南水北調(diào)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道生產(chǎn)質(zhì)量控制

藥樂(lè)聞

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡(jiǎn)稱PCCP）是在帶有鋼筒的混凝土管芯外纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，再輥射以致密水泥砂漿保護(hù)層而制成的管道。該管道適用于大口徑、高工壓和高覆土的工程環(huán)境，是大型引水、排水系統(tǒng)的理想管材，被廣泛運(yùn)用于工業(yè)及民用輸水、配水、灌溉系統(tǒng)、污水壓力管道中。

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程北京段PCCP工程線路總長(zhǎng)56 km，采用2排并行4 m直徑PCCP輸水。下面結(jié)合南水北調(diào)PCCP工程實(shí)踐，從監(jiān)造角度分析PCCP生產(chǎn)質(zhì)量控制要求。

1 制造工藝流程

南水北調(diào)北京段PCCP制作采用美國(guó)供水協(xié)會(huì)AWWAC301規(guī)范，主要包括承、插口、鋼筒、管芯、纏絲、輥射、防腐等工序。

在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)PCCP原材料、生產(chǎn)設(shè)備及關(guān)鍵工序嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCCP質(zhì)量的有效控制，主要工序有承插口焊接、鋼筒制造、管芯成型及養(yǎng)護(hù)、纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲和輥射。

2 關(guān)鍵工序控制

2.1 承插口焊接

經(jīng)檢驗(yàn)合格的成型鋼板進(jìn)廠后，根據(jù)周長(zhǎng)并考慮漲圓后尺寸變化進(jìn)行下料，然后輥圓，由焊接人員通過(guò)手工電弧焊焊接成圓形，經(jīng)過(guò)焊縫磨平后，放到漲圓機(jī)上漲圓到圖紙要求尺寸，承口還需經(jīng)過(guò)扳邊以利于安裝?？刂埔厥浅锌诔叽绻?0.8～+1.3 mm，插口尺寸公差-0.5～0 mm；最大橢圓度不得超過(guò)12.7 mm。每制作500個(gè)承、插口環(huán)進(jìn)行一次同條件焊縫抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.2 鋼筒制造

鋼筒制造在螺旋制筒機(jī)上完成，首先將經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的承、插口放置到芯模兩端，然后將鋼板點(diǎn)焊到螺旋卷制的首端（承口端），通過(guò)芯模旋轉(zhuǎn)與鋼板卷筒形成的張力將鋼板緊緊卷到芯模上并形成螺旋接縫，在卷制鋼板的同時(shí)，將安裝在制筒機(jī)上的埋弧自動(dòng)焊機(jī)鋼筒接縫自動(dòng)焊接形成焊縫，鋼筒卷制、焊接完成后，將鋼板尾部點(diǎn)焊到插口上，最后由焊接人員對(duì)焊縫存在的缺陷進(jìn)行補(bǔ)焊。

制造完成的鋼筒需靜水壓試驗(yàn)合格后才能進(jìn)入管芯成型工序。南水北調(diào)北京段PCCP靜水壓試驗(yàn)壓力為0.16 MPa，合格標(biāo)準(zhǔn)為在試驗(yàn)壓力下保持3 min不漏水，且表面無(wú)缺陷。靜水壓試驗(yàn)如有滲漏，需卸壓后補(bǔ)焊，然后再打壓，直到無(wú)滲漏為止?？刂埔厥卿撏采系陌纪共黄脚c鋼筒表面相差距離不超過(guò)10 mm，鋼筒內(nèi)外表面無(wú)油污、銹蝕。

2.3 管芯成型及養(yǎng)護(hù)

將靜水壓檢驗(yàn)合格的鋼筒放置到已安裝好內(nèi)模的模具底座上，然后吊裝外模，加頂蓋，打緊螺栓。用灌料斗將拌和好的混凝土通過(guò)模具頂部的澆筑間隙澆灌到模具中，整個(gè)過(guò)程大約需要1 h。澆筑完畢靜停1 h后，外部套上帆布制作的蒸養(yǎng)罩，通過(guò)蒸汽進(jìn)行加速養(yǎng)護(hù)，待12 h后，停氣、靜停、脫模，管芯制作完成?？刂埔厥腔炷僚淞蠁?、塌落度、混凝土溫度、蒸養(yǎng)時(shí)間及溫度。管芯的檢驗(yàn)控制要素是纏絲強(qiáng)度、蜂窩、錨固塊及裂縫。

