孙树本 赵彤 刘志刚
（中国市政工程东北设计研究总院有限公司 长春130021）
摘要：螺纹钢管是以热镀锌钢带或覆塑热镀锌钢带为基材，经多组轧辊滚压波纹、螺旋缠绕、咬口连接成型制得的管材，是波纹钢管（包括螺旋波纹、环状波纹钢管等）的一种。对于埋地排水用螺纹钢管管道，外侧主要为土壤腐蚀，内侧主要为大气腐蚀、水腐蚀、磨蚀。由于波纹钢管在我国的应用时间较短，缺乏使用寿命方面的可靠统计资料，目前国内尚无设计标准和规范可依。本文参照国外规范、实践经验以及国内有关波纹钢管防腐蚀技术方面的研究，在现有技术成果的基础上，论述排水用螺纹钢管耐久性的影响因素、防腐蚀设计准则、防腐蚀设计方法等内容。为排水用螺纹钢管管道能在我国得到普遍应用和推广提供技术支持。
关键词：螺纹钢管 波纹钢管 防腐蚀 耐久性 使用年限
螺纹钢管（helical corrugated steel pipe），以热镀锌钢带或覆塑热镀锌钢带为基材，经多组轧辊滚压波纹、螺旋缠绕、咬口连接成型制得［1］，是波纹钢管（螺旋波纹、环状波纹钢管等）的一种。产品执行标准为《排水用螺纹钢管》（CJ/T 431-2013）。
波纹钢管按加工方式分为［2］：螺旋波纹钢圆管（helical corrugated steel pipe）：为钢板或钢带经加工制成螺旋状的波纹圆管；环状波纹钢圆管（annular corrugated steel pipe）：为钢板或钢带经加工制成环状的波纹圆管。
波纹钢管制造工艺［3-4］：分为先镀锌后成型和先成型后镀锌两种工艺。前者是用镀锌钢板直接辗轧成型（简称CSP），后者是先辗轧钢板成型，然后喷涂镀层，用镀锌螺栓和螺母进行必要的装配形成圆管、拱形管或其他形状波纹管（简称SPCSP）。当前，后喷涂的涂料已由过去的仅镀锌发展到根据寿命要求分别喷涂镀锌、镀铝和喷涂聚合物涂层等。
波纹钢管无论在大气中还是土壤中，或者是在其他的腐蚀介质中，都会遭到腐蚀破坏。腐蚀是金属管道失效的主要原因，由此而产生的经济损失十分惊人。因而采取各种措施减少和延缓腐蚀，提高钢管道的安全可靠性、延长使用寿命显得日益重要。波纹钢管材质必须要有可靠的耐腐蚀性能，才能确保波纹钢管在工程中的使用寿命及安全。
目前，我国排水用螺纹钢管一般采用螺旋波纹钢圆管。波纹钢管在美国、加拿大、韩国广泛使用，由于其具有口径大、环刚度高、耐腐蚀性优良、节省原材料等突出优势，国内陆续有生产线投入生产，并应用在排水工程中。我国在排水用螺纹钢管研究方面刚刚起步，尚未深入研究其腐蚀机理及防腐蚀技术。由于排水用螺纹钢管在我国的应用时间较短，缺乏使用寿命方面的可靠统计资料，目前国内尚无设计标准和规范可依，本文参照国外规范、实践经验以及国内有关波纹钢管防腐蚀技术方面的研究，在现有技术成果的基础上，论述排水用螺纹钢管使用寿命的影响因素及预估方法、防腐蚀设计准则、防腐蚀设计方法等内容，为排水用螺纹钢管管道能在我国得到普遍应用和推广提供技术支持。
埋地波纹钢管主要存在以下腐蚀：土壤腐蚀、大气腐蚀、水腐蚀、磨蚀。对于埋地排水用波纹钢管道，外侧主要为土壤腐蚀，内侧主要为水腐蚀、磨蚀。土壤方面和流水方面是耐久性研究的重点。
1.1 土壤腐蚀［4］
土壤是一类具有毛细管的多孔性物质，空隙中充满了空气和水，土壤中含有的盐类溶解在水中，成为电解质溶液。因此，埋设在土壤中的金属管道及设备，具备了形成电化学腐蚀的条件进而产生腐蚀损坏。
加拿大《钢制排水管道与高速公路施工设计手册》CSPI（2007）中关于土壤腐蚀的描述如下［5］：土壤腐蚀是几个相互作用参数的函数，包含土壤电阻率、酸性（pH值）、水分含量、可溶性盐和含氧量。不管怎样，所有腐蚀的过程均体现为电流从一个地方流动到另外一个地方（腐蚀电池）。因此，电阻率越高，耐腐蚀性越好。表1列出原生土的电阻率值的范围。
表1 典型土壤电阻率［6］
Tab.1 Typical soil resistivity
序号1 2 3 4 5分类粘土亚粘土砂砾砂岩石电阻率/（Ω·cm）750～2000 2000～10000 10000～30000 30000～50000 50000～无穷大（理论值）
决定土壤电阻率的因素主要有：土壤类型、含水率、温度、溶解在土壤水中的化合物的种类和浓度、土壤的颗粒大小以及颗粒的分布、密集性和压力、电晕作用等。土壤电阻率一般应以实测值作为设计依据。
