預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管質(zhì)量控制淺析

□ 蔡玉珂 □ 鄔 君

（1漯河市南水北調(diào)配套工程建設(shè)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(diào)配套工程全長(zhǎng)約130km，采用管道輸水方案，管道最大內(nèi)徑2.60m，最小內(nèi)徑0.80m，內(nèi)徑>1.20m的管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，成品管道的質(zhì)量控制是配套工程能否建設(shè)成為優(yōu)質(zhì)工程的決定性因素。PCCP由高強(qiáng)度混凝土和鋼筒組成管芯，管芯外纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲并噴射水泥砂漿保護(hù)層，水泥砂漿保護(hù)層外可根據(jù)需要再噴涂環(huán)氧煤瀝青漆等防腐保護(hù)層。按鋼筒在管芯中的位置又可分為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管和埋置式預(yù)應(yīng)力混凝土管，內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的鋼筒位于管芯外側(cè)，預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞在鋼筒上。

2 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）是一種新型的復(fù)合材料鋼性管材，簡(jiǎn)稱PCCP，具有水頭損失小、抗?jié)B性能好、承受內(nèi)外壓較高、密封性能好、能適應(yīng)地基不均勻沉降、防腐性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種輸水工程。

3 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管施工質(zhì)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(jiàn):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(jiàn)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是:一是鋼筒和混凝土變形協(xié)調(diào)能力和粘結(jié)強(qiáng)度，二是鋼板的焊接性能。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，不同材料之間的變形協(xié)調(diào)能力主要取決于設(shè)計(jì)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)應(yīng)變較小的材料，根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，PCCP制作鋼筒用的薄鋼板應(yīng)符合GB700、GB912的規(guī)定:最小屈服強(qiáng)度≥235MPa，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度50mm時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率≥21%，遠(yuǎn)超混凝土開(kāi)裂伸長(zhǎng)率，冷軋和熱軋鋼板均能滿足變形協(xié)調(diào)要求。冷軋鋼板表面的防護(hù)油脂主要目的是防止在貯存運(yùn)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(jié)。

PCCP鋼筒采用薄鋼板螺旋焊接而成，焊接質(zhì)量決定了鋼筒質(zhì)量。根據(jù)國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，冷軋鋼板板邊整齊，方便焊接，焊縫均勻，焊接質(zhì)量高。熱軋鋼板厚度均一性較差，板邊不整齊，焊接前需進(jìn)行裁邊，否則難以焊接，且焊縫不均勻，焊接質(zhì)量差，容易漏焊，補(bǔ)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(yōu)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(huán)向裂縫的處理方法

PCCP普遍存在環(huán)向或螺旋裂縫，這和養(yǎng)護(hù)條件、PCCP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造過(guò)程都有關(guān)系，PCCP屬薄壁構(gòu)件，易因干縮出現(xiàn)裂縫。預(yù)應(yīng)力鋼絲產(chǎn)生的徑向壓力使管芯混凝土產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力，因PCCP沒(méi)有配置縱向受力鋼筋，該拉應(yīng)力由管芯混凝土和鋼筒共同承擔(dān)，使插口鋼環(huán)附近容易出現(xiàn)裂縫。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在距插口30cm范圍內(nèi)配置鋼絲網(wǎng)片，可有效避免這兩種裂縫出現(xiàn)。

3.3 接口密封面光潔度的處理方法

PCCP管道安裝時(shí)要求每節(jié)管子安裝后均進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取工作壓力的1.50倍。要經(jīng)過(guò)不同時(shí)段的3、4次重復(fù)打壓試驗(yàn)，從大部分工程安裝實(shí)際來(lái)看，有的管子在前兩次打壓試驗(yàn)中能夠滿足要求，在以后的打壓試驗(yàn)中漏壓，有的管子在小于某一壓力值時(shí)能夠穩(wěn)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?qū)е旅芊馐У牡湫颓闆r。

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(huì)造成實(shí)際密封效果的巨大差異，密封面光潔度不滿足要求，嚴(yán)重時(shí)甚至使密封失效，因密封面光潔度不夠，會(huì)使密封在一定壓力下突然失效，失效壓力值與加載過(guò)程有關(guān)，不具規(guī)律性和可預(yù)見(jiàn)性。PCCP連接密封元件包括承、插口鋼環(huán)和橡膠圈。承、插口鋼環(huán)應(yīng)分別符合GB/699、GB700和GB3274的規(guī)定，鋼板最小屈服強(qiáng)度≥205MPa，承、插口鋼環(huán)尺寸及誤差和插口鋼環(huán)上的橡膠圈槽尺寸應(yīng)滿足《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》有關(guān)規(guī)定。橡膠圈的力學(xué)性能、質(zhì)量要求及檢測(cè)方法等應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。