2.4 纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲

管芯混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的纏絲強(qiáng)度后即可進(jìn)行纏絲作業(yè)。首先將管芯吊裝到纏絲設(shè)備的平臺(tái)底座上，落下頂蓋，固定好管芯，然后將鋼絲首端砸入管芯底部的預(yù)埋錨固件中，啟動(dòng)纏絲按鈕，管芯開(kāi)始勻速旋轉(zhuǎn)，纏繞在滾筒上的預(yù)應(yīng)力鋼絲按照預(yù)設(shè)的螺距纏繞在管芯上，鋼絲纏繞的同時(shí)，將拌制好的水泥凈漿均勻噴到管芯和纏好的鋼絲上，最后將鋼絲尾部錨固在管芯上部的預(yù)埋錨固件上?？刂埔厥撬鄡魸{濃度、鋼絲接頭質(zhì)量、數(shù)量、纏絲應(yīng)力和纏絲螺距。

2.5 輥射

將纏好鋼絲的管芯吊裝到輥射設(shè)備的平臺(tái)底座上，拌制好砂漿料后，啟動(dòng)輥射開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)管芯的同時(shí)，將砂漿按設(shè)計(jì)厚度高速噴射到管芯上，并將鋼絲全部覆蓋。輥射完成后，按照與管芯同樣的蒸養(yǎng)制度對(duì)其進(jìn)行加速養(yǎng)護(hù)，也可進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)?？刂埔厥桥淞蠁魏捅Ｗo(hù)層厚度，保護(hù)層養(yǎng)護(hù)控制要素是蒸養(yǎng)溫度和時(shí)間。

3 缺陷處理方法

3.1 混凝土管芯裂縫

南水北調(diào)北京段PCCP管線因覆土較高，荷載較大，采用高標(biāo)號(hào)C60混凝土，強(qiáng)度較高，水泥用量相對(duì)較大，生產(chǎn)初期部分管線出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度0.07~0.62 mm，最深達(dá)2.5 mm。

通過(guò)調(diào)整混凝土配合比，將單方混凝土水泥用量由500 kg遞減至400 kg；改善蒸養(yǎng)制度，在溫度和進(jìn)度合理的情況下進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，降低脫模時(shí)，采取合理的灑水養(yǎng)護(hù)措施，可使裂縫管芯比例大幅降低，工序質(zhì)量基本得到控制。

3.2 承插口橢圓度

承插口的最大配合公差為2.8 mm，這種配合公差超過(guò)了AWWAC301-99標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，加之在國(guó)內(nèi)制作4 m大口徑管道尚屬首次，承口在制作過(guò)程中根據(jù)制作工藝和技術(shù)參數(shù)的不同需預(yù)留一定的收縮量，這樣承口直徑須略大于設(shè)計(jì)尺寸才能保證成品的尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。而按國(guó)內(nèi)外常規(guī)的配合間隙設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行生產(chǎn)，導(dǎo)致配合間隙較大，間隙處漏漿造成個(gè)別管道的承口部出現(xiàn)局部橢圓；插口由于模具和工藝問(wèn)題形成局部橢圓；管道設(shè)計(jì)中存在管芯壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范中1/16的要求。由于混凝土標(biāo)號(hào)普遍較高，致使管道鋼性較大，安裝時(shí)變形很小，造成安裝困難。因此，對(duì)承插口橢圓度作了新的調(diào)整，橢圓度調(diào)整到不大于6 mm的范圍。

3.3 砂漿保護(hù)層空鼓

由于工期比較緊張，PCCP生產(chǎn)商在2006年冬季進(jìn)行了生產(chǎn)。低溫生產(chǎn)時(shí)，加之保護(hù)措施跟不上，導(dǎo)致PCCP砂漿保護(hù)層出現(xiàn)了凍傷及空鼓等問(wèn)題。

通過(guò)強(qiáng)化溫度控制措施（搭帳篷、架火爐等），建立冬季蒸養(yǎng)制度，并重點(diǎn)控制材料配合比、砂漿強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等，有效減少了凍傷損壞，并對(duì)損壞的管道進(jìn)行了修補(bǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

南水北調(diào)京石段應(yīng)急供水工程經(jīng)過(guò)2年運(yùn)行，未發(fā)生因管道質(zhì)量問(wèn)題而影響正常供水的情況，充分說(shuō)明南水北調(diào)4 m直徑PCCP工程設(shè)計(jì)合理，制造和監(jiān)造的質(zhì)量控制科學(xué)，為今后我國(guó)大直徑PCCP大型引水工程的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。