沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110180）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的型式試驗(yàn)檢測(cè)方法

沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110180）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)，是一種新型的鋼性管材，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)，具有鋼材和混凝土各自的特性，廣泛應(yīng)用于市政及水利行業(yè)等的長(zhǎng)距離輸水工程等。文中預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的質(zhì)量檢測(cè)采用外荷載三點(diǎn)法外荷載試驗(yàn)和內(nèi)水壓試驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)成果符合設(shè)計(jì)要求，滿足工程需要。

PCCP；三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)；內(nèi)水壓試驗(yàn)；接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)；型式試驗(yàn)

1 工程概況

遼寧省某重點(diǎn)工程預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管采購(gòu)六管廠位于阜新市阜蒙縣大巴鎮(zhèn)杜代營(yíng)子村，中標(biāo)單位為山東龍泉管道工程股份有限公司，中標(biāo)價(jià)總額為13.958億元人民幣。

管廠規(guī)劃用地440 887 m2，長(zhǎng)1 148 m，寬400 m，總建筑面積17 500 m2。購(gòu)置各種主要生產(chǎn)設(shè)備262臺(tái)套；主要試驗(yàn)設(shè)備466臺(tái)套。

管廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)管徑DN3400的管道長(zhǎng)度87.523 km，標(biāo)準(zhǔn)管共計(jì)17 110節(jié)；管徑DN3800的管道長(zhǎng)度80.72 km，標(biāo)準(zhǔn)管共計(jì)16 001節(jié)，管道總長(zhǎng)度168.243 km，PCCP標(biāo)準(zhǔn)管共計(jì)33 111節(jié)，各類(lèi)管件共計(jì)810節(jié)。管道內(nèi)壓0.6～1.4 MPa，管道覆土深度1.5～10.0 m。

管廠3條PCCP主生產(chǎn)線、2座鋼筒車(chē)間、1條管配件（含頂管）生產(chǎn)線及其他輔助設(shè)施，年生產(chǎn)能力90km/年，占地面積和產(chǎn)能均創(chuàng)亞洲之最。

2 PCCP管及其用途

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管簡(jiǎn)稱(chēng)PCCP，是一種新型的鋼性管材。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，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊在一起，承插口有凹槽和膠圈形成了滑動(dòng)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)，具有鋼材和混凝土各自的特性。廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸水干線、壓力倒虹吸、城市供水工程、有壓輸水管線、電廠循環(huán)水工程下水管道、壓力排污干管等。隨著PCCP管材應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)管材內(nèi)在質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，除了在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格控制之外，對(duì)成品管材的質(zhì)量檢驗(yàn)就顯得尤為重要。由于管材是分節(jié)制造的，不可能對(duì)管材逐節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)，按照一定的管材批量進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)的管材能夠準(zhǔn)確地反映該批管材的總體質(zhì)量情況，保證該批管材的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 型式試驗(yàn)檢測(cè)方法

型式試驗(yàn)即是為了驗(yàn)證產(chǎn)品能否滿足技術(shù)規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗(yàn)。它既是新產(chǎn)品鑒定中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是定型后產(chǎn)品在有改進(jìn)時(shí)或經(jīng)過(guò)一定時(shí)效后需要進(jìn)行的一種全面性能試驗(yàn)。型式試驗(yàn)的依據(jù)是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

型式檢驗(yàn)前提：合同范圍內(nèi)的管材在批量生產(chǎn)前及出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)：

1）正式生產(chǎn)后，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絲層數(shù)改變、水泥品種或來(lái)源改變、外加劑作重大調(diào)整、對(duì)規(guī)定的養(yǎng)護(hù)工藝作重大調(diào)整等情況之一，有可能影響產(chǎn)品性能時(shí)；

2）管材停產(chǎn)半年以上恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)；

3）出廠結(jié)果與上次型式檢驗(yàn)有較大差異，工程師認(rèn)為有必要時(shí)；

4）國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗(yàn)要求時(shí)。

3.1 三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)

三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)，就是通過(guò)上支承梁三點(diǎn)同步施加荷載，通過(guò)機(jī)械壓力的傳遞，試驗(yàn)管的裂縫荷載和破壞荷載。并對(duì)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析的試驗(yàn)過(guò)程。試驗(yàn)裝配、加載過(guò)程、數(shù)據(jù)記錄嚴(yán)格按照GB/16752中要求進(jìn)行。