大多数土壤的pH值范围在6到8之间，这对耐久性是有益的。具有较低pH值的土壤（酸性土壤）通常出现在多雨地区，其更具腐蚀性。颗粒状土壤排水迅速进而提高耐久性。相反的，土壤含水量高于20%则趋向于腐蚀性。粘土含量高的土壤保水时间较长，因而要比排水好的土壤腐蚀性更强。土壤水分中可能含有各种各样的从土壤自身分离出来的可溶性固体，这导致电阻率降低而加快腐蚀。相反的，许多土壤化学物质能够在金属表面形成不溶性碳酸盐或者氢氧化物，这样能够减少土壤侧的腐蚀。土壤中氯化物和硫酸盐含量高会使其更具腐蚀性。不同物理特点的土壤相对腐蚀性描述见表2。
表2 土壤腐蚀性［6］
Tab.2 Corrosiveness of soils
土壤类型土层描述通风排水颜色地下水位Ⅰ轻度腐蚀 1.砂或者砂壤土 2.轻质砂壤土 3.多孔壤土或氧化较深的粘土壤土好好统一颜色非常低Ⅱ中等腐蚀 1.砂壤土 2.粉砂壤土 3.粘土壤土适中适中轻微色斑低Ⅲ强腐蚀 1.粘土壤土 2.粘土差差中度色斑地表下方2英尺到3英尺（600mm～900mm）Ⅳ严重腐蚀 1.渣土 2.泥炭 3.潮沼 4.粘土和有机土壤非常差非常差浅蓝灰色斑在表面或者特别不渗透
1.2 水中腐蚀
淡水腐蚀是典型的化学过程，与水中溶解氧、水的硬度、含盐量、流速及pH值等因素有关。加拿大《钢制排水管道与高速公路施工设计手册》CSPI（2007）关于水中腐蚀的描述如下［5］：
当pH值在4.5到9.5范围时，钢在静止天然水中的耐久性区别不大，是因为钢表面腐蚀产物的pH值保持在9.5左右。然而，水的流动、涨落会带走这些产物并且提高溶解气体水平。溶解氧气和二氧化碳水平的提高会加速腐蚀。二氧化碳在水中最重要的作用是形成保护性碳酸钙垢，流水中的这种垢在管道表面形成硬层（碳酸钙含量高）。溶解盐通过降低氧的溶解度及中和酸度来增加耐久性，但如果它们电离和降低电阻率则会增大腐蚀。现场研究表明管道最容易腐蚀的部分是管道底部，因为它趋向于较长时间暴露在水流里，并且在一些情况下，容易遭受磨损。
1.3 磨蚀
由于物理作用，如泥砂冲洗、撞击或其他外力作用，导致金属结构局部发生破损（如划痕或者防腐层剥落等）产生磨蚀。对于磨蚀，由于其随机性强，目前国内尚未有深入研究，仅在防腐措施方面给予适当考虑。
1.4 钢在大气中的腐蚀［4］
当钢铁处在温度比钢铁表面高的大气中，大气中所含的水分就有可能在钢铁表面凝结而使钢铁表面湿润，这个现象称为结露。这是钢铁产生大气腐蚀的基本原因。钢铁的大气腐蚀，可根据大气中的水分及其在钢铁表面附着的形态进行分类，见表3。
表3 大气腐蚀分类
Tab.3 Atmospheric corrosion classification
类型形成条件腐蚀机理腐蚀速度湿大气腐蚀 在高湿大气中，钢铁表面有肉眼可见的液膜电化学腐蚀较快潮大气腐蚀在潮湿大气中，钢铁表面有肉眼不可见的薄液膜电化学腐蚀快干大气腐蚀 在干燥大气中，钢铁表面无连续液膜化学腐蚀慢
2.1 美国钢铁学会关于磨蚀研究［6-7］
美国钢铁学会研究表明，在大多情况下，钢波纹管（雨水管）有一定坡度，在坡度不大时基本没有水流带来的泥砂冲刷腐蚀问题。然而，当流速较大时（大于5m/s）腐蚀将变得较为明显，并有泥砂磨蚀随之而来。如果砂石在管内壁冲刷，磨耗量将增加。在钢波纹水管设计中应充分考虑管道的磨蚀。美国钢铁学会用磨损水平来预测使用寿命，将波纹管涵洞的磨蚀按照水流速度和物质组成划分为非磨蚀、低磨蚀、中等磨蚀和严重磨蚀。见表4。
表4 磨蚀级别（美国波纹钢管协会）
Tab.4 Abrasion level（NCSPA）
磨蚀等级级别磨蚀条件无磨蚀水平1 没有砂石迁移物质（无论流速大小），1.6m/s中等磨蚀水平3 有砂和砾石迁移物质，速度在1.6～5.0m/s或应用于雨水管道低磨蚀水平2 有砂和砾石迁移物质，速度不大于之间严重磨蚀水平4 严重的砾石和岩石迁移，速度超过5.0m/s
2.2 加拿大《钢制排水管道与高速公路施工设计手册》（CSPI）2007关于磨蚀的描述［5］
在许多情况下，雨水管道的坡度适度，没有出现明显的磨蚀。然而，多数涵洞存在较陡坡度并且有较多值得注意的迁移物质。在水流速度快（速度超过5.0m/s）的区域，磨蚀就值得关注了。如果预期会有严重磨蚀，应采取措施进行处理。磨蚀等级见表5。
