蒋 锐

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

0 引言

引汉济渭二期工程是陕西省引汉济渭工程的重要组成部分，工程从关中配水节点黄池沟起，布置南、北两条输水干线工程向各受水对象输水。北干线线路全长130.86 km，始端设计流量30 m3/s。其中桩号0+715～39+020 段为压力管道输水，拟采用预应力钢筒混凝土管（PCCP），最大直径3400 mm。

预应力钢筒混凝土管（PCCP）是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。已在我国一些大型输水工程中得到广泛应用，如南水北调中线北京段应急供水工程、山西万家寨引黄连接段给水工程、深圳东部引水工程、哈尔滨磨盘山引水工程、辽宁大伙房水库输水（二期）工程等。

土壤对PCCP 管道的腐蚀对管道安全运行影响很大。据ACPPA 有关统计资料：美国和加拿大的9 家公司，1943 年～1990 年PCCP 损坏事故比例占0.30%，其中82.1%的管道事故由各种腐蚀造成；国内个别PCCP 供水工程试运行及投运期间, 也出现过PCCP 因钢丝锈蚀等而引发的事故[1]。因此查明管道沿线土壤对PCCP 管的腐蚀性至关重要。

1 腐蚀性评价指标及标准的确定

PCCP 管是一种特殊的钢结构，表层为水泥砂浆，钢结构不与土层直接接触，但又区别于混凝土中的钢筋。因此首先应该确定用钢筋混凝土中的钢筋的土腐蚀评价标准还是埋地钢质管道的腐蚀评价标准。参考国内相关研究，并从有利于管道长久安全运行的角度，本文采用埋地钢质管道的腐蚀评价标准进行评价。

考虑工程实际，结合土对钢结构的腐蚀评价，本工程需要获取PCCP 管道沿线地层的pH 值、氧化还原电位、视电阻率、极化电流密度、质量损失等参数。实际工作中对土壤的极化电流密度及质量损失进行了取样室内试验，pH 值、视电阻率、氧化还原电位进行了原位测试。

腐蚀性评价中，采用单项指标评价，对按试验指标对应评价标准评价的腐蚀性等级不同时，综合评定按最高腐蚀等级进行评定[2]。土壤对钢结构腐蚀性评价标准见表1[3]。

表1 土对钢结构腐蚀性评价标准

2 测试方案及测试方法

2.1 测试方案

拟采用PCCP 管道段的桩号为0+715～39+020，根据前期地质勘察成果，管道段属渭河盆地，地形较为平坦，穿过的地貌单元有山前洪积扇、黑河、渭河漫滩、渭河一级阶地、渭河二级阶地、黄土塬。

土壤腐蚀性测试采用现场测试和室内试验两种方式，考虑地貌单元的因素，在同一地貌单元内测试点尽量等间距布置，共布置测点15 组，分述如下：

山前洪积扇段管道长约15 km，管基地层为砂卵石及砂壤土，布设测点3 个；黑河、渭河漫滩段管道长约4.5 km，管基地层为砂卵石，布设测点3 个；渭河一级阶地段管道长约6 km，管基地层为壤土，布设测点3 个；渭河二级阶地段管道长约15 km，管基地层为黄土，布设测点3 个；黄土塬段管道长约1 km，管基地层为黄土，布设测点3 个。

测点间距一般1.5 km～5 km，最大深度均达到管基埋深，其中位于粗粒土地层中的5 个，细粒土地层中的10 个。各测点编号与地貌单元关系见表2。

表2 测点编号与地貌单元关系

2.2 测试方法

2.2.1 氧化还原电位

测定土壤氧化还原电位的目的，是为了确定土壤微生物腐蚀的有无及其强弱。较高的氧化还原电位，表明土壤体系通气性较好；而氧化还原电位低，则表明土壤通气性差，处于嫌气条件之下。本次氧化还原电位仪型号为DMP-2，野外原位测试现场采用铂电极法，分别测量5 支铂电极对甘汞电位差，单位为 mV，计算公式为 E土地=E实测+E甘汞电极。甘汞电极不同温度的差异如表3。

