天津南水北調中線市內配套PCCP制造與質量控制措施

(天津市水務工程建設質量與安全監督中心站， 天津 300061)

天津南水北調中線市內配套PCCP制造與質量控制措施

楊釗

(天津市水務工程建設質量與安全監督中心站， 天津 300061)

本文以南水北調工程PCCP管制造的質量監督工作為例，對PCCP管原材料的質量、生產工序質量、廠內試驗以及成品管的質量等環節進行了論述。通過對PCCP原材料和制作工序等進行嚴格把關，保證了管道的穩定和運行安全。

PCCP制造； 質量； 控制

天津市南水北調中線濱海新區供水工程起自天津干線末端擬建的曹莊泵站，終點為北塘水庫和大港區水廠，擬采用內徑1.8～2.8m的埋置式預應力鋼筒混凝土管(PCCPE)和鋼管輸水形式，其中PCCP約占80%。為了有效控制PCCP管的生產質量，需要對PCCP管制造的每一個環節嚴格控制。本文從質量控制入手，結合從事南水北調工程PCCP管制造的質量監督工作經驗和工作體會，介紹PCCP管原材料的質量控制、PCCP管生產工序質量控制、PCCP管的廠內試驗控制以及成品管的質量控制方法。通過對PCCP原材料、制作工序(包括承插口焊接、 鋼筒制造、管芯成型及養護、纏繞預應力鋼絲和輥射)等進行嚴格把關，實現對 PCCP 質量的有效控制。

1 原材料的質量控制

PCCP管質量在很大程度上取決于原材料，要想把好質量關，就要嚴格控制好原材料的質量。主要包括：水泥、水、粗骨料、細骨料、外加劑、承插口型鋼、鋼筒薄鋼、高強鋼絲、橡膠圈、防腐材料等。由于材料品種多、用量大，質量變異的可能性增大，只有在原材料質量穩定的情況下，才能保證管道質量并加快生產進度。

1.1 原材料特殊要求

鑒于工程的重要性，對PCCP管的主要原材料指標提出了更高、更明確的規定：

1.1.1 水泥

天津市南水北調中線濱海新區供水工程全線經過地區均為結晶類硫酸鹽地下水類型，且75%以上具有強腐蝕性，其余為中弱腐蝕性。土壤電阻率測試值幾乎均在10 Ω·m 以下，對鋼結構的腐蝕為強腐蝕。土壤中氯離子對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕為中等腐蝕。為避免PCCP發生堿活性破壞或者鋼材腐蝕，用于管芯混凝土及保護層砂漿的水泥應采用滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB175—2007)【1】標準的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度不低于42.5MPa，同時堿含量不大于0.6%，C3A含量不大于8%。

1.1.2 骨料

粗、細骨料除滿足國標要求外，還應采用非堿活性骨料，細骨料質地應堅硬整潔、級配良好，砂料的細度模數在2.4～2.6范圍內，含泥量不大于1%，不允許有泥塊含量，且符合《建設用砂》(GB 14684—2011)標準【2】。碎石最大粒徑為25mm，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%，針片狀含量小于15%，且符合《建設用卵石、碎石》(GB 14685—2011)標準【3】。同時每m3混凝土中堿含量不大于2.5kg，禁止使用堿活性骨料。

1.1.3 外加劑

所用外加劑應符合《混凝土外加劑》(GB/T 8076—2008)標準【4】，不應對水質產生有害影響。嚴格控制氯離子含量，以保證混凝土、砂漿保護層中水溶性氯離子含量不超過水泥重量0.06%。

1.1.4 預應力鋼絲

采用冷拉鋼絲，鋼絲力學性能滿足《預應力混凝土用鋼絲》(GB/T 5223—2002)【5】的規定。按設計預定的拉力值，在管芯外壁均勻纏繞一層或多層后，采用錨固塊牢牢固定在管芯兩端；預應力鋼絲應表面光滑，無銹斑、剝蝕、微孔、橫向裂縫、壓痕、劃傷等缺陷，直徑偏差為±0.05mm，最小抗拉強度應不小于1470MPa，反復彎曲不低于5次，同時避免鋼絲發生氫脆性破壞，必須滿足氫脆性靈敏度檢驗的要求。

