南水北调预应力钢筒混凝土管道生产质量控制

药乐闻

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

预应力钢筒混凝土管（以下简称PCCP）是在带有钢筒的混凝土管芯外缠绕环向预应力钢丝，再辊射以致密水泥砂浆保护层而制成的管道。该管道适用于大口径、高工压和高覆土的工程环境，是大型引水、排水系统的理想管材，被广泛运用于工业及民用输水、配水、灌溉系统、污水压力管道中。

南水北调中线京石段应急供水工程北京段PCCP工程线路总长56 km，采用2排并行4 m直径PCCP输水。下面结合南水北调PCCP工程实践，从监造角度分析PCCP生产质量控制要求。

1 制造工艺流程

南水北调北京段PCCP制作采用美国供水协会AWWAC301规范，主要包括承、插口、钢筒、管芯、缠丝、辊射、防腐等工序。

在现场监造过程中，通过对PCCP原材料、生产设备及关键工序严格控制，实现了对PCCP质量的有效控制，主要工序有承插口焊接、钢筒制造、管芯成型及养护、缠绕预应力钢丝和辊射。

2 关键工序控制

2.1 承插口焊接

经检验合格的成型钢板进厂后，根据周长并考虑涨圆后尺寸变化进行下料，然后辊圆，由焊接人员通过手工电弧焊焊接成圆形，经过焊缝磨平后，放到涨圆机上涨圆到图纸要求尺寸，承口还需经过扳边以利于安装。控制要素是承口尺寸公差+0.8～+1.3 mm，插口尺寸公差-0.5～0 mm；最大椭圆度不得超过12.7 mm。每制作500个承、插口环进行一次同条件焊缝抗拉强度试验。

2.2 钢筒制造

钢筒制造在螺旋制筒机上完成，首先将经过检验合格的承、插口放置到芯模两端，然后将钢板点焊到螺旋卷制的首端（承口端），通过芯模旋转与钢板卷筒形成的张力将钢板紧紧卷到芯模上并形成螺旋接缝，在卷制钢板的同时，将安装在制筒机上的埋弧自动焊机钢筒接缝自动焊接形成焊缝，钢筒卷制、焊接完成后，将钢板尾部点焊到插口上，最后由焊接人员对焊缝存在的缺陷进行补焊。

制造完成的钢筒需静水压试验合格后才能进入管芯成型工序。南水北调北京段PCCP静水压试验压力为0.16 MPa，合格标准为在试验压力下保持3 min不漏水，且表面无缺陷。静水压试验如有渗漏，需卸压后补焊，然后再打压，直到无渗漏为止。控制要素是钢筒上的凹凸不平与钢筒表面相差距离不超过10 mm，钢筒内外表面无油污、锈蚀。

2.3 管芯成型及养护

将静水压检验合格的钢筒放置到已安装好内模的模具底座上，然后吊装外模，加顶盖，打紧螺栓。用灌料斗将拌和好的混凝土通过模具顶部的浇筑间隙浇灌到模具中，整个过程大约需要1 h。浇筑完毕静停1 h后，外部套上帆布制作的蒸养罩，通过蒸汽进行加速养护，待12 h后，停气、静停、脱模，管芯制作完成。控制要素是混凝土配料单、塌落度、混凝土温度、蒸养时间及温度。管芯的检验控制要素是缠丝强度、蜂窝、锚固块及裂缝。

2.4 缠绕预应力钢丝

管芯混凝土的强度达到设计要求的缠丝强度后即可进行缠丝作业。首先将管芯吊装到缠丝设备的平台底座上，落下顶盖，固定好管芯，然后将钢丝首端砸入管芯底部的预埋锚固件中，启动缠丝按钮，管芯开始匀速旋转，缠绕在滚筒上的预应力钢丝按照预设的螺距缠绕在管芯上，钢丝缠绕的同时，将拌制好的水泥净浆均匀喷到管芯和缠好的钢丝上，最后将钢丝尾部锚固在管芯上部的预埋锚固件上。控制要素是水泥净浆浓度、钢丝接头质量、数量、缠丝应力和缠丝螺距。

2.5 辊射

将缠好钢丝的管芯吊装到辊射设备的平台底座上，拌制好砂浆料后，启动辊射开关，旋转管芯的同时，将砂浆按设计厚度高速喷射到管芯上，并将钢丝全部覆盖。辊射完成后，按照与管芯同样的蒸养制度对其进行加速养护，也可进行洒水养护。控制要素是配料单和保护层厚度，保护层养护控制要素是蒸养温度和时间。

3 缺陷处理方法

3.1 混凝土管芯裂缝

南水北调北京段PCCP管线因覆土较高，荷载较大，采用高标号C60混凝土，强度较高，水泥用量相对较大，生产初期部分管线出现裂缝，裂缝宽度0.07~0.62 mm，最深达2.5 mm。

通过调整混凝土配合比，将单方混凝土水泥用量由500 kg递减至400 kg；改善蒸养制度，在温度和进度合理的情况下进行自然养护，降低脱模时，采取合理的洒水养护措施，可使裂缝管芯比例大幅降低，工序质量基本得到控制。

3.2 承插口椭圆度

承插口的最大配合公差为2.8 mm，这种配合公差超过了AWWAC301-99标准和国家标准的相关要求，加之在国内制作4 m大口径管道尚属首次，承口在制作过程中根据制作工艺和技术参数的不同需预留一定的收缩量，这样承口直径须略大于设计尺寸才能保证成品的尺寸满足设计要求。而按国内外常规的配合间隙设计的模具进行生产，导致配合间隙较大，间隙处漏浆造成个别管道的承口部出现局部椭圆；插口由于模具和工艺问题形成局部椭圆；管道设计中存在管芯壁厚远远超过设计规范中1/16的要求。由于混凝土标号普遍较高，致使管道钢性较大，安装时变形很小，造成安装困难。因此，对承插口椭圆度作了新的调整，椭圆度调整到不大于6 mm的范围。

3.3 砂浆保护层空鼓

由于工期比较紧张，PCCP生产商在2006年冬季进行了生产。低温生产时，加之保护措施跟不上，导致PCCP砂浆保护层出现了冻伤及空鼓等问题。

通过强化温度控制措施（搭帐篷、架火炉等），建立冬季蒸养制度，并重点控制材料配合比、砂浆强度、养护时间等，有效减少了冻伤损坏，并对损坏的管道进行了修补。

4 结语

南水北调京石段应急供水工程经过2年运行，未发生因管道质量问题而影响正常供水的情况，充分说明南水北调4 m直径PCCP工程设计合理，制造和监造的质量控制科学，为今后我国大直径PCCP大型引水工程的应用提供了宝贵经验。