表3 不同温度下饱和甘汞电极的电极电位

2.2.2 土壤视电阻率

土壤视电阻率是表征土壤导电能力的指标，一般认为，土壤视电阻率越低，腐蚀程度就越高。所以土壤视电阻率普遍用来作为衡量腐蚀程度的重要指标之一，视电阻率测试仪型号为ZC-8，现场测试采用对称四极交流电法。视电阻率单位为Ω·m，计算公式为：

式中：a 为测量深度系数；R 为比例系数；T 为0.5 m 深度测量的土壤温度；ρ15为经过温度矫正后的最终土壤视电阻率值。

2.2.3 极化电流密度

极化电流密度是通过极化曲线的测定，用低碳钢板制25 mm×25 mm 的方形电极, 电极引线焊在每个电极背面,用环氧树脂绝缘。对从野外取回的原状土进行切割,使厚度介于50 mm～60 mm,夹于两电极之间,电极与试验土样紧密接触,保持10 min～15 min 后开始试验。

为了测得极化曲线,将电源正负极接于钢板,当电流密度逐渐增大时,电极产生极化。每个电流值的持续时间为5 min,电极间电位差的测量是在极化电路断开时进行。当电极间极化电位差＞600 mV 时,终止试验。按照取得的数据,读取电位差等于500 mV 时的电流密度值作为测定值，单位为mA/cm2，计算公式为：

式中：IK 为测得的电流值，mA；iK 为最终土壤极化电流密度。

2.2.4 质量损失

土的标准质量损失采用室内管罐法测定，首先对标准试件进行去锈、去油，经蒸馏水洗净干燥后称重，然后对野外采集的土壤进行烘干处理，进行研磨后过筛，之后将土样放入试件中加压，保持24 小时，停电后取出试件，去掉土和疏松的腐蚀产物，并在碱性溶液中进行阴极剥离，直到腐蚀产物除净，将试件再用蒸馏水清洗、干燥、称重(误差至0.01 g)，计算土的标准质量损失，每个土样作3 个试样的平行试验。

3 测试成果

根据原位及室内测试，引汉济渭二期北干线PCCP 段管道沿线各地层的土腐蚀性评价指标测试成果如表4。

表4 土对钢结构腐蚀性测试成果表

4 土壤腐蚀性评价及分析

根据表1～表4，土对钢结构的腐蚀性综合评价如表5。由表5 可知：沿线土壤对PCCP 管具有微～强腐蚀性。

根据各测点地形地貌、地层岩性，对测试成果进行分析发现。

表5 土对钢结构腐蚀性综合评价表

由表5 及各测点地貌、地层，分析得出沿线土壤对PCCP管具有微～强腐蚀性，并有如下规律：

①各测点氧化还原电位、pH 值评价均为微腐蚀，视电阻率评价为微～中等腐蚀，极化电流密度腐蚀性评价为强腐蚀，质量损失评价为微～弱腐蚀，腐蚀等级主要受极化电流密度的控制。

②粗、细粒土在氧化还原电位、质量损失率方面差异较大，粗粒土这两个指标评价均呈微腐蚀，细粒土氧化还原电位评价为中等腐蚀，质量损失评价为弱腐蚀。

③河漫滩腐蚀等级为微腐蚀，山前洪积扇腐蚀等级为微～强腐蚀；渭河一、二级阶地、黄土塬均为强腐蚀；

④粗粒土地层腐蚀等级均为微腐蚀，细粒土地层腐蚀等级均为强腐蚀。

5 结语

（1）根据测试成果，依据相关标准对引汉济渭二期工程北干线PCCP 管段土壤腐蚀性进行综合分析评价，沿线地层对钢结构具腐蚀性，腐蚀等级为微～强腐蚀。建议采用防腐层外加阴极保护的联合防护措施。

（2）管道沿线粗、细粒土对钢结构的腐蚀性等级差别较大，设计防护措施时可在确保工程安全运行的前提下，根据管道所处土壤类别分别设计，以节省工期及工程量。

（3）PCCP 管结构特殊，目前尚无专门的腐蚀性评价体系，采用埋地钢质管道的腐蚀评价标准来评价只是权宜之计。随着国内PCCP 管道应用的大发展，应及早建立PCCP 管土壤腐蚀性评价体系。