朔州神頭泉水置換廠預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）安裝施工中所遇問題和處理對策

郝東紅

（山西省晉中市水利建筑工程總公司 山西晉中 030600）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），是一種新型的剛性管材。它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以高標(biāo)號砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊接在一起，插口上有凹槽和膠圈形成滑動式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，兼具鋼材和混凝土各自特性。

因?yàn)镻CCP具有合理的復(fù)合結(jié)構(gòu)，承受內(nèi)外壓較高、接頭密封性好、抗震能力強(qiáng)、施工方便快捷、防腐性能好、維護(hù)方便、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)壽命長、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。所以在2010年，朔州伸頭泉水置換廠輸水管道工程選用了PCCP管材。該工程2010年6月開工，于2011年7月竣工試水。一次性通過試水試驗(yàn)，無任何質(zhì)量缺陷和隱患，經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)。

1 神頭泉水置換廠輸水工程概況

朔州市神頭泉水置換水廠工程是通過引黃河水入朔州到神頭電廠，讓用水、耗水大戶用上黃河水然后把神頭泉的優(yōu)質(zhì)泉水置換出來的一項(xiàng)保護(hù)地下水資源的利民工程。由成都西南設(shè)計研究院設(shè)計，其中的輸水管線工程由山西省晉中市水利建筑工程總公司總承包。管線工程包括原水管（從引黃入朔水源——耿莊水庫至凈水廠）和清水管線（從凈水廠至用戶——神頭電廠），原水管線長3.6km，清水管線長7.5km，整條管線采用雙管線布置（其中一條為檢修備用），管材為內(nèi)襯式PCCP、管內(nèi)徑1200mm、雙膠圈。雙管中心距2000mm，原水管工作壓力0.4MPa，實(shí)驗(yàn)壓力為工作壓力的1.5倍（0.6mPa），清水管工作壓力0.6mPa實(shí)驗(yàn)壓力0.9mPa。

整個工程位于市郊的大路旁或農(nóng)田中，地勢平坦、交通方便，但工程穿越農(nóng)田，橫跨鐵路公路，最難的是有5km長的管線在神朔大道人行道上施工，干擾頗多，組織管理難度很大。其地質(zhì)條件為濕陷性黃土，針對此情況設(shè)計在不同的地段采用700～1200mm厚不等的三七灰土，以上再做250mm厚的天然沙礫碾壓墊層，管件安裝完成后，從管中心以下再做天然沙礫回填，要求用輕型夯擊機(jī)械夯實(shí)。管中心線以上到管頂500mm以下用素土回填，輕型機(jī)械夯實(shí)。杜絕用重型機(jī)械碾壓。

本工程地處山西雁北地區(qū)，氣候干燥多風(fēng)、晝夜溫差大，較大的溫差帶給PCCP施工安裝一定不利影響。

2 安裝施工中所遇問題和經(jīng)驗(yàn)探討

2.1 橡膠密封圈規(guī)格的選擇

PCCP接頭由連續(xù)實(shí)心膠圈密封，它具有一個直徑公差為±0.40mm的圓形截面。安裝管接頭時，選擇膠圈應(yīng)保證其體積足以填滿插口預(yù)留的凹槽，形成擠壓密封。膠圈是確保接頭不漏水的唯一條件。

在神頭泉水置換水廠輸水管線工程的PCCP采用雙膠圈密封，管內(nèi)徑1200mm。插口環(huán)直徑均為1353mm。在開始安裝時，建設(shè)方選定供貨商（北京河山管業(yè)有限公司朔州分公司）提供的配套橡膠圈規(guī)格為1040mm (以膠圈的膠條軸心線為圓的直徑尺寸)，在一切準(zhǔn)備妥當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，安裝時卻苦頭吃盡還沒有成功。首先在插口進(jìn)入承口時就特別的費(fèi)勁，用兩個10t的手板葫蘆費(fèi)九牛二虎之力將插口拉入承口后，已經(jīng)將承口鋼板上的砂漿保護(hù)層撐的裂縫甚至剝落。等打壓試驗(yàn)時卻屢屢漏水，再拔出來，一檢查，膠圈破損了。就這樣在焦灼中度過了一周時間，此時更多的質(zhì)疑是施工隊(duì)伍安裝不專業(yè)，為此專門請了一隊(duì)在引黃管線工程安裝很出色的工人到現(xiàn)場示范，問題依然沒有任何的改善。經(jīng)過一個星期的反復(fù)拆裝卻連兩根管子也沒能安裝合格，膠圈卻報廢了幾十條。在無計可施之時，有人懷疑是否所供管子不合格，但是從現(xiàn)場檢測的各種數(shù)據(jù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，況且該供貨商給引黃管線工程全線供貨，情況一直良好。當(dāng)時誰都沒有懷疑膠圈問題（因?yàn)槟z圈安裝上去后表面看沒有任何不合適，而且是一個柔性的小部件，不會引起人們注意）。

