PCP管道水泥砂漿保護層開裂滲漏成因分析及應對

陳維杰

（河南省水利水電工程質量監測監督站新鄉市南水北調配套工程項目站，453000，新鄉）

PCP管道水泥砂漿保護層開裂滲漏成因分析及應對

陳維杰

（河南省水利水電工程質量監測監督站新鄉市南水北調配套工程項目站，453000，新鄉）

PCP；裂縫；外防腐層設計

一、PCP管道裂縫問題概述

新鄉市南水北調配套工程施工4標承建的鳳泉支線是位于主管道樁號主1+528處的分支線路。支線管徑Φ800 mm，管材為PCP管和鋼管。在該線0+013.535 m（0+017.535 m處設置檢修閥）設一Φ800 PCP旁通管，旁通管上0+037.535 m處亦設置有檢修閥。2015年6月10日，該處供水系統進行了充水，6月27日完成靜水壓試驗，當時試驗壓力值為0.44 MPa，試驗結果合格。之后進入試運行階段，設計工作壓力為0.35 MPa，至2015年12月17日發現滲漏問題前，該管段未發現異常現象。

2015年12月17日，施工單位發現鳳泉支線管首段地面出現少量積水，次日發現積水增多，并伴有泉眼冒水，因此懷疑該處埋管出現滲漏現象，隨即組織開挖（該處管底離地面5.2～5.3 m），到20日挖至埋管處，發現兩處漏水點，分別位于旁通管樁號0+ 022.095～0+027.095的同一根管節正上方，兩縫相距2.5 m，均沿管道呈環向分布，縫長約1 m，縫寬約2 mm，漏水呈散射狀，后經實測漏水量約為1 m3/h（漏水處與總干渠自然水面的落差為15.035 m，滲漏部位管道內的自然壓力為0.15 MPa）。

25日施工單位對漏水部位進行搶修，先用鋼板制作抱箍將漏水部位環向裹住焊接，接著沿抱箍兩端填塞麻繩及速凝水泥，待水泥終凝后將抱箍下方的出水閥門關閉（之前為開閥排漏狀態）。26日檢查時，發現抱箍上下游各15 cm范圍內PCP管道外壁呈冒水泡狀況，說明搶修未成功。2016年1月5日，施工單位開始進行返工處理，首先將抱箍兩端下面的PCP管道外防腐層（水泥砂漿）鑿除并清理干凈，然后用朗凱奇牌L—501堵漏王速凝劑進行塞隙封堵，過后未再發現滲漏現象。

二、管道裂縫成因分析

造成管道產生裂縫而導致漏水的原因包括三種：一是內水壓力過大而脹裂；二是地基不均勻沉陷而斷裂；三是管道保護層出現裂縫，造成鋼絲甚至鋼筋局部斷裂，進而導致管體裂縫而漏水。對于該工程而言，滲水部位的內水壓力尚不到正常工作壓力值，更小于試驗壓力值，因此第一種可能性應予排除；第二種可能性亦找不到足夠依據（主要由開挖、回填資料分析）來推斷；剩下就只有第三種可能性了。

根據GB 5696—2006預應力混凝土管標準，PCP管道的水泥砂漿保護層是不允許出現結構性裂縫的（一般人工檢查時可掌握為無任何的可見裂縫），而在實際應用中，水泥砂漿保護層出現形狀不一的裂縫卻時有發生，因為水泥砂漿保護層脆弱、抗拉強度低，當受到一定力量的沖擊、拉伸時，就極易出現裂縫。即使在工廠內保護層是完好的，那么出廠后的運輸吊裝過程中也難免遇到一定的碰撞、震動，敷設運行后也要承受一定的內外負載，這些都是造成水泥砂漿保護層裂縫的誘因。當然，對于碰撞與震動等外因條件，如果采取切實有效的措施，是可以最大限度避免的，但內壓因素則可能是不可避免的“主因”。

要說明這一“主因”的影響，就應從保護層的制作工藝說起。保護層是在管芯纏繞鋼絲后，在無內壓狀態下形成、養生、定型的。運行或試壓時，這個纏繞鋼絲的管芯將承受內壓，有內壓同無內壓相比，整個構造有一個小小的“膨脹”，這個膨脹有將保護層脹裂的傾向，這便是保護層裂縫生成的源頭且無法避免之。

上述內因與外因條件是造成PCP管道砂漿保護層普遍存有裂縫的常態現象，只是程度不同而已，嚴重的則有可能形成結構性裂縫。研究表明：一般裂紋或裂縫多呈間隔式、不連續網狀分布，且延管身環向較長、縱向較短，分布位置幾乎全部集中于臥式放置管道管周1/3的上半部，這一描述與本案例幾乎吻合。

