預應力鋼筒混凝土管質量控制淺析

□ 蔡玉珂 □ 鄔 君

（1漯河市南水北調配套工程建設管理局；2漯河市清源供水有限公司）

1 工程概況

漯河市南水北調配套工程全長約130km，采用管道輸水方案，管道最大內徑2.60m，最小內徑0.80m，內徑>1.20m的管道采用預應力鋼筒混凝土管，成品管道的質量控制是配套工程能否建設成為優質工程的決定性因素。PCCP由高強度混凝土和鋼筒組成管芯，管芯外纏繞預應力鋼絲并噴射水泥砂漿保護層，水泥砂漿保護層外可根據需要再噴涂環氧煤瀝青漆等防腐保護層。按鋼筒在管芯中的位置又可分為內襯式預應力鋼筒混凝土管和埋置式預應力混凝土管，內襯式預應力鋼筒混凝土管的鋼筒位于管芯外側，預應力鋼絲纏繞在鋼筒上。

2 預應力鋼筒混凝土管的結構特點

預應力鋼筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）是一種新型的復合材料鋼性管材，簡稱PCCP，具有水頭損失小、抗滲性能好、承受內外壓較高、密封性能好、能適應地基不均勻沉降、防腐性能好、施工方便等優點，廣泛用于各種輸水工程。

3 預應力鋼筒混凝土管施工質量的控制方法

3.1 材料影響的處理方法

PCCP鋼筒采用薄鋼板螺旋焊接而成，在鋼筒原材料的選擇上，存在兩種不同意見:一種主張采用熱軋鋼板，另一種主張采用冷軋鋼板。兩種意見爭論的焦點是:一是鋼筒和混凝土變形協調能力和粘結強度，二是鋼板的焊接性能。

復合材料結構中，不同材料之間的變形協調能力主要取決于設計強度和設計應變較小的材料，根據設計和規范要求，PCCP制作鋼筒用的薄鋼板應符合GB700、GB912的規定:最小屈服強度≥235MPa，標準長度50mm時斷裂伸長率≥21%，遠超混凝土開裂伸長率，冷軋和熱軋鋼板均能滿足變形協調要求。冷軋鋼板表面的防護油脂主要目的是防止在貯存運輸中劃傷鋼板表面，油脂厚度薄，容易用清洗工藝洗去，洗去后不影響鋼筒和混凝土的粘結。

PCCP鋼筒采用薄鋼板螺旋焊接而成，焊接質量決定了鋼筒質量。根據國內大部分生產廠家的實際經驗，冷軋鋼板板邊整齊，方便焊接，焊縫均勻，焊接質量高。熱軋鋼板厚度均一性較差，板邊不整齊，焊接前需進行裁邊，否則難以焊接，且焊縫不均勻，焊接質量差，容易漏焊，補焊困難，容易造成鋼板燒蝕穿孔。在焊接工藝方面冷軋鋼板優于熱軋鋼板，綜合考慮，PCCP鋼筒材料宜選用冷軋薄鋼板。

3.2 環向裂縫的處理方法

PCCP普遍存在環向或螺旋裂縫，這和養護條件、PCCP結構特點及制造過程都有關系，PCCP屬薄壁構件，易因干縮出現裂縫。預應力鋼絲產生的徑向壓力使管芯混凝土產生縱向拉應力，因PCCP沒有配置縱向受力鋼筋，該拉應力由管芯混凝土和鋼筒共同承擔，使插口鋼環附近容易出現裂縫。根據實際生產經驗，在距插口30cm范圍內配置鋼絲網片，可有效避免這兩種裂縫出現。

3.3 接口密封面光潔度的處理方法

PCCP管道安裝時要求每節管子安裝后均進行打壓試驗，試驗壓力取工作壓力的1.50倍。要經過不同時段的3、4次重復打壓試驗，從大部分工程安裝實際來看，有的管子在前兩次打壓試驗中能夠滿足要求，在以后的打壓試驗中漏壓，有的管子在小于某一壓力值時能夠穩壓，在超出這一壓力后掉壓。這兩種情況均是密封面光潔度不夠導致密封失效的典型情況。

PCCP接口采用雙膠圈密封，密封類型屬靜密封，決定密封性能的主要因素包括密封壓力、密封面面積和密封面光潔度。同樣尺寸的密封副，在相同的工作壓力和密封壓力作用下，由于密封面光潔度不同，會造成實際密封效果的巨大差異，密封面光潔度不滿足要求，嚴重時甚至使密封失效，因密封面光潔度不夠，會使密封在一定壓力下突然失效，失效壓力值與加載過程有關，不具規律性和可預見性。PCCP連接密封元件包括承、插口鋼環和橡膠圈。承、插口鋼環應分別符合GB/699、GB700和GB3274的規定，鋼板最小屈服強度≥205MPa，承、插口鋼環尺寸及誤差和插口鋼環上的橡膠圈槽尺寸應滿足《預應力鋼筒混凝土管》有關規定。橡膠圈的力學性能、質量要求及檢測方法等應符合有關規范要求。

