PCP管道水泥砂浆保护层开裂渗漏成因分析及应对

陈维杰

（河南省水利水电工程质量监测监督站新乡市南水北调配套工程项目站，453000，新乡）

PCP管道水泥砂浆保护层开裂渗漏成因分析及应对

陈维杰

（河南省水利水电工程质量监测监督站新乡市南水北调配套工程项目站，453000，新乡）

PCP；裂缝；外防腐层设计

一、PCP管道裂缝问题概述

新乡市南水北调配套工程施工4标承建的凤泉支线是位于主管道桩号主1+528处的分支线路。支线管径Φ800 mm，管材为PCP管和钢管。在该线0+013.535 m（0+017.535 m处设置检修阀）设一Φ800 PCP旁通管，旁通管上0+037.535 m处亦设置有检修阀。2015年6月10日，该处供水系统进行了充水，6月27日完成静水压试验，当时试验压力值为0.44 MPa，试验结果合格。之后进入试运行阶段，设计工作压力为0.35 MPa，至2015年12月17日发现渗漏问题前，该管段未发现异常现象。

2015年12月17日，施工单位发现凤泉支线管首段地面出现少量积水，次日发现积水增多，并伴有泉眼冒水，因此怀疑该处埋管出现渗漏现象，随即组织开挖（该处管底离地面5.2～5.3 m），到20日挖至埋管处，发现两处漏水点，分别位于旁通管桩号0+ 022.095～0+027.095的同一根管节正上方，两缝相距2.5 m，均沿管道呈环向分布，缝长约1 m，缝宽约2 mm，漏水呈散射状，后经实测漏水量约为1 m3/h（漏水处与总干渠自然水面的落差为15.035 m，渗漏部位管道内的自然压力为0.15 MPa）。

25日施工单位对漏水部位进行抢修，先用钢板制作抱箍将漏水部位环向裹住焊接，接着沿抱箍两端填塞麻绳及速凝水泥，待水泥终凝后将抱箍下方的出水阀门关闭（之前为开阀排漏状态）。26日检查时，发现抱箍上下游各15 cm范围内PCP管道外壁呈冒水泡状况，说明抢修未成功。2016年1月5日，施工单位开始进行返工处理，首先将抱箍两端下面的PCP管道外防腐层（水泥砂浆）凿除并清理干净，然后用朗凯奇牌L—501堵漏王速凝剂进行塞隙封堵，过后未再发现渗漏现象。

二、管道裂缝成因分析

造成管道产生裂缝而导致漏水的原因包括三种：一是内水压力过大而胀裂；二是地基不均匀沉陷而断裂；三是管道保护层出现裂缝，造成钢丝甚至钢筋局部断裂，进而导致管体裂缝而漏水。对于该工程而言，渗水部位的内水压力尚不到正常工作压力值，更小于试验压力值，因此第一种可能性应予排除；第二种可能性亦找不到足够依据（主要由开挖、回填资料分析）来推断；剩下就只有第三种可能性了。

根据GB 5696—2006预应力混凝土管标准，PCP管道的水泥砂浆保护层是不允许出现结构性裂缝的（一般人工检查时可掌握为无任何的可见裂缝），而在实际应用中，水泥砂浆保护层出现形状不一的裂缝却时有发生，因为水泥砂浆保护层脆弱、抗拉强度低，当受到一定力量的冲击、拉伸时，就极易出现裂缝。即使在工厂内保护层是完好的，那么出厂后的运输吊装过程中也难免遇到一定的碰撞、震动，敷设运行后也要承受一定的内外负载，这些都是造成水泥砂浆保护层裂缝的诱因。当然，对于碰撞与震动等外因条件，如果采取切实有效的措施，是可以最大限度避免的，但内压因素则可能是不可避免的“主因”。

要说明这一“主因”的影响，就应从保护层的制作工艺说起。保护层是在管芯缠绕钢丝后，在无内压状态下形成、养生、定型的。运行或试压时，这个缠绕钢丝的管芯将承受内压，有内压同无内压相比，整个构造有一个小小的“膨胀”，这个膨胀有将保护层胀裂的倾向，这便是保护层裂缝生成的源头且无法避免之。

上述内因与外因条件是造成PCP管道砂浆保护层普遍存有裂缝的常态现象，只是程度不同而已，严重的则有可能形成结构性裂缝。研究表明：一般裂纹或裂缝多呈间隔式、不连续网状分布，且延管身环向较长、纵向较短，分布位置几乎全部集中于卧式放置管道管周1/3的上半部，这一描述与本案例几乎吻合。

