PCCP 在施工過(guò)程中的質(zhì)量控制及破損搶修研究

柳彬彬，尹永進(jìn)，黃玉琢

（合肥供水集團(tuán)有限公司，合肥230000）

1 背景

鋼筒混凝土壓力管（RCCP）最早由北美提出并制造，其作為壓力管道的一類，具有抗?jié)B性好、耐久性強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單快捷、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，在20 世紀(jì)40 年代初被廣泛應(yīng)用于輸水工程中。后來(lái)法國(guó)幫納公司研制了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），由于其能承受更高的內(nèi)壓，管道規(guī)格更廣，逐漸取締了RCCP并推廣應(yīng)用于水利工程、雨污水干管、工業(yè)供水和廢水排放管道等方面[1]。

近年來(lái)，隨著合肥市城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，供水需求的不斷提高，給水管材的用量日益增長(zhǎng)。其中合肥市磨墩水庫(kù)至七水廠供水工程管道工程設(shè)計(jì)從磨墩水庫(kù)聚星島沿線途徑4 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（含17 個(gè)村莊）蜿蜒鋪設(shè)到七水廠內(nèi)，工程日輸水規(guī)模為4.4×105m3，輸水管單線長(zhǎng)約38.6km。工程主要采用2 根DN1 600mm 的PCCP 管道并行敷設(shè)，雙管凈距為1m，單根管道長(zhǎng)6 000mm，管道結(jié)構(gòu)及接頭形式為PCCPDE1 600mm，配筋1 423mm2/m，溝槽下口寬度為7.1m，開(kāi)挖深度為3.2～7.68m。在局部穿越河道、大面積經(jīng)濟(jì)林地及省級(jí)公路時(shí)，采用同口徑的鋼管和JPCCP（預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土頂管）進(jìn)行替換。項(xiàng)目的總體平面走向如圖1 所示，PCCP 的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 和表2 所示[2]。

圖1 項(xiàng)目總體平面圖

表1 PCCP 管結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)表

表2 JPCCP 管外層骨架結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)表

2 PCCP 的施工流程和質(zhì)量控制

2.1 PCCP 的施工流程

根據(jù)本項(xiàng)目的施工組織情況，本次PCCP 管道關(guān)鍵的施工流程確定如下：場(chǎng)地整平→測(cè)量放線→溝槽土方開(kāi)挖→管道墊層施工→管道吊裝就位→管道安裝→接頭打壓、陰極保護(hù)、內(nèi)外接縫密封→土方回填→管道試壓。施工階段關(guān)鍵工序如圖2 所示。其中在管道的吊裝和安裝階段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件和計(jì)算依據(jù)，采用內(nèi)拉法安裝PCCP 管，吊車為75t 履帶吊。

圖2 施工階段關(guān)鍵工序

2.2 PCCP 施工準(zhǔn)備階段質(zhì)量控制

2.2.1 溝槽開(kāi)挖

本工程局部溝槽開(kāi)挖深度超過(guò)5m，屬危險(xiǎn)性較大工程。開(kāi)挖前，先將表層耕植土清除集中堆放，方便后期集中處理。現(xiàn)場(chǎng)堆土高度超過(guò)1.5m 應(yīng)采取外運(yùn)形式減輕坡頂土壓力，坡頂1m 范圍內(nèi)不允許堆土及運(yùn)輸車輛通行，防止因受外力導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。溝槽成型后在坡頂設(shè)置觀察樁，每天不少于2 次測(cè)量樁身是否產(chǎn)生下沉或移位，并做好記錄。最后利用水準(zhǔn)儀或其他專用儀器對(duì)管道軸線及高程進(jìn)行拉線放樣設(shè)置定位樁，并在墊層上部撒管道安裝位置的石灰線，方便工人在安裝時(shí)及時(shí)校正管道走向。若遇軟弱基礎(chǔ)，采用級(jí)配砂礫石換填處理，經(jīng)檢測(cè)合格后方可進(jìn)行下一道工序施工。

2.2.2 管材驗(yàn)收和膠圈的安裝

管材到場(chǎng)后，針對(duì)出廠證明書及每根管身編號(hào)對(duì)PCCP 管的外觀質(zhì)量進(jìn)行逐根檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收完成后單層存放，不允許疊放。

在PCCP 管道吊裝前，由工人將插口處2 根“O”形橡膠圈安裝到位，使用外觀光滑的螺絲刀或類似工具分別插入2 根橡膠圈下繞整個(gè)管身一周連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)2～3 圈，避免橡膠圈在安裝過(guò)程出現(xiàn)扭曲、翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。此外，嚴(yán)禁使用對(duì)橡膠圈具有腐蝕性的石油類潤(rùn)滑油（劑）。