當保護層裂縫周圍出現腐蝕性介質時，介質便會乘“縫”而入，銹蝕管芯鋼絲、鋼筋，久而久之，使鋼絲、鋼筋截面銹蝕縮小，受力性能降低。鋼絲斷裂則難免催生管壁混凝土裂縫加深加長，直至形成通縫而漏水，鋼筋斷裂則可能引發更嚴重的爆管。

管道周圍的腐蝕性介質主要是水和土壤。據調查，該地地下水埋深約9 m，水質對保護層裂縫中的鋼絲、鋼筋影響可不予考慮。土對管道的腐蝕性影響與土的類型、巖性及受污染程度有關，一般應通過取樣測試氧化還原電位、電阻率、極化電流密度及有關化學指標，然后對照《巖土工程勘察規范》（GB 50021—2001）來判定，如土壤的電阻率小于20 Ω·m的，視為強腐蝕性，20～50Ω·m的為中腐蝕性。

當地未做上述定量測試，只能進行定性分析：該案例地處城市近郊，土壤中雜散電流較多，管線難免成為雜散電流的集中通道，當管道保護層出現裂隙或孔洞后，露出的鋼絲、鋼筋就形成腐蝕電池 （即氧濃差電池，稱縫隙腐蝕），進而加劇鋼絲、鋼筋的縫蝕或孔蝕破壞，縱然可采取陰極保護措施解決部分此類問題，但失敗的案例也不鮮見。在美國的相關管線失效報告中就有提及陰極保護下鋼絲、鋼筋銹蝕更嚴重的案例。北京市南水北調管線部分地區土壤中電阻率小于20 Ω·m、電流密度達到0.3 mA/cm2以上，使土壤腐蝕性等級達到“強”的標準。盡管外地講述的案例多為PCCP管道，但就保護層出現裂縫而“誘入”腐蝕性介質進而破壞管芯中鋼絲甚至鋼筋的推論而言，二者應該并無差別。

三、應對措施與建議

施工單位雖然采取 “抱箍+速凝劑”對裂縫漏水進行了成功處理，但畢竟屬于“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的權宜之計。面對PCP管道水泥砂漿裂紋的不可避免，以及土壤與地下水腐蝕性介質的客觀存在，拿出普遍實用的治本措施，是當下關鍵所在。

顯然，保護層裂紋裂縫和腐蝕性介質是共同導致管體裂縫漏水的成因，解決任何一方面，問題均可解決。毋庸諱言，一般情況下從解決保護層問題入手更為現實，因其涉及僅為管材設計、制造、施工等領域，而解決腐蝕性介質問題則需要綜合治理。這里僅就改進保護層的設計方案做初步的探討。

鑒于采用水泥砂漿作為PCP管道防腐層的上述教訓，筆者認為，在強腐蝕性地區應謹慎選用。通過查閱國內外有關資料，建議改用超厚膜環氧煤焦瀝青涂料代替之。這種新型材料具有三大優點：一是兼備環氧樹脂的良好附著力與瀝青樹脂的有效防水性，以及較高的耐腐蝕介質滲透功能；二是一次成膜厚度高，在達到同樣膜厚的情況下，可減少涂裝施工道數；三是價格較為便宜，設計時，由于國內目前尚未制訂出關于PCP管道防腐層設計規范，不妨暫可按《石油化工企業設備與管道涂料防腐設計與施工規范》（SH 3022—1999）先行評價項目區的防腐蝕等級（建議中、弱腐蝕區仍可選用水泥砂漿作防腐層），然后再按規范要求設計防腐蝕涂層的結構與干膜厚度，一般普通級的結構為底漆—面漆—面漆—面漆，厚度≥0.3 mm；加強級的結構為底漆—面漆—面漆、玻璃布、面漆—面漆，厚度≥0.4 mm；還有特加強級的設計標準。

四、結 語

PCP管道水泥砂漿保護層出現龜裂在所難免，當局部裂縫通達管芯鋼絲、鋼筋后，便會誘入腐蝕性介質而造成漸進式銹蝕，使鋼絲、鋼筋斷面不斷縮減，影響受力性能，直至絲斷而進一步加劇裂縫的發展。從改進設計思路考慮，應首先對項目區的腐蝕程度進行評價，建議強腐蝕地區改用環氧煤焦瀝青涂料作保護層。 ■

［1］李萬智，付邦磊，王東黎，等.南水北調中線工程PCCP外防腐設計及其龜裂問題分析處理 ［J］.水利水電技術，2009，40（12）.

［2］趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護［M］.北京：國防工業出版社，2002.

［3］沈之基，鄭小明.美國PCCP管的失效對中國給水管道的警示［C］.第八屆中國城鎮水務發展國際研討會論文集，2013.

責任編輯 軒 瑋

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1000-1123（2016）10-0043-02

2016-01-20

陳維杰，高級工程師。