表5 磨蚀等级（加拿大波纹钢管协会）
Tab.5 Abrasion level（CSIP）
磨蚀等级磨蚀条件等级1水流中没有砂石迁移物质等级2 低磨蚀，水流中有少量泥砂和砾石并且流速不大于1.5m/s，或用于雨水管道等级3 中等磨蚀，水流中有适量泥砂和砾石并且流速在1.5～4.5m/s之间等级4 严重磨蚀，水流中有大量泥砂和砾石并且速度超过4.5m/s
美国、加拿大等国家对金属波纹管使用情况做了大量调查工作，部分调查情况见表6、表7。
表6 美国关于波纹钢管应用情况
Tab.6 The corrugated steel pipe application in the US
调查单位美国钢铁学会研究（AISI）美国国家波纹钢管协会（NCSPA）和美国钢铁学会（AISI）美国国家波纹钢管协会（NCSPA）调查时间（年）1978 1986 1998，道涵洞使用时间（年）2001调查内容81道钢波纹雨水管22个州钢波纹管和涵洞20 16～65 20～74 6～13土壤电阻率1326～77000Ω·cm pH值5.6～10.3使用情况研究表明，77道保持良好状况；4道需要维修的管道平均使用32年；1道处于极端腐蚀环境中（电阻率只有260Ω·cm，远低于公认的最低值）所检查的大部分管道，土壤侧腐蚀相对最小，典型的严重腐蚀局限在管内壁，涂装后的钢波纹管在一些土和水环境下可提供100年使用寿命结果表明，防腐蚀采用镀锌+聚合物+沥青时，20道涵管除1道外，其余19道处于良好状态。聚合物涂层总体上粘结紧密、很少损坏，镀锌层基本未出现腐蚀现象
表7 美国、加拿大、英国关于波纹钢管应用情况
Tab.7 The corrugated steel pipe application in the US，Canada，the UK
英国哥伦比亚运输部调查时间（年） 1988加拿大阿尔伯达省调查单位加拿大波纹钢管学会（CSPI）美国国家波纹钢管协会（NCSPA）个结构钢板和镀锌仓式挡土墙使用时间（年）7～27均超过20年，最早的安装于1933年2001 1993调查内容 201个镀锌装置的锌损失情况对威斯康星州的不同涵管21土壤电阻率 测试了土壤和水的电阻率以及管道和土壤之间的电位1740～23256Ω·cm测试涂层厚度，土壤和水电阻率pH值 测试了土壤和水的pH值6.62～7.5测试了土壤和水的pH值使用情况 报告结论，使用寿命至少50年的达到83%，平均寿命为81年结果表明，5道聚合物涂层波纹钢管使用27年仍能保持良好的防腐效果，仅在端部出现剥落现象检测镀锌板，除2个结构外，使用寿命均超过100年。这2个因磨蚀而大大降低了使用寿命
从1896年（CSP最初应用）到20世纪末，美国、加拿大等国调查及研究大约50000个CSP管涵项目，建立了耐久性设计准则。土壤环境和流水环境是耐久性研究的重点。这些研究成果表明CSP管在土壤环境条件下的耐久性良好，并且通过选择适当的涂层或者管底部铺设可以获得需要的使用寿命。
国外波纹钢管管涵的寿命一般在50年以上，也存在一些使用70年以上的，个别预估寿命可达100年。一般地区的波纹钢管管涵的镀锌层寿命应达到30～50年以上。如果考虑波纹钢管管涵额外附加非金属涂层、养护（大修、二次防腐）、钢管设计厚度富裕量等因素，波纹钢管管涵的耐腐蚀寿命可达到50年以上。土壤腐蚀弱的地区，寿命可能达到100年。
4.1 美国钢铁学会（AISI）
1.AISI使用寿命预测方法
美国钢铁学会（AISI）编制的《美国波纹钢管设计手册》（CSPDM）中给出了波纹钢管预估使用寿命（EMSL）的预测方法。波纹钢管预估使用寿命（EMSL）是指，从安装到需要修复或更换前的可靠使用寿命。
图1为镀锌CSP管的平均使用寿命预测。美国钢铁学会预测镀锌CSP管使用寿命的方法，以电阻率和pH值为基本参数求得使用寿命。该图是基于规格编号为16（厚度为1.6mm）的螺纹钢管，以及两面附着量为610g/m2的镀锌涂层为基础研究得出的。在条件适当时，可用于其他厚度的镀锌涂层。厚度系数见图1（如果现场电阻率值＞10000Ω·cm，应检测水的硬度）。