2.3 PCCP 施工階段質(zhì)量控制

2.3.1 管材安裝

管材安裝時(shí)，前一管節(jié)在吊裝就位后做穩(wěn)固處理，待后一管節(jié)被緩慢而平穩(wěn)吊至和前管大致齊平、管口相距20～30cm時(shí)，在兩管口空隙處填塞2 根方木防止管道碰撞造成管口破損。這時(shí)使用吊車調(diào)整管道的上下、左右位置，直至管道達(dá)到就位狀態(tài)。采用特制金屬槽鋼梁分別卡在已安裝完畢的管道縫隙與待安裝的管道末端，在管內(nèi)水平、對(duì)稱位置分別采用2 根圓形鋼筋制成的拉桿（鋼絲繩）和1 個(gè)10t 手動(dòng)葫蘆將2 處特制金屬槽鋼梁連接起來(lái)后，兩側(cè)操作人員在管內(nèi)同步、勻速地拉緊2 副葫蘆裝置的拉鏈，并仔細(xì)觀察管道接口使管道緩緩均勻地進(jìn)入防止損壞膠圈。期間用直尺或自制限位塊檢查、控制管口間環(huán)向間隙，最大軸向間隙不得大于2.5cm，若在安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)膠圈有異?；虺霈F(xiàn)脫槽、擠壞現(xiàn)象，應(yīng)立即將管道拆除更換橡膠圈后重新安裝[4]。

在每根管道安裝完成后及時(shí)用全站儀和水準(zhǔn)儀復(fù)測(cè)管道軸線、高程數(shù)值，并預(yù)測(cè)下一管節(jié)的校正值，確保單個(gè)接頭處的偏轉(zhuǎn)角度不大于1°，保障管道的安裝質(zhì)量。

2.3.2 管道水密性試驗(yàn)

本工程PCCP 運(yùn)行時(shí)的設(shè)計(jì)水壓為0.6MPa，試驗(yàn)水壓為0.9MPa，管道的水密性試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行3 次：（1）在每節(jié)管道安裝完成后進(jìn)行；（2）在每安裝5 節(jié)PCCP 管（含該節(jié)管道）后進(jìn)行；（3）在管道回填完成后進(jìn)行。其中前2 次采用接頭打壓的形式，檢查管節(jié)的安裝質(zhì)量，第三次為靜水壓力測(cè)試，檢查管道整體水密性能。

接頭打壓試驗(yàn)均采用注水打壓軟管與管材注水孔連接，向兩道密封橡膠圈之間凹槽內(nèi)注水，待有水從管道上口排氣孔流出時(shí)，再將排氣孔螺絲用螺絲刀將其擰緊，注水加壓至1.0MPa 時(shí)，保持5min 壓力不下降，即為合格，試驗(yàn)完成后將注水孔用螺絲封堵。

此外，在PCCP 管道上部回填完畢，彎頭、后背混凝土支墩等達(dá)到強(qiáng)度后，還需分段進(jìn)行水壓試驗(yàn)。分段水壓試驗(yàn)的長(zhǎng)度一般不超過(guò)1 000m，管段兩端設(shè)置試壓堵板，禁止閥門作為試壓后背。管道壓力試驗(yàn)分3 步完成：（1）水泵加壓使水處滿管溢出或有壓力狀態(tài)，放置不少于48h，進(jìn)行管道浸泡和排氣；（2）加至約0.6MPa 放置不小于24h，檢查管道安裝是否存在局部滲漏或支墩不牢固的情況；（3）加壓至0.9MPa，并在穩(wěn)壓后15min 內(nèi)壓力表降不大于0.03MPa，即試壓合格[5]。

2.3.3 陰極保護(hù)處理

為了保護(hù)安裝后的PCCP 管道在地下土層因發(fā)生電離反應(yīng)，腐蝕管道內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼絞線影響管道使用壽命，在PCCP 管道安裝合格后，應(yīng)把相鄰承插口的接片采用銅芯電纜進(jìn)行焊接，并按設(shè)計(jì)規(guī)范做好防腐處理。在單管道接頭處每隔36m 處埋設(shè)一個(gè)陰極保護(hù)棒，考慮本項(xiàng)目為雙道PCCP 管同槽安裝，在每間隔1km 處使用均壓電纜將同槽的雙排管道進(jìn)行電連接，沿線每2km 設(shè)置一個(gè)測(cè)試樁，測(cè)試樁同樣用電纜與管道承插口的接片焊接串聯(lián)在一起。

2.3.4 管道接縫處理

PCCP 管道的接頭內(nèi)、外部縫隙處，應(yīng)根據(jù)輸送水質(zhì)及環(huán)境的要求，采用對(duì)應(yīng)的材料進(jìn)行嵌填。本項(xiàng)目?jī)?nèi)接縫采用防霉等級(jí)為“0”級(jí)的防霉聚硫密封膠填充，外接縫密封材料設(shè)計(jì)采用自流式水泥砂漿進(jìn)行填充，砂漿表面涂刷一層聚氨酯瀝青防腐漆的處理方式。