1.1.5 膠圈

PCCP管承插口采用雙道密封圓形實心橡膠圈止水，膠圈的材質采用聚異戊二烯材料，膠圈直徑為(20±0.02)mm，抗拉強度不小于18.6MPa，伸長率不小于400%，表面光滑，無砂眼、凹坑、氣泡及其他缺陷。

1.1.6 防腐涂料

管道的防腐材料采用超厚膜重防腐蝕環氧煤焦瀝青，其各種性能指標都應在設計要求范圍內。

1.1.7 鋼板

薄鋼筒嵌入在內外層管芯混凝土之間，厚度不得小于1.5mm，屈服強度不應低于215MPa。

1.2 原材料的進場檢驗

1.2.1 原材料供應單位的資質審查

PCCP生產廠家將材料供應單位的相關資質報監造單位，監造單位對供應單位的資質進行審查，在審查前會同相關單位對材料生產廠家進行實地考察，確定其生產能力能否滿足工程需要。同時原材料供應單位的資質要在監督站進行備案。

1.2.2 原材料的檢驗

生產管材前，生產廠家應根據設計要求及合同相關規定，編制檢測方案，明確檢測內容、方法、標準及數量。監造單位對進場材料的合格證及材質證明進行核準，PCCP生產廠家按合同規定的數量、試驗方法對材料進行檢測。經檢測合格后的原材料方可用于PCCP管的生產。

2 PCCP管生產工序質量控制

PCCP管生產工序分為：承、插口環的生產，鋼筒的制作、焊接，管芯混凝土澆筑，纏繞預應力鋼絲，輥射水泥砂漿保護層，保護層砂漿防腐等。

2.1 承、插口環的生產

承插口鋼環是管材連接、止水的重要部件，也是PCCP管道最薄弱的部位，用承口鋼板與插口異型鋼制成，屈服強度應不低于205MPa，在管體兩端承插口范圍內與鋼筒焊接而成。控制好承插口環的生產質量，最關鍵的是承插口尺寸及兩者之間的配合間隙。在配有定型膠圈時能夠保證接頭自動對中，并確保管材在各種設計工況條件及規定試驗條件下不漏水；承插口的直徑和允許偏差必須控制在±0.5mm內，管道承插口的最大橢圓度偏差控制在0.5%以內。

2.2 鋼筒的制作

鋼筒是管體防滲的主要部分，因此鋼筒的焊縫必須承受一定的壓力而不滲水。根據技術要求規定鋼筒的厚度為1.5mm，表面凹凸與基準面偏差應小于10mm，生產鋼筒時，采用搭接直縫焊，焊縫可為縱向縫，嚴禁出現十字形焊縫。鋼筒卷制過程中必須確保鋼板搭接尺寸和緊密接觸。鋼筒生產完成后，須進行靜水壓試驗，在達到0.23MPa檢驗壓力后，恒壓3min，檢查所有焊縫是否漏水。如有滲漏必須卸除水壓，對滲漏處進行補焊。

