周玉濤 耿運生

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

PCCP制作安裝中的幾個常見問題

周玉濤 耿運生

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

近年來PCCP在大口徑長距離調(diào)水工程中應(yīng)用非常廣泛，在河北省南水北調(diào)配套工程中，直徑1.8m及以上的PCCP總長度近千公里。筆者以保滄干渠、邢清干渠為例，針對生產(chǎn)和施工過程中出現(xiàn)的各種問題，進行了總結(jié)，供相關(guān)人員參考。

PCCP 裂縫 防腐 水壓試驗

引言

河北省南水北調(diào)配套工程中除石津干渠部分渠段采用明渠輸水外，其余工程采用管道輸水，直徑1.8m及以上的管道管材一般選用PCCP，長度近千公里。筆者發(fā)稿時，管道制作、安裝已過半。筆者以保滄干渠、邢清干渠為例，針對生產(chǎn)和施工過程中出現(xiàn)的各種問題，進行了總結(jié)，供相關(guān)人員參考。

1 PCCP鋼筒用薄鋼板問題

《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》（GB/T19685—2005）中規(guī)定“制造鋼筒用薄鋼板應(yīng)分別符合GB700、GB912和GB11253的規(guī)定，薄鋼板的最小屈服強度不應(yīng)低于215MPa”，即薄鋼板可以采用熱軋鋼板或者冷軋鋼板，技術(shù)指標滿足相應(yīng)標準的要求即可。

《碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板及鋼帶》（GB/ T11253—2007）和《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶》（GB912—2008）中分別對冷軋鋼板和熱軋鋼板的化學(xué)成分、力學(xué)性能、檢驗方法等做了規(guī)定，以Q215鋼為例，冷軋鋼板和熱軋鋼板的化學(xué)成分一致，屈服強度、抗拉強度力學(xué)性能指標要求相同，冷軋鋼板由于冷加工，斷后伸長率低于熱軋鋼板。從力學(xué)性能、機械加工性能、可焊性等方面，熱軋鋼板和冷軋鋼板性能基本一致，皆滿足PCCP鋼筒制作要求。

以保滄干渠、邢清干渠為例，有9家PCCP供應(yīng)商，管道制作時冷軋鋼板和熱軋鋼板皆有采用，在管道生產(chǎn)初期，發(fā)現(xiàn)各廠家成品管內(nèi)表面皆有不同程度的沿鋼筒螺旋焊縫走向的裂縫，某廠家生產(chǎn)的管道幾乎每根管內(nèi)表面裂縫沿鋼筒螺旋焊縫全長分布，并且發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂縫較多的管道皆采用冷軋鋼板制作鋼筒。

分析產(chǎn)生環(huán)向裂縫的原因，認為主要是采用冷軋鋼板的原因。根據(jù)GB/T11253第6.3.2條，鋼板及鋼帶涂油后供貨，并且保證出廠之日起6個月內(nèi)不生銹。PCCP制造廠家生產(chǎn)鋼筒過程中，未對薄鋼板進行除油處理，而PCCP管芯混凝土厚度僅2cm左右，造成了管芯與薄鋼板的完全脫離，同時由于鋼筒焊縫高度未進行很好的控制，造成管芯在溫度應(yīng)力、干縮、管道纏絲過程中出現(xiàn)了裂縫。

參建各方通過大量的對比、試驗和分析，最后對鋼板選擇達成了一致意見，同時建設(shè)單位以文件下發(fā)了技術(shù)要求：“鋼筒用薄鋼板盡量采用熱軋鋼板，如采用冷軋鋼板，要求在鋼板出廠前進行除油處理”。文件下發(fā)后，各廠家基本以熱軋板生產(chǎn)，并且要求在廠內(nèi)切邊提高邊緣平整度，生產(chǎn)的成品管裂縫數(shù)量、寬度明顯減少。綜合分析，推薦采用熱軋鋼板制作鋼筒。