沒辦法，最后工程暫停，從引黃總部請了一個技術(shù)專家到工地，他詳細(xì)聽了描述，又仔細(xì)查看了現(xiàn)場，認(rèn)真思索之后，提出問題可能出在膠圈上。于是將1040mm的膠圈換成1020mm的膠圈。這一換問題迎刃而解，從此安裝步入正常，特別在涼爽的日子里，一班工人10h能安裝40根管子，令人刮目。

1200mm內(nèi)徑的管子，膠圈直徑差那么區(qū)區(qū)的20mm，反映到周長上也就差6cm多，,就無法安裝，這一細(xì)節(jié)不容忽視。

仔細(xì)思考，不同規(guī)格膠圈影響安裝難度的因素就在于膠圈套上插口時被拉伸變細(xì)的差別。周長越長的膠圈在套上抽口時被拉伸變細(xì)量就越小，相對的擠壓力和摩擦力就越大，也就越難安裝。反之則容易。但是膠圈的作用是止水，理論上應(yīng)該是越粗、擠壓力越大止水效果越好。如此安裝的難易和止水效果就是一對矛盾，在操作中就需要平衡這矛盾。在選用膠圈時，既要滿足施工可行性又要保證設(shè)計的實(shí)驗(yàn)壓力。

實(shí)際操作中，膠圈的規(guī)格不是絕對的，在后來的施工中還選用過1015mm規(guī)格的膠圈，也能滿足設(shè)計的實(shí)驗(yàn)壓力。

2.2 承插口接頭鋼環(huán)橢圓度對安裝的影響

PCCP管最精密的部位就是其承口和插口的鋼環(huán)，它的圓度不是絕對的，其承插口接頭鋼環(huán)橢圓度允許偏差為0.5%，在制作過程中有嚴(yán)格的控制，出廠也進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，但是在實(shí)際施工中還是常常遇到因接頭鋼環(huán)不標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致安裝困難。

其情況有兩種，第一、橢圓度方向問題；在出廠檢驗(yàn)時，其橢圓度在規(guī)范允許偏差之內(nèi)，但在吊裝時，可能正好插口橢圓的長向遇上承口的橢圓短向，以致安裝時插入困難，此時一定不要強(qiáng)行拉入，而是將吊起的管子下落，翻滾一定角度，將插口的長向盡量對準(zhǔn)承口的長向，再試行安裝，往往就容易了。否則強(qiáng)行拉入也會導(dǎo)致膠圈受損而試壓不合格或者把接頭部位砂漿保護(hù)層撐裂剝落。第二、接頭鋼環(huán)局部有凸起，此凸起會引起安裝困難，此時同樣不要強(qiáng)拉硬拽，而是用圓度卡板測得凸起所在，然后用便攜式砂輪將凸起打磨平滑，問題可解決。如果上述兩種方法仍不能解決則將此管返廠整修。

2.3 氣溫對安裝的影響

本工程的安裝施工歷經(jīng)炎炎夏日、干燥涼爽秋季和寒冷的冬季，此間表現(xiàn)出安裝施工和氣溫有密切的關(guān)系，表現(xiàn)有以下幾方面；

1）在盛夏時節(jié)，早上安裝比較容易，省力省時，到中午時分則費(fèi)力困難。究其原因主要有二：第一、膠圈的熱脹冷縮造成承口阻力大小不同，氣溫高，膠圈膨脹，安裝時擠壓力相對較大，阻力就大，安裝就困難。反之則容易。第二、氣溫高時，膠圈變得粘軟，摩擦力加大。氣溫低時，膠圈則相對較硬，摩擦力自然就小點(diǎn)。摩擦力的大小決定了安裝的難易。故而在此季節(jié)應(yīng)該將膠圈泡在涼水里并放在陰涼處，以便使用。秋冬季節(jié)安裝相對夏季要好插入。

2)在安裝過程中，發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，少數(shù)管子接頭在剛安裝時試壓能承受較高的壓力，而在第二天復(fù)壓時承受壓力就變小了，間隔時間再復(fù)壓就又能承受較高壓力。反復(fù)對比找出了一個共性：在氣溫較高的中午試壓就能承受較高壓力，在氣溫較低的早晨只能承受較低壓力。這同樣和膠圈的熱脹冷縮有關(guān)。

