淺析如何控制PCCP 內壁裂縫質量缺陷

安波

（寧夏青龍管業股份有限公司，寧夏 吳忠751600）

1 引言

預應力鋼筒混凝土管（以下簡稱“PCCP”）是一種復合型管材結構，是在帶有鋼筒和混凝土內襯組成的管芯外側或在由鋼筒和鋼筒內、外兩側混凝土層組成的管芯混凝土上纏繞鋼絲，并在鋼絲表面再噴制一層水泥砂漿，從而制作成為PCCP。PCCP 管材的內、外抗壓能力非常好，且防滲能力和密封能力較好，使用壽命較長，因此，非常適合用作水利工程中的輸水管道，我國的南水北調工程中大量使用了PCCP。PCCP 產生裂縫的原因主要是鋼筒的焊接工藝導致的其內壁應力不均勻，在荷載的作用下便會開裂，PCCP的內壁裂縫（尤其是縱向裂縫）會對其質量帶來較大影響，因此，控制其裂縫對于提升水利工程的質量至關重要。

2 PCCP 內壁裂縫產生的原因

2.1 混凝土干縮變形

混凝土主要指的是由通過水泥作為膠凝材料，以砂石作為集料，通過加水按照一定比例進行拌合膠結成為一個整體的復合材料的一類統稱，也稱之普通混凝土，其是現階段的土木工程當中最常見的材料。從上述分析可知，混凝土自身含有較多的水分，因此，當制作好的PCCP 被放置在露天通風的環境下時，空氣的流動便會帶走混凝土內的水分，失去水分的混凝土便會出現體積縮小的情況。水分流失較多時，混凝土自身的形狀也會發生改變，這種現象叫做混凝土的干縮變形。對于PCCP 來說，當內壁混凝土干縮變形時，會對其內部的鋼筒產生內應力，這種內應力一般不會對完整的鋼筒產生影響，但如果應力點在鋼筒的焊接處，則鋼筒焊接處會受到焊接與混凝土變形的雙重應力，導致混凝土在鋼筒焊接處開裂。

2.2 纏繞鋼絲直徑過大

鋼絲的纏繞是生產PCCP 時的重要環節，可以增加PCCP的內、外部抗壓能力，而纏繞的鋼絲也會對鋼筒產生預應力。一般來說，為提升PCCP 結構的可靠度，纏繞的鋼絲往往采取很大拉應力，按照一定的鋼絲螺距纏繞的方式，會產生沿鋼筒周長的環形應力，這種環形應力會對鋼筒產生沿周長方向上的拉伸作用，如果鋼筒生產環節焊接得不夠牢固，焊縫在鋼絲的環形鋼絲的應力作用下便會開裂[1]。這種由鋼絲應力產生的內壁裂縫較為普遍，且這種裂縫會沿著鋼筒的焊縫螺旋分布，距管材插口端300mm 范圍內出現的環向裂縫寬度大于1.5mm，內壁環形裂縫大于0.5mm[2]，則會對PCCP的質量造成一定的負面影響。

3 控制PCCP 內壁裂縫的方式

3.1 提升焊接質量

從上文可以看出，無論是由混凝土干縮引起的裂縫，還是鋼絲應力引起的裂縫，其本質是相同的，都是由于鋼筒的焊縫無法承受應力導致的混凝土開裂。因此，提升鋼筒生產環節中的焊接質量，是控制PCCP 裂縫的關鍵。

影響鋼筒焊接質量的不僅有焊接的手段，由于不同鋼材的焊接特性不同，生產鋼筒所用的鋼材也會對焊縫質量產生影響。因此，提升焊接質量除了要使用更加先進的焊接手段外，還應當對生產鋼筒搭接寬度和焊縫質量進行控制。通常來說，鋼筒內混凝土裂縫產生的位置大部分都是鋼筒表面不平整的部位——焊縫位置，焊縫在承受壓力時會出現應力不均勻的現象，在長時間的壓力作用下會導致混凝土開裂。因此在焊接鋼板時，應當注意控制對鋼板的搭接寬度和焊接過程。盡量保證搭接部位平整的對接，同時在不影響焊接效果的前提下，盡量減小鋼板搭接的寬度，盡可能減小焊縫高度，避免因鋼板搭接太寬和焊接太高導致混凝土的開裂問題。

3.2 縮小預應力鋼絲直徑

對于PCCP的總預應力來說，所纏繞鋼絲的直徑基本不會對總預應力產生影響，但單根鋼絲的直徑以及纏繞的螺距會影響分布在鋼筒表面的預應力的均勻性。當預應力分布不均勻時，鋼筒出現裂縫的概率會增加。一般來說，直徑較小的鋼絲預應力分布更加均勻[3]，鋼筒出現裂縫的概率更小。

為了找出適合進行鋼筒纏繞的預應力鋼絲，選擇了常用的5mm、6mm 與7mm 直徑的預應力鋼絲進行纏繞實驗。PCCP管道共計10 節，內壓為0.6MPa，分別用三種不同直徑的鋼絲進行纏繞實驗，在一段時間后觀察鋼筒的裂縫情況。

實驗周期為7 天。到第7 天時，5mm 鋼絲出現裂縫的管道為1 節，而6mm 與7mm 均為2 節，三種鋼絲纏繞的鋼筒中裂縫的寬度基本一致，但5mm 鋼絲中裂縫的平均長度更短，這說明較細的鋼絲有助于避免PCCP 裂縫的產生。

3.3 重視后期養護

由于混凝土自身在外部環境中會失去水分，因此，在PCCP 生產完畢后，對其內壁的混凝土和外壁砂漿進行后期灑水養護，及時地補充其水分，避免干縮變形導致內壁混凝土開裂。生產完畢的PCCP 管道的兩端應當及時進行封堵，避免管道內部的“穿堂風”帶走混凝土中的水分。

4 結語

本文對控制PCCP 內部裂縫的方式進行了研究，造成PCCP 內部裂縫的主要原因是混凝土的干縮變形以及纏繞鋼絲的應力。基于此，本文從焊接質量、鋼絲直徑和后期養護三個角度提出了控制PCCP 內部裂縫的建議。