波纹钢管预估使用寿命是依据管道所采用的材料及所处环境确定的，表8为CSP管采用不同材料涂层时的预估使用寿命。
寿命年限［6-8］计算如下：
当pH≤7.3时：
当pH＞7.3时：
式中：Y为使用寿命（年）；R为电阻率（Ω·cm）；pH为土壤pH值。
图1 美国（AISI）镀锌CSP管预估使用寿命
Fig.1 AISIChart for estimating average invert life for galvanized CSP
表8 CSP材料使用寿命的估算［6-7］
Tab.8 Estimatematerial service life for CSP
注：磨蚀水平见表4；每侧聚合物涂层的厚度为0.010英寸（0.254mm）。
CSP涂层材料预估使用寿命现场环境条件最大磨蚀水平（美国联邦公路局）镀锌CSP平均50年6.0≤pH≤10.0，水的硬度（＞50ppmCaCO3）2000Ω·cm≤R≤10000Ω·cm水平2浸铝（类型2）CSP最小75年5.0≤pH≤9.0，R＞1500Ω·cm水平2聚合物涂层最小100年最小75年5.0≤pH≤9.0，R＞1500Ω·cm 4.0≤pH≤9.0，R＞750Ω·水平3最小50年cm 3.0≤pH≤12.0，R≥250Ω·cm
2.计算例题［6］
例题1 现场条件：pH＝6.5；电阻率R＝4000Ω·cm；磨蚀等级＝水平2，水的硬度＝200ppm（CaCO3）。设计使用寿命＝50年。
根据结构计算初选管道规格：直径D＝48in，规格：16（2 2/3×1/2in波纹管）；查图1，EMSL（镀锌管）＝52年，＞50年，满足要求。水的硬度200ppm＞50ppm，水的硬度满足要求，采用镀锌涂层的CSP管即可。
其他的（可供选择的）管道：依据表8，聚合物涂层或浸铝（类型2）CSP管，EMSL＞50年，均满足要求。所以采用三种涂层的CSP管均可。
例题2 现场条件：pH＝5.0；电阻率R＝2000Ω·cm；磨蚀等级＝水平2，水的硬度＝125ppm（CaCO3）。设计使用寿命＝70年。
根据结构计算初选管道规格：直径D＝60in，规格：16（5×1in波纹管）；查图1，EMSL（镀锌管）＝25年，＜50年，不满足要求；选用规格12的CSP管，EMSL（镀锌管）＝1.8×25＝45年，＜70年，也不满足要求。应选用厚壁规格的CSP管；采用规格8的CSP管，EMSL（镀锌管）＝2.8× 25＝70年，满足要求。
其他的（可供选择的）管道：依据表8，聚合物涂层或浸铝（类型2）CSP管，EMSL＞70年，均满足要求。所以有三种涂层的CSP管可满足要求，即规格8的镀锌CSP管、规格16的聚合物涂层和规格16的浸铝（类型2）CSP管。
例题3 现场条件：pH＝4.0；电阻率R＝1000Ω·cm；磨蚀等级＝水平3，水的硬度＝50ppm（CaCO3）。设计使用寿命＝75年。
根据结构计算初选管道规格：直径D＝54in，规格：14（2 2/3×1/2in波纹管）。
其他的（可供选择的）管道：（1）镀锌管不推荐采用，因为pH值、电阻率和水的硬度超出表8推荐的环境适用范围；（2）浸铝（类型2）管不推荐采用，因为环境的pH值低于5.0，电阻率低于1500Ω·cm，并且磨蚀等级大于水平2，超出表8推荐的环境适用范围；（3）聚合物涂层CPS能很好地适合于该环境条件，可提供的最小EMSL＞75年，满足要求。
在该环境条件下，最好的选择是采用规格14的聚合物涂层管，能够很好地适应该环境条件，鉴于场地pH值太低，甚至可采用混凝土管。
3.预测结果［4］
依据以上公式，按AISI规定的预估方法，采用610g/m2镀锌层（基板厚度1.3mm时）的镀锌管，在我国典型土壤环境下可达35年～96年防腐寿命，见表9。
表9 典型土壤环境使用寿命
Tab.9 The service life of the typical soil environment
土类别潮土砂礓黑土棕壤土水稻土电阻率/（Ω·cm）2650 2650 2000 1660 2400 pH 5.7 8.5 7.0 7.2 6.7使用寿命/年35 96 55 65 49
