PCCP 在施工過程中的質量控制及破損搶修研究

柳彬彬，尹永進，黃玉琢

（合肥供水集團有限公司，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，具有抗滲性好、耐久性強、安裝簡單快捷、經濟性好等優點，在20 世紀40 年代初被廣泛應用于輸水工程中。后來法國幫納公司研制了預應力鋼筒混凝土管（PCCP），由于其能承受更高的內壓，管道規格更廣，逐漸取締了RCCP并推廣應用于水利工程、雨污水干管、工業供水和廢水排放管道等方面[1]。

近年來，隨著合肥市城市規模的不斷擴大，供水需求的不斷提高，給水管材的用量日益增長。其中合肥市磨墩水庫至七水廠供水工程管道工程設計從磨墩水庫聚星島沿線途徑4 個鄉鎮（含17 個村莊）蜿蜒鋪設到七水廠內，工程日輸水規模為4.4×105m3，輸水管單線長約38.6km。工程主要采用2 根DN1 600mm 的PCCP 管道并行敷設，雙管凈距為1m，單根管道長6 000mm，管道結構及接頭形式為PCCPDE1 600mm，配筋1 423mm2/m，溝槽下口寬度為7.1m，開挖深度為3.2～7.68m。在局部穿越河道、大面積經濟林地及省級公路時，采用同口徑的鋼管和JPCCP（預應力鋼筒混凝土頂管）進行替換。項目的總體平面走向如圖1 所示，PCCP 的設計參數如表1 和表2 所示[2]。

圖1 項目總體平面圖

表1 PCCP 管結構計算參數表

表2 JPCCP 管外層骨架結構計算參數表

2 PCCP 的施工流程和質量控制

2.1 PCCP 的施工流程

根據本項目的施工組織情況，本次PCCP 管道關鍵的施工流程確定如下：場地整平→測量放線→溝槽土方開挖→管道墊層施工→管道吊裝就位→管道安裝→接頭打壓、陰極保護、內外接縫密封→土方回填→管道試壓。施工階段關鍵工序如圖2 所示。其中在管道的吊裝和安裝階段，結合現場條件和計算依據，采用內拉法安裝PCCP 管，吊車為75t 履帶吊。

圖2 施工階段關鍵工序

2.2 PCCP 施工準備階段質量控制

2.2.1 溝槽開挖

本工程局部溝槽開挖深度超過5m，屬危險性較大工程。開挖前，先將表層耕植土清除集中堆放，方便后期集中處理。現場堆土高度超過1.5m 應采取外運形式減輕坡頂土壓力，坡頂1m 范圍內不允許堆土及運輸車輛通行，防止因受外力導致邊坡出現坍塌現象。溝槽成型后在坡頂設置觀察樁，每天不少于2 次測量樁身是否產生下沉或移位，并做好記錄。最后利用水準儀或其他專用儀器對管道軸線及高程進行拉線放樣設置定位樁，并在墊層上部撒管道安裝位置的石灰線，方便工人在安裝時及時校正管道走向。若遇軟弱基礎，采用級配砂礫石換填處理，經檢測合格后方可進行下一道工序施工。

2.2.2 管材驗收和膠圈的安裝

管材到場后，針對出廠證明書及每根管身編號對PCCP 管的外觀質量進行逐根檢查驗收，驗收完成后單層存放，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 根橡膠圈下繞整個管身一周連續轉動2～3 圈，避免橡膠圈在安裝過程出現扭曲、翻轉現象。此外，嚴禁使用對橡膠圈具有腐蝕性的石油類潤滑油（劑）。

2.3 PCCP 施工階段質量控制

2.3.1 管材安裝

管材安裝時，前一管節在吊裝就位后做穩固處理，待后一管節被緩慢而平穩吊至和前管大致齊平、管口相距20～30cm時，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。這時使用吊車調整管道的上下、左右位置，直至管道達到就位狀態。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，在管內水平、對稱位置分別采用2 根圓形鋼筋制成的拉桿（鋼絲繩）和1 個10t 手動葫蘆將2 處特制金屬槽鋼梁連接起來后，兩側操作人員在管內同步、勻速地拉緊2 副葫蘆裝置的拉鏈，并仔細觀察管道接口使管道緩緩均勻地進入防止損壞膠圈。期間用直尺或自制限位塊檢查、控制管口間環向間隙，最大軸向間隙不得大于2.5cm，若在安裝過程中發現膠圈有異常或出現脫槽、擠壞現象，應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用全站儀和水準儀復測管道軸線、高程數值，并預測下一管節的校正值，確保單個接頭處的偏轉角度不大于1°，保障管道的安裝質量。

