介质离子的含量来判定土壤的腐蚀性。腐蚀介质包括SO4

2-含量、Mg2+含量、NH4+含量、Cl-含量以及pH值五项。室内试验中SO42-、Mg2+含量可以通过ETA 容量法测得；NH4+含量可以通过钠氏试剂比色法测得；Cl-可以通过莫尔法测得；pH 值可以通过电位法测得。

现场测试按《岩土工程勘察规范》腐蚀性评价。测试项目包括 ：pH 值 、氧化还原电位 、极化电流密度 、电阻率、质量损失等5 项。质量损失项目要求拟用输水的钢管埋置于土体一定时间,称重后对比前后的标准质量损失,本次研究阶段无钢管材料可做 ；因此目前测试项目为pH 值 、氧化还原电位 、极化电流密度 、电阻率4 项。

3.2 测试成果

3.2.1 室内测试成果

室内试验成果按《岩土工程勘察规范》腐蚀性评价标准见表1,测试成果及腐蚀性评价见表2。

表1 腐蚀评价标准

表2 测试成果汇总表 单位：mg/kg

由表2 可知,渭河一级阶地、渭河二级阶地、漆水河漫滩、漆水河一级阶地及黄土塬出露的黏土地基,对混凝土结构具微腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具微腐蚀。

3.2.2 现场测试成果

现场试验成果按《岩土工程勘察规范》腐蚀性评价标准见表3,测试成果及腐蚀性评价见表4。

表3 土对钢结构腐蚀性评价依据表

表4 土对钢结构的腐蚀性评价表

由表4 可知,渭河一级阶地壤土对钢结构的腐蚀性为弱～中型,渭河二级阶地黄土对钢结构的腐蚀性为弱型,漆水河漫滩砂壤土对钢结构的腐蚀性为弱型,漆水河一级阶地壤土对钢结构的腐蚀性为弱型,黄土塬黄土及古土壤对钢结构的腐蚀性为弱～中型。

3.3 综合评价

原位测试试验各地貌单元及地层对混凝土结构的腐蚀性具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具弱腐蚀。现场测试渭河一级阶地壤土对钢结构具弱~中等腐蚀,渭河二级阶地黄土对钢结构具弱腐蚀,漆水河漫滩砂壤土对钢结构具弱腐蚀,漆水河一级阶地壤土对钢结构具弱腐蚀,黄土塬黄土及古土壤对钢结构的腐蚀性为弱~中等腐蚀。

根据《岩土工程勘察规范》评价标准：腐蚀性评价时,采用单项指标进行评价。腐蚀性等级如果不同时,综合评定按最高腐蚀等级进行评定。

综合室内试验及现场测试成果判定：渭河一级阶地壤土对混凝土结构具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具中等腐蚀；渭河二级阶地黄土对混凝土结构具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具弱腐蚀；漆水河漫滩砂壤土对混凝土结构具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具弱腐蚀；漆水河一级阶地壤土对混凝土结构具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具弱腐蚀；黄土塬黄土及古土壤对混凝土结构具微腐蚀,对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀,对钢结构具中等腐蚀。

4 结语

地下建筑物以及结构在使用期间会受到地下水污染以及土壤中腐蚀介质的侵蚀,引发一系列反应,进而破坏混凝土结构。腐蚀介质中可溶性盐的种类繁多,与腐蚀密切相关的阴离子类型主要有碳酸根离子、氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子,与腐蚀关系密切的阳离子类型主要有镁离子和钙离子,同时pH 值、总矿化度以及游离二氧化碳也对混凝土腐蚀有一定影响。

针对本工程考虑到长输管道供水安全的重要性且工程部分区段腐蚀性较强,需要对输水管线进行防腐处理,根据腐蚀性原理不同可以分为以下两类防腐处理措施：

1）管道外防腐

从管道设计、 制造和施工的各个环节加以控制，以加强管道防腐性，降低运行管理费用,延长管道使用寿命。如从管道自身结构方面,提高混凝土和砂浆质量和性能加以控制,强化和保护钝化膜,充分发挥其自身抗腐蚀的特点,为钢丝和钢筒提供保护。另外,参考国内类似工程,对本工程全线管道进行涂层防腐,采用超厚膜重防腐蚀环氧煤沥青涂料进行涂层防腐；对管承插口处采用聚硫密封间隙，来隔绝腐蚀性土壤与钢筒的接触。

2）管道阴极保护

选择阴极保护方式,主要根据防腐层质量、土壤环境、现场条件和运行管理等因素,综合分析确定。根据沿线电阻率值,为减小钢管和预应力钢丝的腐蚀破坏,延长管道使用寿命,对 PCCP 与SP 管材施加牺牲阳极法阴极保护。