应注意的是：在酸性环境下的使用年限远低于碱性环境。如果考虑1200g/m2镀锌层+环氧树脂的30年保护期，则按照AISI方法预测的结构寿命应接近或者大于100年。
4.防腐涂层［6-8］
主要包括金属覆盖层和非金属覆盖层。所有波纹钢管都有一个用于防腐蚀的金属涂层。当选择的涂层不提供所需的使用寿命或在适宜环境条件之外时，可以选择一个替代涂料系统。通常所需的使用寿命也可以通过增加钢管壁厚度来实现，增加钢管壁厚度方案应该与补充涂层的成本进行权衡。镀锌是最广泛使用的金属涂层，是服务寿命的基础。
非金属涂层在增加耐磨性方面优于金属涂层，提供更广的环境范围和更长的使用寿命。在有磨蚀环境下，由于非金属涂层固有的性能变化较小，推荐在各种磨蚀环境下采用，提高附加使用寿命值。
美国国家波纹钢管协会（NCSPA）CPS耐久性指南（CSP Durability Guide）提供了CSP产品的环境范围。产品一般适宜环境范围如表10所示，当考虑特定环境的涂层时应与（表8）环境范围配合使用。非金属涂层额外使用寿命见表11。
表10 波纹钢管CSP产品适宜环境范围
Tab.10 Corrugated steel pipe CSP products suitable environmental range
注：
覆盖层提供额外的土壤保护镀锌（锌层）水环境一般条件弱腐蚀腐蚀无磨蚀或较低磨蚀（水平1和2）中等磨蚀（水平3）强磨蚀（水平4）铝层类型2沥青土层沥青覆盖和铺装聚合物改性沥青铺装**聚合物涂层聚合物涂层和铺装聚合物和聚合物改性沥青涂层沥青纤维涂层纤维沥青铺装高强混凝土混凝土铺装75mm
表11 非金属涂层额外使用寿命（单位：年）［6，8］
Tab.11 Add-on service life for non-metallic coatings（unit：a）
水环境（磨蚀水平）覆 盖 层水平1和2水平3水平4沥青涂层10不推荐不推荐沥青涂层和铺装30 30 30聚合改性沥青涂层45 35不推荐聚合物预涂层80+ 70不推荐聚合物预涂层和铺装80+ 80+ 30聚合物预涂层上聚合物改性沥青涂层80+ 80+ 30 Aramid（芳族聚酰胺）纤维沥青涂层40不推荐不推荐Aramid（芳族聚酰胺）纤维沥青铺装50 40不推荐高强混凝土衬里75 50不推荐混凝土内铺装（覆盖75mm）80+ 80+ 50
4.2 加拿大波纹钢管学会（CSPI）
1.使用寿命预测方法
对于仅带金属涂层的CSP管［5］，图2是设计CSP涵洞和雨水管道时，用于预估平均使用寿命的图表。这个图表适用于1.3mm到4.2mm厚的管道，还经常用于确定钢结构板的平均使用年限。由于钢结构板自身的915g/m2镀锌层，而且钢板厚度经常大于4.2mm，所以图2用于钢结构板可能过于保守。该方法是以电阻率和pH值为基本参数来确定CSP管的使用寿命。
图2 加拿大（CSPI）镀锌CSP管预估使用寿命
Fig.2 Canada（CSPI）average invert life for galvanized CSP
寿命年限［5］计算如下：
当pH≤7.3时：
当pH＞7.3时：
在环境条件确定时，按式（3）或式（4）计算的使用寿命年限同厚度系数相乘，可以确定不同壁厚的使用寿命年限。厚度系数见图2。
2.防腐涂层
波纹钢管的涂层包括金属涂层和非金属涂层，镀锌钢板是用于生产波纹钢管的最广泛的一种材料，也有采用铝-锌合金钢板、纯铝涂层钢板生产的波纹钢管。
在金属涂层波纹管的基础上，采用非金属聚合物涂层，可以延长使用寿命。聚合物涂层主要有：沥青、聚合物沥青、聚合物及混凝土等。采用非金属涂层对管道进行衬涂，防止介质与管道接触，达到增加防腐蚀的目的。表12为非金属管涂层额外使用寿命。此图表的目的是用于确定在金属涂层CSP管基础上增加保护涂层所能提供的额外使用寿命。特定的附加值应根据环境条件（磨蚀、pH值和电阻率）以及在类似环境中的使用经验进行选择。可以认为上限是最有利的环境条件，而下限则应考虑为最大磨蚀水平和最具腐蚀性的环境条件。
表12 非金属涂层的额外使用寿命［5］（单位：年）
Tab.12 Add-on service life for non-metallic coatings（unit：a）
注：1.混凝土内衬的耐磨性取决于内衬混凝土的强度高低；2.磨蚀等级见表11。