2.3.5 溝槽回填

管道安裝完成后，首先對(duì)管基角120°回填范圍使用特制管腔搗實(shí)器配合碾壓機(jī)具將其振搗密實(shí)。土方回填部分根據(jù)試驗(yàn)確定的回填土最佳含水量后，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的壓實(shí)機(jī)具通過(guò)試驗(yàn)段的確定每層松鋪厚度及壓實(shí)遍數(shù)。進(jìn)行分段回填長(zhǎng)度宜控制在100～200m，回填材料應(yīng)分布均勻，最大回填土顆粒不得大于每層回填厚度的1/3，以保證碾壓密實(shí)。雨季施工時(shí)，當(dāng)天安裝的管道要保證當(dāng)天回填壓實(shí)完成，防止溝槽出現(xiàn)積水造成“漂管”事故[6]。

3 PCCP 的破損搶修

由于PCCP 管道口徑較大，工作壓力也較高，一旦出現(xiàn)管道漏水或爆管將會(huì)有大量的承壓水涌出地面對(duì)周邊環(huán)境造成巨大影響，甚至危及人們生命安全。發(fā)生爆管事故后，應(yīng)第一時(shí)間對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行降壓處理，最好使管道處于無(wú)壓狀態(tài)，以減少損失和便于搶修。同時(shí)按照有關(guān)應(yīng)急預(yù)案出動(dòng)搶險(xiǎn)機(jī)械設(shè)備，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)搶修點(diǎn)做到封閉圍擋，采用水泵將水排入附近河道或下水管道，挖掘機(jī)將破損管道周圍的覆土挖開(kāi)查看漏損破壞情況，以便確定管道具體漏損位置、大小后做進(jìn)一步處理。

PCCP 管的破損方式一般包含管身破損，管道整體破壞和接頭失效3 種。結(jié)合本次工程的特點(diǎn)，推薦采用的搶修方式分別如下所述。

3.1 管身破損搶修

若管道破損位于管身，且破損最大尺寸不大于300mm，可以采用抱箍進(jìn)行快速修補(bǔ)。即將管道破損處及管身安裝抱箍范圍用清水沖洗干凈，在管身安裝密封條位置用設(shè)備打磨平并用膠固定密封條；定位安裝馬鞍形加固鎧甲及抱箍緊固后向灌漿孔灌注水泥砂漿，最后在馬鞍形加固鎧甲及抱箍四周全部澆灌混凝土搶修工作便完成。馬鞍形加固鎧甲及抱箍如圖3 所示。

圖3 馬鞍形加固鎧甲及抱箍

3.2 管道整體破壞搶修

若管道破損尺寸較大或者采用局部無(wú)法完成修復(fù)的情況下，可以采取2 節(jié)短管組成的特制轉(zhuǎn)換管進(jìn)行整根更換；其中一節(jié)替換管帶有一個(gè)人孔，可以方便維修人員進(jìn)入管內(nèi)操作。特制轉(zhuǎn)換管件如圖4 所示。

圖4 特制轉(zhuǎn)換管件

3.3 接頭破損搶修

如果鋼筒未出現(xiàn)破損，僅接頭出現(xiàn)漏水可先除去接頭部分砂漿保護(hù)層，在鋼制承插口的縫隙中嵌入一根約10mm 的鋼筋焊于承插口之間，將鑿開(kāi)出用防水砂漿做包裹處理，即修補(bǔ)完成。管口嵌入鋼筋焊接修補(bǔ)如圖5 所示。

圖5 管口嵌入鋼筋焊接修補(bǔ)

3.4 PCCP 漏水或爆管的預(yù)防

建立定期檢查制度，防患于未然，是解決PCCP 管道出現(xiàn)破損搶修的最重要手段。目前，國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)并應(yīng)用聲波或電磁波檢查管道的儀器設(shè)備進(jìn)行管道鋼絲或鋼板腐蝕情況的檢查，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的部位事先對(duì)管道進(jìn)行加固處理，防止出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。此外，國(guó)際上也出現(xiàn)了很多管道修補(bǔ)材料（如纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料等）可用于管道修補(bǔ)，提高管道的結(jié)構(gòu)性能和使用壽命。

4 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）本次采用雙管并行敷設(shè)的PCCP 在合肥市磨墩水庫(kù)至七水廠供水工程管道工程中成功應(yīng)用體現(xiàn)了PCCP 抗?jié)B性能好，結(jié)構(gòu)可靠，內(nèi)拉法安裝安全等優(yōu)點(diǎn)；

2）本次PCCP 的施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于控制管材安裝方式，水密性能試驗(yàn)和相應(yīng)的配套施工措施；

3）PCCP 管道的破損搶修要以防為主，搶修形式可按照管身破損，管道整體破壞和接頭失效分別考慮；

4）本次工程應(yīng)用為PCCP 的廣泛應(yīng)用積累了工程素材，為后續(xù)工程提供參考。