3)夏天安裝的管子當(dāng)時試壓能承壓較高，到冬天復(fù)檢是約有2%的管子接頭承壓就變小了。同理這現(xiàn)象和膠圈的熱脹冷縮也有關(guān)系。

2.4 澆筑PCCP管包封混凝土所遇問題和經(jīng)驗(yàn)

因?yàn)镻CCP的結(jié)構(gòu)決定了其耐內(nèi)壓而不耐外壓，所以本工程在PCCP管線穿越公路或其被覆蓋后要通過重車的范圍，設(shè)計要求對安裝好的PCCP管進(jìn)行混凝土包封，即在安裝好PCCP管后，每5根管子長30m為一單元，在周圍綁扎鋼筋，支模澆筑混凝土，最后形成一個管子周圍包裹鋼筋混凝土的四方體，以抗擊外部的動壓力，避免管子受損。本工程有總計長達(dá)1km的管子進(jìn)行了混凝土包封，在開始的包封混凝土施工中曾發(fā)生兩次管子漂浮，嚴(yán)重的一次，一個包封混凝土單元中間管子嚴(yán)重隆起，導(dǎo)致其中兩根管子接頭內(nèi)縫超過60mm，打壓漏水。最后不得不將快要澆筑完成的一單元混凝土全部挖除，管子也全部拆除，然后重新施工，造成了經(jīng)濟(jì)和工期的巨大損失。

究其主要原因是：采用商品混凝土澆筑強(qiáng)度太大，下部的混凝土還沒有初凝仍處于流動狀態(tài)，上部的混凝土緊接就入倉，經(jīng)過振搗后，液態(tài)的混凝土就會產(chǎn)生巨大的浮力超過中空密封的管子重量，從而將其托起。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不僅流動的混凝土能將安裝好的PCCP管浮起，甚至在長距離安裝好的PCCP管不能及時回填時，一場突如其來的暴雨致溝槽積水，如積水達(dá)到一定的深度，也能將其浮起。故而在安裝過程中應(yīng)高度重視及時回填。

在PCCP管包封混凝土施工時，特別是在使用商品混凝土?xí)r，一定要嚴(yán)格控制其澆筑強(qiáng)度，要分層澆筑并逐層振搗密實(shí)。當(dāng)澆筑至埋深PCCP管1/3一處，要暫停等待，等已澆筑的混凝土即初凝后再進(jìn)行上部的澆筑，而且切忌在振搗上部混凝土?xí)r，再次將振棒插入管底部的混凝土進(jìn)行猛振。

2.5 濕陷性黃土基礎(chǔ)的處理

在本工程長11km的管線基礎(chǔ)全部為濕陷性黃土，所以在基礎(chǔ)處理設(shè)計時，不僅要考慮其地基承載力，而且要考慮其抗?jié)裣菪阅芰Α?/p>

本工程基礎(chǔ)處理的設(shè)計方案根據(jù)不同地段的覆土厚度做了不同的處理，先做70～120cm的3:7灰土，然后到管子中心線部位做自然級配的砂卵石夯填（3:7灰土的壓實(shí)系數(shù)為0.95）。

在實(shí)際施工中，用現(xiàn)有的材料配制的3:7灰土根本無法達(dá)到0.95的壓實(shí)系數(shù)，后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況將其調(diào)整為0.93。施工時，正逢雨季，多處基礎(chǔ)在安裝好的PCCP管后，還沒有來得及回填，就遭遇了強(qiáng)降雨的襲擊，安裝好的管子基槽積水深達(dá)1m，天晴后將水抽排，其濕陷形變用水準(zhǔn)儀幾乎檢測不出來，在有安裝好的管子重壓下又經(jīng)受過雨水浸泡，基礎(chǔ)形變極其微小，實(shí)踐證明3:7灰土對濕陷性黃土基礎(chǔ)的處理效果是非常好的。

在工程完成至1/3時，根據(jù)現(xiàn)場情況，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，為了降低造價，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后，將灰土比例調(diào)降為2:8，經(jīng)過現(xiàn)實(shí)考驗(yàn)其效果依然很好。其良好的設(shè)計方案保證了施工質(zhì)量和進(jìn)度。

本工程在2011年7月底進(jìn)行了全線壓水試驗(yàn)，無一處滲水，一次通過驗(yàn)收。同年10月凈水廠竣工后，已經(jīng)向神頭一電、二電和大唐朔州電廠輸水供水，運(yùn)行良好。