預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管裂縫控制機(jī)理分析

李杰

摘要：為了能夠有效的提高鋼筒混凝土管的安全性能，本文通過(guò)對(duì)PCCP裂縫產(chǎn)生的機(jī)理、分類(lèi)以及國(guó)內(nèi)外的裂縫控制規(guī)范進(jìn)行分析，從設(shè)計(jì)、原材料、生產(chǎn)工藝、吊裝運(yùn)輸、后期養(yǎng)護(hù)等進(jìn)行裂縫控制機(jī)理分析。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，裂縫，控制，措施

引言

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土PCCP在我國(guó)的工程應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著很重要的作用[1-2]。由于受到整體的技術(shù)水平以及惡劣環(huán)境的影響，尤其是在運(yùn)輸環(huán)節(jié)與生產(chǎn)過(guò)程中，不良的養(yǎng)護(hù)手段以及生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，會(huì)造成PCCP很容易出現(xiàn)一些安全性問(wèn)題，其中管道內(nèi)襯混凝土很容易產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，對(duì)PCCP安全性能產(chǎn)生很大影響。裂縫問(wèn)題即使通過(guò)對(duì)管芯制作流程優(yōu)化、混凝土選料與配比最優(yōu)，養(yǎng)護(hù)等措施處理，但是該問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。在PCCP管道的正常工作中，由于受到內(nèi)外載荷的作用，很容易受到內(nèi)外擠壓力產(chǎn)生裂縫，當(dāng)該問(wèn)題出現(xiàn)后，會(huì)造成鋼絲與鋼筒發(fā)生腐蝕，整個(gè)鋼筒的結(jié)構(gòu)承載性能下降，鋼筒的整體壽命下降，很容易發(fā)生爆管安全問(wèn)題。因此對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管裂縫控制機(jī)理進(jìn)行分析具有重要的工程意義。

1. PPCP裂縫產(chǎn)生的原因與控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1.裂縫成因分析

對(duì)于PCCP來(lái)講，有兩種型式，分別為PCCPE和PCCPL兩種，由于其生產(chǎn)與制作的工藝的不同，造成其裂縫的形式也不同。由于PCCPE具有更廣泛的應(yīng)用范圍，裂縫出現(xiàn)更為明顯，且后果更加嚴(yán)重，為此本文將對(duì)PCCPE裂縫的成因進(jìn)行分析。

對(duì)于該型號(hào)鋼筒內(nèi)壁裂縫可以分為沿管道縱軸線呈15度內(nèi)的縱向裂縫與靠近插口處的環(huán)向裂縫。其中第一種裂縫主要的成因在于受到外力的作用下或者養(yǎng)護(hù)方法不合理造成管芯混凝土性能下降形成裂縫；第二種裂縫成因在于受到管道纏絲后具有一定的拉應(yīng)力，混凝土位于插口處厚度不足以及吊運(yùn)環(huán)節(jié)、養(yǎng)護(hù)不合理等原因造成。

1.2.裂縫分類(lèi)

1.2.1.干燥收縮裂縫。此裂縫主要是由水泥石的脫水收縮造成的，管道在脫模后，水泥石的內(nèi)部毛細(xì)孔表面張力增大，以及在凝膠孔隙里的吸附水被蒸發(fā)引起收縮現(xiàn)象。干縮裂縫可以導(dǎo)致貫穿性裂縫和表面性裂縫的發(fā)生。

1.2.2.應(yīng)力裂縫。此裂縫的產(chǎn)生與鋼筒卷制方式有關(guān)，因鋼筒合縫約束混凝土的收縮，使采用螺旋焊鋼筒的管芯產(chǎn)生螺旋式裂縫，采用拼接制鋼筒的管芯形成縱向裂縫。

1.2.3.插口裂縫。此裂縫一般產(chǎn)生于鋼圈和鋼筒搭接處，一般為橫向環(huán)狀裂縫。在現(xiàn)場(chǎng)打壓試驗(yàn)中，插口裂縫會(huì)使管道發(fā)生串皮，不利于管道的正常使用。

1.3.裂縫的國(guó)內(nèi)外控制標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造及安裝PCCP主要參考ANSI/AWWA C301和ANSI/AWWAC304、AWWA M9，以及國(guó)內(nèi)GB/T 19685及CECS 140等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

管道在通水后，管芯內(nèi)表面裂縫發(fā)生自愈合，這屬于混凝土的一種特性。因此，管道內(nèi)表面的環(huán)向裂縫只要符合下述條件均能自愈合：①有充足的水分；②引起環(huán)向開(kāi)裂的作用力消失；③在無(wú)滲漏時(shí)，裂縫寬度不大于1.5mm；有滲泄時(shí)，裂縫寬度不大于0.5mm。PCCPE不存在滲泄，因此裂縫寬度不大于1.5mm時(shí)，同時(shí)存在上述兩個(gè)條件，此裂縫就可以自愈合。實(shí)際工程表明，裂縫一般在通水后1-2個(gè)月內(nèi)愈合，正常運(yùn)行中管道的使用性能與完好管道相同。