涂料额外年限（水一侧）最大磨蚀等级（水一侧）额外年限（土壤一侧）25～50沥青涂层和铺装10～30 3沥青涂层2～20 2 25～50聚合物沥青涂层15～40 3 50～100聚合物预涂层和铺装30～100 3不推荐聚合物预涂层25～-100 3 50～100混凝土内铺装（覆盖75mm）25～75 4不推荐
5.1 我国波纹钢管应用情况
目前，我国波纹钢管管涵已经在公路、铁路、少部分市政工程以及少量仓储罐体有应用。其中，公路、铁路的涵洞应用最多。与国外相比，我国在水利工程、市政工程、矿山、工业项目、生态保护、特种罐体、特种仓体等的应用较少。
5.2 我国波纹钢管管涵的防腐蚀情况［2，4］
我国排水用螺纹钢管管道使用寿命及防腐蚀研究内容少见于发表，处于刚刚起步阶段，尚未深入研究其腐蚀机理及防腐蚀技术。并且由于螺纹钢管在我国的应用时间较短，也缺乏使用寿命方面的可靠统计资料。我国自1997年在青海开始钢制波纹管应用研究［3-4］，主要集中在交通行业施工方案的选择优化方面，陆续出台了《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》（CECS167：2004）、《公路涵洞设计细则》（JTG-T D65-04-2007）、《公路桥涵用波形钢板》（JT/T 710-2008）、《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》（JT/T 791-2010）等4个协会和行业标准。有关适用钢种标准、环境条件、涂层材料、寿命设计标准、结构设计研究很少，也没有相关标准。由于应用研究滞后，我国相关标准有很多不合理的地方，如涂层材料方面，我国标准中仅有镀锌一种，镀铝和聚合物材料尚没有。而且《排水用螺纹钢管》（CJ/T 431-2013）中的镀锌层质量要求：镀锌层双面总重量≥600g/m2；镀锌层双面最小重量≥550g/m2，与国外相关标准要求相比，处于偏低水平。
5.3 我国公路波纹钢管管涵防腐设计方法［4］
《公路钢波纹管涵洞设计与施工技术》［4］中，结合我国防腐技术和公路服务寿命、服务水平，参考建筑行业、公路工程其他钢构件和工业管道等的防腐蚀措施以及国内外埋地管道、排水管道的防腐蚀研究与应用成果，根据不同地区、不同地质环境条件下的差异性推荐防腐方案见表13。对于个别地区土壤pH值较小或较大地区，应进行独立防腐设计。
表13 公路用钢波纹管涵洞不同场合推荐采用的防腐方案［4］
Tab.13 Highway steel corrugated pipe culvert anticorrosion scheme is recommended for the different occasions
注：1.当采用热浸镀铝、静电喷涂等其他防腐方法代替镀锌时，应有可靠的技术数据和试验验证资料，其防腐性能应不低于本标准规定的热浸镀锌方法的相应要求；2.涂层系统1参见表14中＜5年的涂层系统，涂层系统2参见表14中5年～10年的涂层系统；3.*可采用水泥砂浆或聚合物水泥砂浆，根据需要设置。
方案腐蚀等级、适用场合腐蚀速率内壁防腐蚀方案外壁防腐蚀方案方案一 弱腐蚀性，干旱～半干旱、弱腐蚀地区＜0.1mm/a 镀锌层厚86μm+热涂沥青层 镀锌层厚86μm+热涂沥青层方案二 弱腐蚀性＜0.1mm/a 镀锌层厚86μm+（聚合物）水泥砂浆*+热涂沥青层镀锌层厚86μm+（聚合物）水泥砂浆*+热涂沥青层方案三 中等腐蚀性0.1～0.5mm/a 镀锌层厚86μm+涂层系统1+热涂 镀锌层厚86μm+热涂沥青层方案四 强腐蚀性＞0.5mm/a 镀锌层厚86μm+涂层系统2+热涂沥青层镀锌层厚86μm+涂层系统1+热涂沥青层方案五 海港地区强腐蚀＞0.5mm/a 镀锌层厚86μm+涂层系统2+聚合物水泥砂浆镀锌层厚86μm+涂层系统2+热涂沥青层方案六 山区冲刷严重地区 镀锌层厚86μm+（聚合物）水泥砂浆*镀锌层厚86μm+热涂沥青层方案七 钢波纹管涵洞腐蚀层的更新和维护1.涂层系统：底层：富锌漆（无机或有机）厚75μm，面层：氧化橡胶漆、聚胺酯漆、丙烯酸树酯漆、乙烯树酯漆厚250μm；2.喷涂锌厚250μm