当保护层裂缝周围出现腐蚀性介质时，介质便会乘“缝”而入，锈蚀管芯钢丝、钢筋，久而久之，使钢丝、钢筋截面锈蚀缩小，受力性能降低。钢丝断裂则难免催生管壁混凝土裂缝加深加长，直至形成通缝而漏水，钢筋断裂则可能引发更严重的爆管。

管道周围的腐蚀性介质主要是水和土壤。据调查，该地地下水埋深约9 m，水质对保护层裂缝中的钢丝、钢筋影响可不予考虑。土对管道的腐蚀性影响与土的类型、岩性及受污染程度有关，一般应通过取样测试氧化还原电位、电阻率、极化电流密度及有关化学指标，然后对照《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）来判定，如土壤的电阻率小于20 Ω·m的，视为强腐蚀性，20～50Ω·m的为中腐蚀性。

当地未做上述定量测试，只能进行定性分析：该案例地处城市近郊，土壤中杂散电流较多，管线难免成为杂散电流的集中通道，当管道保护层出现裂隙或孔洞后，露出的钢丝、钢筋就形成腐蚀电池 （即氧浓差电池，称缝隙腐蚀），进而加剧钢丝、钢筋的缝蚀或孔蚀破坏，纵然可采取阴极保护措施解决部分此类问题，但失败的案例也不鲜见。在美国的相关管线失效报告中就有提及阴极保护下钢丝、钢筋锈蚀更严重的案例。北京市南水北调管线部分地区土壤中电阻率小于20 Ω·m、电流密度达到0.3 mA/cm2以上，使土壤腐蚀性等级达到“强”的标准。尽管外地讲述的案例多为PCCP管道，但就保护层出现裂缝而“诱入”腐蚀性介质进而破坏管芯中钢丝甚至钢筋的推论而言，二者应该并无差别。

三、应对措施与建议

施工单位虽然采取 “抱箍+速凝剂”对裂缝漏水进行了成功处理，但毕竟属于“头痛医头、脚痛医脚”的权宜之计。面对PCP管道水泥砂浆裂纹的不可避免，以及土壤与地下水腐蚀性介质的客观存在，拿出普遍实用的治本措施，是当下关键所在。

显然，保护层裂纹裂缝和腐蚀性介质是共同导致管体裂缝漏水的成因，解决任何一方面，问题均可解决。毋庸讳言，一般情况下从解决保护层问题入手更为现实，因其涉及仅为管材设计、制造、施工等领域，而解决腐蚀性介质问题则需要综合治理。这里仅就改进保护层的设计方案做初步的探讨。

鉴于采用水泥砂浆作为PCP管道防腐层的上述教训，笔者认为，在强腐蚀性地区应谨慎选用。通过查阅国内外有关资料，建议改用超厚膜环氧煤焦沥青涂料代替之。这种新型材料具有三大优点：一是兼备环氧树脂的良好附着力与沥青树脂的有效防水性，以及较高的耐腐蚀介质渗透功能；二是一次成膜厚度高，在达到同样膜厚的情况下，可减少涂装施工道数；三是价格较为便宜，设计时，由于国内目前尚未制订出关于PCP管道防腐层设计规范，不妨暂可按《石油化工企业设备与管道涂料防腐设计与施工规范》（SH 3022—1999）先行评价项目区的防腐蚀等级（建议中、弱腐蚀区仍可选用水泥砂浆作防腐层），然后再按规范要求设计防腐蚀涂层的结构与干膜厚度，一般普通级的结构为底漆—面漆—面漆—面漆，厚度≥0.3 mm；加强级的结构为底漆—面漆—面漆、玻璃布、面漆—面漆，厚度≥0.4 mm；还有特加强级的设计标准。

四、结 语

PCP管道水泥砂浆保护层出现龟裂在所难免，当局部裂缝通达管芯钢丝、钢筋后，便会诱入腐蚀性介质而造成渐进式锈蚀，使钢丝、钢筋断面不断缩减，影响受力性能，直至丝断而进一步加剧裂缝的发展。从改进设计思路考虑，应首先对项目区的腐蚀程度进行评价，建议强腐蚀地区改用环氧煤焦沥青涂料作保护层。 ■

［1］李万智，付邦磊，王东黎，等.南水北调中线工程PCCP外防腐设计及其龟裂问题分析处理 ［J］.水利水电技术，2009，40（12）.

［2］赵麦群，雷阿丽.金属的腐蚀与防护［M］.北京：国防工业出版社，2002.

［3］沈之基，郑小明.美国PCCP管的失效对中国给水管道的警示［C］.第八届中国城镇水务发展国际研讨会论文集，2013.

责任编辑 轩 玮

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1000-1123（2016）10-0043-02

2016-01-20

陈维杰，高级工程师。