注意事項(xiàng)：試驗(yàn)壓力下管體預(yù)應(yīng)力區(qū)水泥砂漿保護(hù)層不應(yīng)出現(xiàn)長(zhǎng)度大于300 mm、寬度大于0.25 mm裂縫或局部剝落現(xiàn)象，管材內(nèi)壁不得開(kāi)裂。

3.1.1 試驗(yàn)設(shè)備、材料

設(shè)備為外壓試驗(yàn)機(jī)、壓力表、讀數(shù)顯微鏡。試驗(yàn)用管為工況相同的標(biāo)準(zhǔn)管10根，由監(jiān)理人隨機(jī)抽取一根進(jìn)行試驗(yàn)，管齡期不少于28 d。

3.1.2 試驗(yàn)步驟

1）檢查設(shè)備狀況，設(shè)備無(wú)故障時(shí)方可使用；

2）用標(biāo)準(zhǔn)管放在外壓試驗(yàn)裝置2個(gè)平行的下支承梁上，然后將上支承梁放在試驗(yàn)管上，使試驗(yàn)管與上、下支承梁的軸線相互平行，并確保上支承梁能在通過(guò)上、下支承梁中心線的垂直平面內(nèi)自由移動(dòng)，上、下支承梁應(yīng)覆蓋試驗(yàn)管平直段全長(zhǎng)，加荷點(diǎn)在平直段的中點(diǎn)；

3）通過(guò)上支承梁加荷，采用三點(diǎn)同步加荷；

4）開(kāi)動(dòng)油泵，使加壓板與上支承梁接觸，施加荷載于上支承梁，加荷速度約30 kN/（m·min）；

5）連續(xù)勻速加荷至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的裂縫荷載的80%，保持1 min，觀察有無(wú)裂縫，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量其寬度，若沒(méi)有裂縫或裂縫較小，繼續(xù)按裂縫荷載的10%加荷，保持1 min，加荷至裂縫荷載，保持3 min，若裂縫寬度仍小于0.2 mm，需測(cè)定裂縫荷載時(shí)，繼續(xù)按裂縫荷載的5%分級(jí)加荷，每級(jí)保持3 min直至裂縫寬度達(dá)到或超過(guò)0.2 mm，并記錄破壞荷載；

6）裂縫寬度達(dá)到0.2 mm時(shí)的荷載為管的裂縫荷載，加壓結(jié)束時(shí)裂縫寬度達(dá)到0.2 mm，裂縫荷載為該級(jí)荷載值，加壓結(jié)束時(shí)裂縫寬度超過(guò)0.2 mm，裂縫荷載為前一級(jí)的荷載值。

3.1.3 外壓荷載計(jì)算

按GB/T19685標(biāo)準(zhǔn)6.3.5計(jì)算外壓荷載值

式中：Pc——管的抗裂外壓檢驗(yàn)荷載，kN/m；D0——管內(nèi)徑，mm；tc——管芯壁厚，包括鋼筒厚度，mm；ω——管壁截面受拉邊緣彈性抵抗矩折算系數(shù)；Ap——每米管長(zhǎng)度環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲面積，mm2；σpe——環(huán)向鋼絲最終有效預(yù)加應(yīng)力，N/ mm2；An——每米管長(zhǎng)度管壁截面管芯混凝土、鋼筒、鋼絲及砂漿保護(hù)層折算面積，mm2；α——控制砂漿開(kāi)裂系數(shù)，取1.06；ftk——管芯混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2。

不同荷載管材的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 外壓荷載計(jì)算成果表

3.2 內(nèi)水壓試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)設(shè)備、材料

設(shè)備為內(nèi)壓試驗(yàn)機(jī)、壓力表、高壓泵。試驗(yàn)用管為工壓1.0 MPa覆土6 m的標(biāo)準(zhǔn)管1根，管齡期不宜少于14 d。

3.2.2 試驗(yàn)步驟

1）檢查水壓試驗(yàn)機(jī)壓力表的量程是否滿足管的檢驗(yàn)壓力要求，檢查水壓機(jī)的狀況，清理堵頭，確認(rèn)設(shè)備正常后，方可開(kāi)始試驗(yàn)；