2.3 管芯混凝土澆筑

PCCP管芯混凝土的作用是承受內水壓及外載荷，若抗滲性不能滿足設計要求，在內外壓力作用下，長期處于保水狀態，將有可能發生滲漏，造成預應力鋼絲及鋼筒的腐蝕，影響安全性及耐久性，因此必須嚴格控制混凝土的澆注質量。根據美國《預應力鋼筒混凝土壓力官》(AWWA301-99)【6】技術要求，管芯的厚度不小于管道直徑的1/16，因此南水北調管道的最小壁厚在250mm以上，混凝土的抗壓強度不低于50MPa。為保證管道的經濟性，在保證強度的前提下，合理使用水泥，減少水化熱，在澆筑之前需要進行混凝土配合比的設計。管芯澆筑過程中，鋼筒內外混凝土上料高度的高差要控制在500mm以內；蒸汽養護時按要求控制好溫度和蒸養時間，升溫速度小于22℃/h，恒溫時間要達到規定12h的要求；嚴禁在管芯成型后6h內脫模，養護罩內的溫度控制在30～50℃之間。拆模時要控制管芯混凝土溫度和環境溫度差小于20℃，以避免管芯混凝土出現裂縫。管材內表面出現的環向裂縫或螺旋狀裂縫寬度應不大于0.25mm(浮漿裂縫除外)；距管材插口端300mm范圍內出現的環向裂縫寬度應不大于0.5mm；成品管材內表面沿管材縱軸線的平行線成15°夾角范圍內不允許存在長度大于150mm的縱向可見裂縫。

2.4 纏繞預應力鋼絲

管道纏絲作業是管道質量控制的重要環節，鋼絲纏繞質量的好壞，直接關系到管道承受水壓的高低，影響管道的工作狀況。管道纏絲工序是管道生產過程中質量控制的一個重點。纏絲前管芯混凝土抗壓強度應不低于28MPa，同時纏絲對混凝土產生的預應力應不超過22MPa；嚴格控制鋼絲接頭的綁扎和端部鋼絲錨固作業；每節管道纏絲預應力必須滿足設計要求，整個過程拉力的波動范圍不得大于設計值的±5%。纏絲螺距在任何一段600mm范圍內不得低于設計要求的圈數，任何一段最小纏絲螺距不得小于鋼絲直徑，最大中心間距不得大于38mm。鋼絲接頭必須使用機械綁扎，且鋼絲接頭保持平直，不得扭翹，鋼絲接頭距離管端的距離不應小于300mm。同時在纏絲的過程中連續噴射水泥凈漿，以便對預應力鋼絲防腐起到臨時的保護作用。

2.5 輥射水泥砂漿保護層

工程沿線水土呈中—弱堿性，含硫酸鹽、氯化物，土壤電阻率低，對PCCP外壁砂漿和鋼結構均具有較強的腐蝕作用。砂漿保護層的作用是保護高強鋼絲免受侵蝕破壞，其質量的好壞直接關系到管道使用壽命和工程效益發揮。砂漿保護層采用輥射法。保護層厚度應不小于25mm，刮平過程應確保砂漿不被擾動，強度、密實度不被降低，輥射保護層過程應連續噴射水泥凈漿，輥射水泥漿時管芯的表面溫度不低于2℃。每班均應進行砂漿吸水率測定，吸水率試驗的平均測定值應不超過9%，單塊的吸水率應不超過11%，保護層水泥砂漿28d齡期的立方體強度不得低于45MPa，管材外保護層不應出現任何空鼓、分層及剝落現象。

2.6 保護層砂漿防腐

根據PCCP管道所處的土壤環境，為了降低土壤中的有害物質對管道的損傷，減少外界有害物質對砂漿的侵蝕，延長管道的使用壽命，在砂漿的外面進行厚漿型環氧煤瀝青涂層防腐處理。涂層的厚度為600μm，采用高壓噴涂工藝，并利用超聲波測厚儀進行干膜厚度的檢查。承插口接頭鋼圈表面設有厚度為200μm環氧飲水艙漆防腐層。該工程所使用PCCP保護層砂漿外表面均采用環氧煤瀝青涂料防腐層。增設環氧煤瀝青外防腐層后，不得降低保護層砂漿的厚度、強度、吸水率等質量標準。

3 PCCP管的廠內試驗控制

該工程使用的PCCP管在出廠前必須分批抽樣進行抗裂檢驗，即供貨方每生產出100根管就應隨機抽出1根進行抗裂試驗。PCCP管型式試驗包括：三點法荷載試驗、內水壓試驗、接頭密封試驗和接頭轉角試驗。