2.PCCPE 內(nèi)表面裂縫控制措施

管道裂縫成因較復(fù)雜，相關(guān)的質(zhì)量控制存在爭(zhēng)議，要對(duì)裂縫實(shí)施有效的控制措施需要從設(shè)計(jì)、原材料控制、制造工藝、后期養(yǎng)護(hù)及裝載運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面進(jìn)行。

2.1.從設(shè)計(jì)上進(jìn)行設(shè)計(jì)控制

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的PCCP大多采用ANSI/AWWA C301和ANSI/AWWA C304及AWWA M9等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格遵照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，控制管道開(kāi)裂。ANSI/AWWAC304中有13條控制準(zhǔn)則，都必須符合準(zhǔn)則要求。如果設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)CECS 140：2011，需要對(duì)在正常使用狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行控制開(kāi)裂計(jì)算，必須滿足裂縫控制要求。

2.2.從原材料上進(jìn)行控制

合格的原材料是生產(chǎn)PCCP的基礎(chǔ)，同時(shí)混凝土技術(shù)又是PCCP生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之—，混凝土的質(zhì)量直接影響到管道的質(zhì)量。因此，PCCP生產(chǎn)前，必須對(duì)原材料的質(zhì)量嚴(yán)格控制，對(duì)水泥、砂石骨料、高強(qiáng)鋼絲和鋼板、密封膠圈等原材料的進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。

2.3.從生產(chǎn)工藝過(guò)程上進(jìn)行控制

PCCP生產(chǎn)工藝過(guò)程包括管芯成型、混凝土拌制、鋼筒制作、預(yù)應(yīng)力鋼絲纏絲及砂漿保護(hù)層輥射等。對(duì)各個(gè)生產(chǎn)工藝的過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，比如承插口鋼板圈的脹圓尺寸；承插口鋼圈和鋼筒焊接時(shí)的端面傾斜度等。此外，在管道插口端內(nèi)壁混凝土成型過(guò)程中，放置適量的縱向加強(qiáng)鋼筋是為了加強(qiáng)管芯內(nèi)壁混凝土抗拉區(qū)域的配筋面積，鋼筋長(zhǎng)度為500-600mm，間距為50-100mm。

2.4.從后期養(yǎng)護(hù)上進(jìn)行控制

加強(qiáng)混凝土的澆水養(yǎng)護(hù)，比如增加澆水的次數(shù)，延長(zhǎng)澆水的時(shí)間。對(duì)炎熱或干燥等不利環(huán)境，應(yīng)釆取綜合保護(hù)措施，比如砂漿保護(hù)層最小的含水量為干料總重的7.5%；在管道的外圍加養(yǎng)護(hù)罩以阻止砂漿保護(hù)層中的水分蒸發(fā)，養(yǎng)護(hù)罩應(yīng)為淺色；在管外壁涂刷白色涂料或其他材料以減少陽(yáng)光輻射。上述措施可以單獨(dú)或者組合應(yīng)用，根據(jù)各工程的實(shí)際情況而定。

2.5.從吊裝運(yùn)輸上進(jìn)行控制

管芯脫模時(shí)，避免吊運(yùn)造成的沖擊破壞和碰撞，否則表面會(huì)出現(xiàn)裂縫。搬運(yùn)過(guò)程中，必須使用尼龍帶、寬帆布吊索、寬加墊叉斗以及經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的滑動(dòng)墊木裝車(chē)設(shè)備。長(zhǎng)途運(yùn)輸時(shí)，管道的承插口端要妥善包扎，以防滾動(dòng)破壞。

3.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于PCCPE來(lái)講，其在生產(chǎn)與運(yùn)行管理的環(huán)節(jié)，出現(xiàn)裂縫問(wèn)題是不可避免的，一般來(lái)講一定范圍內(nèi)的環(huán)形裂縫對(duì)鋼筒管的性能以及安全性的影響較小，且能夠?qū)?nèi)壁裂縫的自動(dòng)愈合很有利。為此，PCCPE管道經(jīng)過(guò)一段運(yùn)行和回水養(yǎng)護(hù)過(guò)程后，內(nèi)壁環(huán)向裂縫能夠愈合。通過(guò)從設(shè)計(jì)、原材料、生產(chǎn)工藝、吊裝運(yùn)輸、后期養(yǎng)護(hù)等方面，全面的對(duì)管道進(jìn)行質(zhì)量控制，提高管道的運(yùn)行壽命具有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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