2 PCCP裂縫控制問題

GB/T19685—2005對裂縫的控制要求為“管子內(nèi)表面出現(xiàn)的環(huán)向裂縫或螺旋狀裂縫寬度不應(yīng)大于0.5mm（浮漿裂縫除外）；距管子插口端300mm范圍內(nèi)出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度不應(yīng)大于1.5mm；成品管子內(nèi)表面沿管子縱軸線的平行線成150夾角范圍內(nèi)不允許存在裂縫長度大于150mm的縱向可見裂縫。覆蓋在預(yù)應(yīng)力鋼絲表面上的水泥砂漿保護層不允許存在任何可見裂縫；覆蓋在非預(yù)應(yīng)力鋼絲區(qū)域的水泥砂漿保護層出現(xiàn)的可見裂縫寬度不應(yīng)大于0.25mm”。河北省配套工程保滄干渠、邢清干渠管材招標文件中，對于混凝土管芯內(nèi)表面的裂縫控制標準作出了比GB/T19685—2005較為嚴格的要求，要求“管子內(nèi)表面出現(xiàn)的環(huán)向裂縫或螺旋狀裂縫寬度低于0.25mm的為優(yōu)質(zhì)管，優(yōu)質(zhì)管的比例不低于85%”。

在管道生產(chǎn)初期，多家承包商的管道外觀質(zhì)量能夠滿足國標要求，基本能達到招標文件規(guī)定的要求，個別廠家?guī)缀鯖]有管道能達到招標文件規(guī)定的優(yōu)質(zhì)要求?；诹芽p情況，河北省調(diào)水辦、河北水務(wù)集團、建管單位和設(shè)計單位進行了廣泛的調(diào)研，認為通過加強施工管理，采取局部措施，可以降低管芯內(nèi)部的裂縫發(fā)展。因此，針對裂縫問題專門發(fā)文進行了規(guī)定 ，對于管芯內(nèi)表面的裂縫要求“PCCP標準管落地驗收應(yīng)滿足以下標準：管道內(nèi)表面不應(yīng)出現(xiàn)大于0.15mm環(huán)向或螺旋裂縫，距離管道插口端300mm以內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)寬度大于0.3mm的環(huán)向裂縫，整根管道不應(yīng)出現(xiàn)2條及以上可見環(huán)向或螺旋裂縫（不包括插口端300mm范圍以內(nèi)）且單條可見裂縫長度不應(yīng)超過一個內(nèi)徑周長”。

文件施行之后，各生產(chǎn)廠家通過調(diào)整纏絲工藝、加強管芯養(yǎng)護、控制鋼筒焊接質(zhì)量、插口端設(shè)置附加鋼絲等手段，控制裂縫的產(chǎn)生，達到了文件規(guī)定的要求。

3 承插口防腐和接口處理問題

PCCP承插口鋼圈防腐一般采取普通防腐，目前業(yè)界一般認為此防腐層為臨時防腐，將來管道安裝完畢后，內(nèi)外層縫隙之間用水泥砂漿填充，起到了一定防護作用，防腐層不必太厚，并且厚度過大會增加安裝時的摩擦力。

筆者針對南水北調(diào)配套工程保滄干渠PCCP承插口鋼圈防腐和接口的施工過程和施工效果進行調(diào)查。發(fā)覺存在如下問題：（1）管道安裝過程中，管節(jié)承插口之間偏轉(zhuǎn)角度過大，個別角度超出1度，造成承插口鋼圈防腐層磨損；（2）管道安裝完成后發(fā)生沉降，接口外側(cè)分縫處回填的砂漿層發(fā)生裂縫或者擠出破壞。

鑒于以上兩種情況，尤其在管道外側(cè)地下水相對豐富、侵蝕性較高的區(qū)域，當外層砂漿出現(xiàn)裂縫且裂縫難以在潮濕環(huán)境下彌合時，PCCP鋼圈將處于不利環(huán)境之下，容易被銹蝕。保滄干渠承插口防腐厚度采用0.16mm，施工中沒有明顯出現(xiàn)摩擦力過大導(dǎo)致安裝困難問題，某段管節(jié)安裝中出現(xiàn)偏差，把管節(jié)拔出后重新安裝，拔出后，發(fā)現(xiàn)鋼圈防腐層僅有輕微擦痕，并未暴露鋼圈。保滄干渠PCCP管道接口外縫采取了水泥砂漿灌縫，砂漿外纏環(huán)氧瀝青冷纏帶的措施，通過冷纏帶相對柔性的特點，對承插口鋼圈起到雙重保護，從現(xiàn)場施工情況看效果良好。

綜合分析，筆者認為鋼圈防腐層厚度不宜超過0.2mm，同時不宜低于0.1mm。管道接口外縫的處理措施宜在管道安裝、自重沉降基本完成后進行，減小因沉降等問題造成的灌縫砂漿產(chǎn)生裂縫。當所處外部環(huán)境侵蝕性較強時，宜在外層采用能適應(yīng)一定變形的接口材料，減緩對承插口鋼圈的腐蝕。