3.1 試驗方法

a.內壓法。選取不同的工壓、最大覆土的標準管進行內水壓的試驗。把試驗管放到試驗裝置中去，充滿水浸泡24h，使管道內部混凝土充分吸水；再采用經過率定的壓力泵(規格、型號應與試驗壓力相配套)加壓，壓力遞增速度為0.2MPa/min，直至壓力達到試驗壓力，停止加壓。試驗壓力作用下保持恒壓至少5min，管體不得出現爆裂、局部凸起或其他滲漏現象，管體預應力區水泥砂漿保護層不應出現長度大于300mm，寬度大于0.25mm的裂縫或其他剝落現象。

b.外壓法。可采用三點法檢驗管子的外壓抗裂性能。在設定壓力作用下，管體預應力水泥砂漿保護層不應出現長度大于300mm、寬度大于0.25mm的裂縫或其他剝落現象，管子內部不得開裂。

3.2 試驗壓力值

內壓法或外壓法的試驗壓力值均應滿足確認的結構設計要求。

3.3 接頭密封和轉角試驗

根據《預應力鋼筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)【7】第6.3.6條規定：“公稱直徑2200mm及2600mm的雙膠圈接頭PCCP允許相對轉角為0.5°”，但該條的表6又規定：“依管線工程實際情況，在進行管子結構設計時可以適當增加管子接頭允許相對轉角”。生產廠家應對規定的管口尺寸作適當、合理調整，使之在滿足抗滲且便于安裝的條件下，接頭允許相對轉角增大至不小于1.5°。

管道的型式試驗，必須有生產廠家、設計院、監造單位、建設單位、監督單位的代表共同參加，確保試驗的過程和結果符合規范的要求，同時驗證設計和工藝的正確性。【8】

4 成品管的質量控制

由于生產過程中的下道工序可能對上道工序造成一定的影響，以及管芯工序受模具質量的影響，可能產生不合格產品。因此為防止不合格的產品進入安裝現場，給工程質量造成隱患，應嚴格進行成品管質量檢驗。

出廠驗收是全面檢查管道質量的重要環節。生產廠家應根據質量追溯表，整理每節管道生產用原材料檢驗報告，工序生產質量記錄，工序產品檢驗報告(混凝土強度報告、砂漿保護層強度報告，砂漿吸水率報告)，成品管檢驗報告，報監造進行審查合格后，簽發產品出廠合格證書。

5 結 語

綜上所述，只有在PCCP管制造過程中嚴格控制好每一個環節及各道施工工序，同時制定完善的質量保證體系和質量控制措施，才能有效地控制PCCP管的制造質量，打造精品工程。

[1] GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[S].

[2] GB 14684—2011建設用砂[S].

[3] GB 14685—2011建設用卵石、碎石[S] .

[4] GB/ T8076—2008混凝土外加劑[S].

[5] GB/T 5223—2002預應力混凝土用鋼絲[S].

[6] ANSI/AWWAC301預應力鋼筒混凝土壓力管[S].

[7] GB/T 19685—2005預應力鋼筒混凝土管[S].

[8] 天津市南水北調工程建設委員會辦公室.天津市南水北調工程預應力鋼筒混凝土管(PCCP)管道工程優質管材評定驗收標準[S].

Tianjin South-.to-.North Water Transfer Midline Municipal Supporting PCCP Manufacturing and Quality Control Measures

YANG Zhao

(TianjinWaterWorksConstructionQualityandSafetySupervisionCenterStation,TianjinZipcode300061,China)

In the paper, quality supervision work of PCCP pipe manufacturing in South-.to-.North Water Transfer is adopted as an example. PCCP pipe raw material quality, production procedure quality, factory testing, quality of the finished pipe and other aspects were discussed. PCCP raw materials, manufacturing procedure and other links are strictly controlled, thereby ensuring pipeline stability and operation safety.

PCCP manufacturing; quality; control

TV52

A

1005-4774(2014)10-0000-03