《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》對(duì)承、插口鋼環(huán)尺寸及誤差、插口鋼環(huán)上的橡膠圈槽尺寸和橡膠圈尺寸的規(guī)定，與《預(yù)應(yīng)力與自應(yīng)力混凝土管用橡膠密封圈》對(duì)橡膠圈制造誤差的規(guī)定，實(shí)際確定了密封壓力和密封面面積，但對(duì)密封面光潔度卻未見(jiàn)有明確規(guī)定，各生產(chǎn)廠家提交的管道設(shè)計(jì)文件也無(wú)提及。從實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，不同廠家，不同批次的承、插口鋼環(huán)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(fù)試驗(yàn)中進(jìn)行，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。因管子反復(fù)插拔，很容易造成密封膠圈撕裂損壞，施工單位和PCCP供應(yīng)廠家相互推諉，業(yè)主難以分清責(zé)任，糾紛不斷。因此，為使實(shí)際密封效果趨于一致，PCCP生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)承、插口鋼環(huán)的加工工藝和密封要求，提出合適的承插口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)橡膠圈槽表面光潔度標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 接口填縫的處理方法

管道工程基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況和管道設(shè)計(jì)運(yùn)行工況要求而定?！督o水排水工程埋地預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定:預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管宜采用土弧基礎(chǔ)，當(dāng)管道上作用的外壓荷載很大，采用土弧基礎(chǔ)不能滿足承載能力要求時(shí)可采用混凝土基礎(chǔ)。土弧基礎(chǔ)屬?gòu)椥曰A(chǔ)，在荷載作用下可能產(chǎn)生不均勻沉降，要求管道連接必須為柔性連接，以適應(yīng)基礎(chǔ)的不均勻沉降。

PCCP連接剛度與其填縫材料有關(guān)。PCCP接縫處有約2cm寬接縫，《給水排水工程埋地預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定:在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道接頭處，對(duì)內(nèi)、外部縫隙，應(yīng)根據(jù)輸送水質(zhì)及環(huán)境條件，采用水泥砂漿或柔性材料嵌填嚴(yán)實(shí)。用柔性材料填縫時(shí)，PCCP連接允許有≤0.50°的接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角。連接屬柔性連接，能夠適應(yīng)基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的不均勻沉降；采用水泥砂漿填縫時(shí)，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(wú)法適應(yīng)基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的不均勻沉降。因此，PCCP管道采用土弧基礎(chǔ)時(shí)，填縫材料宜優(yōu)先考慮柔性材料，只有基礎(chǔ)土層結(jié)構(gòu)均一、經(jīng)論證不易發(fā)生不均勻沉降時(shí)，才可使用水泥砂漿填縫。漯河南水北調(diào)配套工程采用天然土弧基礎(chǔ)，工程沿線地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分為砂壤土均一結(jié)構(gòu)，不易發(fā)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(duì)部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地段，采用了密封膠填縫技術(shù)，以適應(yīng)管道基礎(chǔ)的不均勻沉降。

3.5 分層對(duì)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(zhì)量控制的關(guān)鍵工序之一。施工單位應(yīng)根據(jù)安裝進(jìn)度及時(shí)進(jìn)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?qū)е乱寻惭b管溝進(jìn)水，造成土弧基礎(chǔ)泡水、漂管等事故?；靥顟?yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范分層對(duì)稱進(jìn)行，避免因非對(duì)稱回填或密實(shí)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(zhì)量事故。

4 結(jié)語(yǔ)

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(huán)和O型橡膠圈，適用內(nèi)壓不超過(guò)2MPa。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管質(zhì)量控制涉及管道設(shè)計(jì)、制造、安裝等多方面的因素。文章就預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道在鋼筒材料選擇，管道內(nèi)壁環(huán)向裂縫控制等進(jìn)行了說(shuō)明，為預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土的施工質(zhì)量措施總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。

[1]梁大偉，李娜.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管制造監(jiān)理的質(zhì)量控制[J].科技資訊，2012（1）:149-150.

[2]吳爭(zhēng)兵.泵站預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道敷設(shè)安裝施工質(zhì)量控制[J].山西水利科技，2010（4）:31-32.

[3]魏長(zhǎng)勇.大伙房輸水工程預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道安裝過(guò)程的質(zhì)量控制[J].中國(guó)科技博覽，2012（10）:175-175.