2）清理管的承口和插口工作面，安裝圓形橡膠密封圈，將管放置在水壓試驗(yàn)機(jī)上，管就位后，鎖緊水壓試驗(yàn)機(jī)的加壓堵頭；

3）向管內(nèi)充水直到排凈管內(nèi)的空氣，浸泡24 h，然后按0.2 MPa的速度均勻升壓至規(guī)定的檢驗(yàn)壓力，恒壓15 min；

4）在恒壓狀態(tài)下，檢查管體若無(wú)爆裂、局部凸起或出現(xiàn)其他滲漏現(xiàn)象，管體預(yù)應(yīng)力水泥砂漿保護(hù)層沒(méi)有出現(xiàn)長(zhǎng)度大于300 mm、寬度大于0.25 mm的裂縫或其他的剝落現(xiàn)象，則該管道判定為合格。

3.2.3 內(nèi)水壓試驗(yàn)壓力計(jì)算

按GB/T19685標(biāo)準(zhǔn)6.3.4計(jì)算抗裂檢驗(yàn)內(nèi)壓

式中：Pt——管的抗裂檢驗(yàn)內(nèi)壓，MPa；b——管軸向計(jì)算長(zhǎng)度，1 000 mm；r0——管內(nèi)半徑，mm。

PCCCPDE工況1800/1.0/6，采用公式（2）計(jì)算出抗裂檢驗(yàn)內(nèi)壓力值：

Ap=1 807 mm2；σpe=972.25 N/mm2；ftk=2.64 N/ mm2；An=201 480 mm2；b=1 000 mm；r0=900 mm。

得Pt=2.58 MPa。

3.3 接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)

接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)：按照規(guī)定的轉(zhuǎn)角，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝尺寸控制要求，完成兩節(jié)試驗(yàn)管的對(duì)接組裝，然后采用手動(dòng)或電動(dòng)壓力泵進(jìn)行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗(yàn)壓力時(shí)，停止加壓，檢查壓力表讀數(shù)變化，檢查接頭是否滲水、漏水的試驗(yàn)過(guò)程。

3.3.1 試驗(yàn)設(shè)備、材料

設(shè)備為壓力表、壓力泵。試驗(yàn)用管從內(nèi)水壓試驗(yàn)管中隨機(jī)抽取工壓1.0 MPa覆土6 m的標(biāo)準(zhǔn)管2根。

3.3.2 試驗(yàn)步驟

1）按照規(guī)定的0.9°轉(zhuǎn)角，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝尺寸控制要求，完成2節(jié)試驗(yàn)管的對(duì)接組裝；

2）采用手動(dòng)壓力泵進(jìn)行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗(yàn)壓力時(shí)，停止加壓，恒壓5 min，檢查壓力表讀數(shù)變化，檢查接頭若無(wú)滲水、漏水，恒壓5 min，則判定該接頭合格。

3.3.3 轉(zhuǎn)角計(jì)算

管長(zhǎng)5 000 mm，轉(zhuǎn)角0.9°時(shí)兩節(jié)管道軸線偏轉(zhuǎn)距離：

L=5 000×tg0.9°=79 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

型式試驗(yàn)項(xiàng)目比例行試驗(yàn)項(xiàng)目多，而且更加嚴(yán)格和苛刻，分批進(jìn)行管材檢驗(yàn)，為準(zhǔn)確反應(yīng)該批管材的質(zhì)量情況，管材的抽樣方法和試驗(yàn)方法同等重要，進(jìn)行試驗(yàn)的管材應(yīng)在該批管材內(nèi)隨機(jī)抽取，生產(chǎn)時(shí)間不能過(guò)于集中；根據(jù)管材的特點(diǎn)，尋找可靠、準(zhǔn)確的試驗(yàn)方法，制定行之有效的試驗(yàn)方案是管材質(zhì)量檢驗(yàn)準(zhǔn)確性的重要前提。

［1］GB/T19685-2005，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管［S］.

［2］GB/16752-2006，混凝土和鋼筋混凝土排水管試驗(yàn)方法［S］.

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2016-03-12