2.3.2 管道水密性試驗

本工程PCCP 運行時的設計水壓為0.6MPa，試驗水壓為0.9MPa，管道的水密性試驗應進行3 次：（1）在每節管道安裝完成后進行；（2）在每安裝5 節PCCP 管（含該節管道）后進行；（3）在管道回填完成后進行。其中前2 次采用接頭打壓的形式，檢查管節的安裝質量，第三次為靜水壓力測試，檢查管道整體水密性能。

接頭打壓試驗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注水，待有水從管道上口排氣孔流出時，再將排氣孔螺絲用螺絲刀將其擰緊，注水加壓至1.0MPa 時，保持5min 壓力不下降，即為合格，試驗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到強度后，還需分段進行水壓試驗。分段水壓試驗的長度一般不超過1 000m，管段兩端設置試壓堵板，禁止閥門作為試壓后背。管道壓力試驗分3 步完成：（1）水泵加壓使水處滿管溢出或有壓力狀態，放置不少于48h，進行管道浸泡和排氣；（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，并在穩壓后15min 內壓力表降不大于0.03MPa，即試壓合格[5]。

2.3.3 陰極保護處理

為了保護安裝后的PCCP 管道在地下土層因發生電離反應，腐蝕管道內部的預應力鋼絞線影響管道使用壽命，在PCCP 管道安裝合格后，應把相鄰承插口的接片采用銅芯電纜進行焊接，并按設計規范做好防腐處理。在單管道接頭處每隔36m 處埋設一個陰極保護棒，考慮本項目為雙道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行電連接，沿線每2km 設置一個測試樁，測試樁同樣用電纜與管道承插口的接片焊接串聯在一起。

2.3.4 管道接縫處理

PCCP 管道的接頭內、外部縫隙處，應根據輸送水質及環境的要求，采用對應的材料進行嵌填。本項目內接縫采用防霉等級為“0”級的防霉聚硫密封膠填充，外接縫密封材料設計采用自流式水泥砂漿進行填充，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，首先對管基角120°回填范圍使用特制管腔搗實器配合碾壓機具將其振搗密實。土方回填部分根據試驗確定的回填土最佳含水量后，針對現場使用的壓實機具通過試驗段的確定每層松鋪厚度及壓實遍數。進行分段回填長度宜控制在100～200m，回填材料應分布均勻，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。雨季施工時，當天安裝的管道要保證當天回填壓實完成，防止溝槽出現積水造成“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，一旦出現管道漏水或爆管將會有大量的承壓水涌出地面對周邊環境造成巨大影響，甚至危及人們生命安全。發生爆管事故后，應第一時間對管網進行降壓處理，最好使管道處于無壓狀態，以減少損失和便于搶修。同時按照有關應急預案出動搶險機械設備，到達現場對搶修點做到封閉圍擋，采用水泵將水排入附近河道或下水管道，挖掘機將破損管道周圍的覆土挖開查看漏損破壞情況，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。結合本次工程的特點，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，可以采用抱箍進行快速修補。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法完成修復的情況下，可以采取2 節短管組成的特制轉換管進行整根更換；其中一節替換管帶有一個人孔，可以方便維修人員進入管內操作。特制轉換管件如圖4 所示。

圖4 特制轉換管件

3.3 接頭破損搶修

如果鋼筒未出現破損，僅接頭出現漏水可先除去接頭部分砂漿保護層，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，將鑿開出用防水砂漿做包裹處理，即修補完成。管口嵌入鋼筋焊接修補如圖5 所示。

圖5 管口嵌入鋼筋焊接修補

3.4 PCCP 漏水或爆管的預防

建立定期檢查制度，防患于未然，是解決PCCP 管道出現破損搶修的最重要手段。目前，國內外已出現并應用聲波或電磁波檢查管道的儀器設備進行管道鋼絲或鋼板腐蝕情況的檢查，對出現問題的部位事先對管道進行加固處理，防止出現爆管現象。此外，國際上也出現了很多管道修補材料（如纖維增強樹脂材料等）可用于管道修補，提高管道的結構性能和使用壽命。

4 結論

綜上所述，得出以下結論：

1）本次采用雙管并行敷設的PCCP 在合肥市磨墩水庫至七水廠供水工程管道工程中成功應用體現了PCCP 抗滲性能好，結構可靠，內拉法安裝安全等優點；

2）本次PCCP 的施工質量控制的關鍵在于控制管材安裝方式，水密性能試驗和相應的配套施工措施；

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）本次工程應用為PCCP 的廣泛應用積累了工程素材，為后續工程提供參考。