表14 涂层系统设计使用年限参考［4］
Tab.14 Coating system design reference use fixed number of year
注：1.涂层厚度可按《色漆和清漆漆膜厚度的测定》（GB/T 13452.2-2008）测定；2.表列I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ配套涂料及平均涂层厚度（1）、（2）可任选其中一种；3.表列各种涂料，系指该涂料系列中的防锈漆和防腐蚀漆。
设计使用年限配套涂层系统平均涂层厚度/μm（1）（2）底层10 75 10～20面层富锌漆（无机或有机）Ⅰ-氧化橡胶漆；Ⅱ-聚胺酯漆；Ⅲ-丙烯酸树酯漆；Ⅳ-乙烯树酯漆280 250 40底层同品种底面层配套富锌漆（无机或有机）Ⅰ-氧化橡胶漆；Ⅱ-聚胺酯漆；Ⅲ-100 5～10第一类乙烯树酯漆Ⅰ-橡胶树脂漆（氧化橡胶漆或氧；碳化聚乙烯漆）；Ⅱ-乙烯树酯漆；Ⅲ-180～220第二类丙烯酸树酯漆Ⅰ-油性漆；Ⅱ-酚醛树脂漆；Ⅲ-醇酸树脂漆；Ⅳ-环190～230氧树脂漆第三类聚胺酯漆220～240第四类环氧树脂漆240～260＜5同品种底面层配套Ⅰ-油性漆；Ⅱ-酚醛树脂漆；Ⅲ-醇酸树脂漆；Ⅳ-环170～190氧树脂漆200其他
6.1 一般规定［4，9］
1.防腐设计应遵循预防为主和防护结合的原则，根据管道内介质的腐蚀性、使用环境条件、管理水平和施工维修条件等，经综合比较确定防腐蚀措施。对维修困难的部位，以及重要的承重结构和构件应加强防护。
2.防腐设计应重点进行土壤腐蚀与输送介质腐蚀防护。
3.应收集、分析管道埋设土壤和输送介质的腐蚀特性，包括：
（1）埋设土壤的化学特性，包括pH值、电阻率、可能发生的化学反应等；
（2）输送介质的化学成分（包括砂砾杂质）、pH值、电阻率、可能发生的化学反应等；
（3）输送介质的温度、流速等。
4.采用连续热镀锌钢板及钢带加工的螺纹钢管、连接件，其加工后的有效锌层厚度和质量应符合现行行业标准《排水用螺纹钢管》（CJ/T431-2013）的规定。
5.采用碳素结构钢的管箍、法兰盘及螺栓、螺母等附件，出厂前均应进行热浸镀锌防腐处理。防腐蚀处理过程中，应将金属表面彻底清洗除锈，并达到规定的表面处理等级要求。
6.管材及附件在运输和安装过程中应采取保护防腐层的措施。
6.2 防腐计算
1.螺纹钢管防腐预期使用寿命可根据防腐层构造、埋设土壤特性、输送介质的化学特性及磨蚀级别等因素确定。
2.由于输送介质中的泥砂磨损等作用，导致防腐层划痕、剥落的磨蚀级别见表4。
3.螺纹钢管在不同使用环境条件下，防腐使用寿命经验值见表8。
4.预期使用寿命：由于《排水用螺纹钢管》中的镀锌层质量要求镀锌层双面总重量≥600g/m2，同美国钢铁学会预测镀锌CSP管使用寿命的方法两面附着量为610g/m2的镀锌涂层基本一致，所以推荐引用美国钢铁学会（AISI）波纹钢管预估材料使用寿命的预测方法。
镀锌螺纹钢管（壁厚为1.6mm、标准镀锌层双面总重量为610g/m2）的防腐预期使用寿命，可按下列式（5）～式（6）计算。
当土壤或输送介质pH≤7.3时：
当土壤或输送介质pH＞7.3时：
式中：Yt16为镀锌螺纹钢管（壁厚为1.6mm、标准镀锌层）防腐预期使用寿命（年）；R为土壤或输送介质电阻率（Ω·cm）；pH为土壤或输送介质pH值。
5.当镀锌螺纹钢管的防腐预期使用寿命低于设计使用寿命要求时，可采取加大管材壁厚或增设其他防腐涂层等措施。
（1）加大管材壁厚时，预期使用寿命可按：
式中：Yt为镀锌螺纹钢管（其他厚壁、标准镀锌层）防腐预期使用寿命（年）；t为壁厚系数，见表15；Yt16为镀锌螺纹钢管（壁厚为1.6mm、标准镀锌层）防腐预期使用寿命（年）。
表15 壁厚系数［7-8］
Tab.15 Wall thickness factor
/mm 1.3 1.6 2.0 2.8 3.5 4.2壁厚系数t壁厚0.7 1.0 1.3 1.8 2.3 2.8
（2）增设其他防腐涂层可延长的使用年限见表11［5］。
6.螺纹钢管的防腐预期使用寿命可按以下步骤计算：
（1）按照管道埋设土壤及管道输送介质的pH值、电阻率、硬度、磨蚀等级数据，对照表8“CSP材料使用寿命的估算”值，判断镀锌螺纹钢管的使用寿命是否满足设计使用寿命要求；