4 墊層和支撐角回填土壓實度問題

管道有效支撐角和管身兩側(cè)范圍內(nèi)填土壓實度高，對管道的結(jié)構(gòu)受力有利，能有效提高管道的承載能力?！督o水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50286—2008）中，無論粘性土還是非粘性土，皆以壓實度作為壓實指標進行控制。在水利相關(guān)標準中，粘性土采用壓實度作為壓實指標，對于非粘性土以相對密度作為壓實指標。由此產(chǎn)生了壓實指標與檢測標準不匹配的問題。

對于此問題，筆者認為應(yīng)該以GB50286推薦的壓實度控制干密度，同時進行相對密度試驗，以相對密度試驗的結(jié)果反算此干密度對應(yīng)的相對密度。對于砂性土，可能標準擊實試驗無法取得數(shù)據(jù)，可以通過“大桶”進行試驗。作者針對邢清干渠中砂墊層進行了壓實度和相對密度試驗，擊實試驗最大干密度1.65g/cm3,最優(yōu)含水量16%，相對密度試驗最大干密度1.68g/cm3,最小干密度1.37g/cm3。壓實度0.95對應(yīng)相對密度0.68，壓實度0.90對應(yīng)相對密度0.42。根據(jù)計算結(jié)果，對于有較高要求的支撐角度范圍內(nèi)，以壓實度或者以水利工程常用的土石壩工程（或堤防工程）控制的相對密度進行控制，效果相當，但對于兩側(cè)或者管頂區(qū)域，以相對密度進行控制的壓實要求更加嚴格一些。

5 水壓試驗合格標準問題

GB50268—2008中規(guī)定了PCCP水壓試驗可以通過允許壓力降或者允許滲水量兩種方式進行。當用允許壓力降驗收時，合格標準為壓力降不大于0.03MPa。當用允許滲水量驗收時，對于大管徑管材，允許滲水量不高于0.14×D0.5（L/min?km）。這樣，就出現(xiàn)了兩種驗收標準，可能存在某種驗收標準合格而另一種驗收標準不合格的情況。

水壓試驗時，管材變形很小，處于彈性變形階段，針對這種情況，筆者進行了理論分析，分析時考慮打壓試驗時的環(huán)境溫度、管材的結(jié)構(gòu)尺寸、管材彈性模量、水的壓縮性等因素，并以邢清干渠某段DIP管道實際水壓試驗的結(jié)果進行成果修正。邢清干渠某段DIP管道的水壓試驗，管道選用K8級DIP，管徑1400mm，打壓段長度1400m，試驗時壓力由1.0MPa升至1.1MPa時，注水量381L，水溫10℃。

依據(jù)PCCP水壓試驗驗收標準，計算了在常規(guī)打壓試驗壓力（1～1.5MPa）下壓力降0.03MPa與滲水量的關(guān)系。通過計算認為，當管徑在1.8m時，壓力降0.03MPa對應(yīng)的計算滲水量與GB50268—2008規(guī)定的允許滲水量相當，當管徑高于1.8m時，壓力降0.03MPa對應(yīng)的計算滲水量高于GB50268—2008規(guī)定的允許滲水量。也就是說，當管徑較大時，用允許滲水量作為驗收合格標準較允許壓力降更為嚴格。

6 結(jié)語

通過河北省南水北調(diào)配套工程PCCP制作和安裝中出現(xiàn)的問題以及處理措施，有以下體會和建議：（1）PCCP鋼筒用薄鋼板盡量選用熱軋鋼板，采用冷軋鋼板應(yīng)徹底除油；（2）GB/T19685—2005中對成品管的裂縫控制標準偏低，通過加強各工藝流程的控制可以大大減少裂縫，提高管道耐久性，建議提高裂縫控制標準；（3）PCCP承插口鋼圈防腐層厚度建議控制在0.1-0.2mm之間，接口外縫處理措施根據(jù)環(huán)境腐蝕性確定，可以考慮采用柔性防護層；（4）施工中嚴格控制管道支撐角墊層的密實度，以砂性土回填時，宜以相對密度指標進行控制；（5）對于大口徑的PCCP，水壓試驗標準宜以允許滲水量進行控制。

1 《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》.（GB/T19685-2005）.中國標準出版社,2005.

2 《碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋薄鋼板及鋼帶》.（GB/T11253-2007）.中國標準出版社,2008.

3 《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋薄鋼板和鋼帶》.（GB912-2008）.中國標準出版社,2009.

4 《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》.（GB50286-2008）.中國建筑工業(yè)出版社,2009.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.015

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周玉濤（1982年—），女，工程師。