《預應力鋼筒混凝土管》對承、插口鋼環尺寸及誤差、插口鋼環上的橡膠圈槽尺寸和橡膠圈尺寸的規定，與《預應力與自應力混凝土管用橡膠密封圈》對橡膠圈制造誤差的規定，實際確定了密封壓力和密封面面積，但對密封面光潔度卻未見有明確規定，各生產廠家提交的管道設計文件也無提及。從實際生產情況來看，不同廠家，不同批次的承、插口鋼環和橡膠圈槽表面較粗糙，光潔度明顯不一，造成不同廠家，不同批次的PCCP密封性能不一致，密封可靠度差，安裝工作在反復試驗中進行，嚴重影響施工進度。因管子反復插拔，很容易造成密封膠圈撕裂損壞，施工單位和PCCP供應廠家相互推諉，業主難以分清責任，糾紛不斷。因此，為使實際密封效果趨于一致，PCCP生產廠家應根據承、插口鋼環的加工工藝和密封要求，提出合適的承插口鋼環和插口鋼環橡膠圈槽表面光潔度標準。

3.4 接口填縫的處理方法

管道工程基礎應根據工程地質情況和管道設計運行工況要求而定。《給水排水工程埋地預應力混凝土管和預應力鋼筒混凝土管管道結構設計規程》規定:預應力混凝土管和預應力鋼筒混凝土管宜采用土弧基礎，當管道上作用的外壓荷載很大，采用土弧基礎不能滿足承載能力要求時可采用混凝土基礎。土弧基礎屬彈性基礎，在荷載作用下可能產生不均勻沉降，要求管道連接必須為柔性連接，以適應基礎的不均勻沉降。

PCCP連接剛度與其填縫材料有關。PCCP接縫處有約2cm寬接縫，《給水排水工程埋地預應力混凝土管和預應力鋼筒混凝土管管道結構設計規程》規定:在預應力鋼筒混凝土管道接頭處，對內、外部縫隙，應根據輸送水質及環境條件，采用水泥砂漿或柔性材料嵌填嚴實。用柔性材料填縫時，PCCP連接允許有≤0.50°的接轉轉角。連接屬柔性連接，能夠適應基礎可能產生的不均勻沉降；采用水泥砂漿填縫時，因砂漿受力變形性能差，將限制PCCP接口變形，連接為剛性連接，無法適應基礎可能產生的不均勻沉降。因此，PCCP管道采用土弧基礎時，填縫材料宜優先考慮柔性材料，只有基礎土層結構均一、經論證不易發生不均勻沉降時，才可使用水泥砂漿填縫。漯河南水北調配套工程采用天然土弧基礎，工程沿線地質結構簡單，大部分為砂壤土均一結構，不易發生不均勻沉降，為降低工程投資，采用水泥砂漿填縫是適宜的，但對部分地質結構復雜地段，采用了密封膠填縫技術，以適應管道基礎的不均勻沉降。

3.5 分層對稱的處理方法

管溝回填是管道安裝的最后一道工序，也是管道質量控制的關鍵工序之一。施工單位應根據安裝進度及時進行管溝回填，以最大限度地避免因下雨、降水井水泵停工等原因導致已安裝管溝進水，造成土弧基礎泡水、漂管等事故。回填應嚴格按照有關規范分層對稱進行，避免因非對稱回填或密實度不夠，使已安裝管道在土壓力和外部荷載作用下偏離軸線，破壞管道連接，造成質量事故。

4 結語

PCCP管道連接采用承插式連接，接縫采用水泥砂漿或密封膠填充，密封元件包括管道兩端的承、插口鋼環和O型橡膠圈，適用內壓不超過2MPa。預應力鋼筒混凝土管質量控制涉及管道設計、制造、安裝等多方面的因素。文章就預應力鋼筒混凝土管道在鋼筒材料選擇，管道內壁環向裂縫控制等進行了說明，為預應力鋼筒混凝土的施工質量措施總結了經驗。

[1]梁大偉，李娜.預應力鋼筒混凝土管制造監理的質量控制[J].科技資訊，2012（1）:149-150.

[2]吳爭兵.泵站預應力鋼筒混凝土管道敷設安裝施工質量控制[J].山西水利科技，2010（4）:31-32.

[3]魏長勇.大伙房輸水工程預應力鋼筒混凝土管道安裝過程的質量控制[J].中國科技博覽，2012（10）:175-175.