（2）将埋设土壤及管道输送介质的pH值、电阻率数据，代入式（5）或式（6），分别计算出镀锌螺纹钢管（壁厚为1.6mm，标准镀锌层双面总重量为610g/m2）内、外部使用条件的防腐预期使用寿命Yt16，以内、外部使用条件防腐预期使用寿命短的为控制值；
（3）用管道结构计算确定的管道规格（壁厚）对应的壁厚系数t，代入式（7）计算出结构计算选用壁厚的防腐预期使用寿命Yt；
（4）结构计算选用壁厚的防腐预期使用寿命Yt不满足设计使用年限时，可采用进一步加大基材钢板厚度或增加防腐涂层的措施，并经综合比较后，确定满足设计使用年限的方案。
参考文献：
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Durability Design of Pipeline for Buried Sewer Helical Corrugated Steel Pipe
Sun Shuben Zhao Tong Liu Zhigang
（China Northeast Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Changchun 130021，China）
ABSTRACT：Taking hot-dip galvanized steel or hot-dip galvanized steel tape as the substrate，the helical corrugated steel pipe finally formed by multi roller rolling corrugation，spiral wound，bite connected.It belongs to corrugated steel pipe which consist of helical corrugated steel pipe，annular corrugated steel pipe etc.The outside of helical corrugated steel pipe drainage ismainly suffer from soil corrosion，and its interior often suffer from atmosphere corrosion，water corrosion，abrasion.because the time of corrugated steel pipe applied in our country is very short，and the reliable statistical data on service life is lack，there are no domestic design standards and norms to reference.In this paper，based on the foreign norms and the practical experience in home and abroad，the factors affecting the durability of the helical corrugated steel pipe anti-corrosion design criteria，anticorrosion design methodswere discussed which could provide technical support for the universal application and promotion of the helical corrugated steel pipe drainage in our country.
KEYWORDS：Helical corrugated steel pipe Corrugated steel pipe Anti-corrosion Durability Service life
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