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計研究院 河北石家莊 050021）

近年來PCCP在大口徑長距離調水工程中應用非常廣泛，在河北省南水北調配套工程中，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，針對生產和施工過程中出現的各種問題，進行了總結，供相關人員參考。

PCCP 裂縫 防腐 水壓試驗

引言

河北省南水北調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，針對生產和施工過程中出現的各種問題，進行了總結，供相關人員參考。

1 PCCP鋼筒用薄鋼板問題

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

《碳素結構鋼冷軋薄鋼板及鋼帶》（GB/ T11253—2007）和《碳素結構鋼和低合金結構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成分、力學性能、檢驗方法等做了規定，以Q215鋼為例，冷軋鋼板和熱軋鋼板的化學成分一致，屈服強度、抗拉強度力學性能指標要求相同，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供應商，管道制作時冷軋鋼板和熱軋鋼板皆有采用，在管道生產初期，發現各廠家成品管內表面皆有不同程度的沿鋼筒螺旋焊縫走向的裂縫，某廠家生產的管道幾乎每根管內表面裂縫沿鋼筒螺旋焊縫全長分布，并且發現出現裂縫較多的管道皆采用冷軋鋼板制作鋼筒。

分析產生環向裂縫的原因，認為主要是采用冷軋鋼板的原因。根據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個月內不生銹。PCCP制造廠家生產鋼筒過程中，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，造成管芯在溫度應力、干縮、管道纏絲過程中出現了裂縫。

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，同時建設單位以文件下發了技術要求：“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”。文件下發后，各廠家基本以熱軋板生產，并且要求在廠內切邊提高邊緣平整度，生產的成品管裂縫數量、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“管子內表面出現的環向裂縫或螺旋狀裂縫寬度不應大于0.5mm（浮漿裂縫除外）；距管子插口端300mm范圍內出現的環向裂縫寬度不應大于1.5mm；成品管子內表面沿管子縱軸線的平行線成150夾角范圍內不允許存在裂縫長度大于150mm的縱向可見裂縫。覆蓋在預應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；覆蓋在非預應力鋼絲區域的水泥砂漿保護層出現的可見裂縫寬度不應大于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“管子內表面出現的環向裂縫或螺旋狀裂縫寬度低于0.25mm的為優質管，優質管的比例不低于85%”。

在管道生產初期，多家承包商的管道外觀質量能夠滿足國標要求，基本能達到招標文件規定的要求，個別廠家幾乎沒有管道能達到招標文件規定的優質要求。基于裂縫情況，河北省調水辦、河北水務集團、建管單位和設計單位進行了廣泛的調研，認為通過加強施工管理，采取局部措施，可以降低管芯內部的裂縫發展。因此，針對裂縫問題專門發文進行了規定 ，對于管芯內表面的裂縫要求“PCCP標準管落地驗收應滿足以下標準：管道內表面不應出現大于0.15mm環向或螺旋裂縫，距離管道插口端300mm以內不應出現寬度大于0.3mm的環向裂縫，整根管道不應出現2條及以上可見環向或螺旋裂縫（不包括插口端300mm范圍以內）且單條可見裂縫長度不應超過一個內徑周長”。

文件施行之后，各生產廠家通過調整纏絲工藝、加強管芯養護、控制鋼筒焊接質量、插口端設置附加鋼絲等手段，控制裂縫的產生，達到了文件規定的要求。

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，目前業界一般認為此防腐層為臨時防腐，將來管道安裝完畢后，內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查。發覺存在如下問題：（1）管道安裝過程中，管節承插口之間偏轉角度過大，個別角度超出1度，造成承插口鋼圈防腐層磨損；（2）管道安裝完成后發生沉降，接口外側分縫處回填的砂漿層發生裂縫或者擠出破壞。

鑒于以上兩種情況，尤其在管道外側地下水相對豐富、侵蝕性較高的區域，當外層砂漿出現裂縫且裂縫難以在潮濕環境下彌合時，PCCP鋼圈將處于不利環境之下，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摩擦力過大導致安裝困難問題，某段管節安裝中出現偏差，把管節拔出后重新安裝，拔出后，發現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生裂縫。當所處外部環境侵蝕性較強時，宜在外層采用能適應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范圍內填土壓實度高，對管道的結構受力有利，能有效提高管道的承載能力。《給水排水管道工程施工及驗收規范》（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果反算此干密度對應的相對密度。對于砂性土，可能標準擊實試驗無法取得數據，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對應相對密度0.68，壓實度0.90對應相對密度0.42。根據計算結果，對于有較高要求的支撐角度范圍內，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，但對于兩側或者管頂區域，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境溫度、管材的結構尺寸、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PCCP水壓試驗驗收標準，計算了在常規打壓試驗壓力（1～1.5MPa）下壓力降0.03MPa與滲水量的關系。通過計算認為，當管徑在1.8m時，壓力降0.03MPa對應的計算滲水量與GB50268—2008規定的允許滲水量相當，當管徑高于1.8m時，壓力降0.03MPa對應的計算滲水量高于GB50268—2008規定的允許滲水量。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 結語

通過河北省南水北調配套工程PCCP制作和安裝中出現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環境腐蝕性確定，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 《預應力鋼筒混凝土管》.（GB/T19685-2005）.中國標準出版社,2005.

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

3 《碳素結構鋼和低合金結構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范》.（GB50286-2008）.中國建筑工業出版社,2009.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.015

TV523

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1672-2469(2014)12-0044-02

周玉濤（1982年—），女，工程師。