PCCP制作安装中的几个常见问题

周玉涛 耿运生

（河北省水利水电第二勘测设计研究院 河北石家庄 050021）

PCCP制作安装中的几个常见问题

周玉涛 耿运生

（河北省水利水电第二勘测设计研究院 河北石家庄 050021）

近年来PCCP在大口径长距离调水工程中应用非常广泛，在河北省南水北调配套工程中，直径1.8m及以上的PCCP总长度近千公里。笔者以保沧干渠、邢清干渠为例，针对生产和施工过程中出现的各种问题，进行了总结，供相关人员参考。

PCCP 裂缝 防腐 水压试验

引言

河北省南水北调配套工程中除石津干渠部分渠段采用明渠输水外，其余工程采用管道输水，直径1.8m及以上的管道管材一般选用PCCP，长度近千公里。笔者发稿时，管道制作、安装已过半。笔者以保沧干渠、邢清干渠为例，针对生产和施工过程中出现的各种问题，进行了总结，供相关人员参考。

1 PCCP钢筒用薄钢板问题

《预应力钢筒混凝土管》（GB/T19685—2005）中规定“制造钢筒用薄钢板应分别符合GB700、GB912和GB11253的规定，薄钢板的最小屈服强度不应低于215MPa”，即薄钢板可以采用热轧钢板或者冷轧钢板，技术指标满足相应标准的要求即可。

《碳素结构钢冷轧薄钢板及钢带》（GB/ T11253—2007）和《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带》（GB912—2008）中分别对冷轧钢板和热轧钢板的化学成分、力学性能、检验方法等做了规定，以Q215钢为例，冷轧钢板和热轧钢板的化学成分一致，屈服强度、抗拉强度力学性能指标要求相同，冷轧钢板由于冷加工，断后伸长率低于热轧钢板。从力学性能、机械加工性能、可焊性等方面，热轧钢板和冷轧钢板性能基本一致，皆满足PCCP钢筒制作要求。

以保沧干渠、邢清干渠为例，有9家PCCP供应商，管道制作时冷轧钢板和热轧钢板皆有采用，在管道生产初期，发现各厂家成品管内表面皆有不同程度的沿钢筒螺旋焊缝走向的裂缝，某厂家生产的管道几乎每根管内表面裂缝沿钢筒螺旋焊缝全长分布，并且发现出现裂缝较多的管道皆采用冷轧钢板制作钢筒。

分析产生环向裂缝的原因，认为主要是采用冷轧钢板的原因。根据GB/T11253第6.3.2条，钢板及钢带涂油后供货，并且保证出厂之日起6个月内不生锈。PCCP制造厂家生产钢筒过程中，未对薄钢板进行除油处理，而PCCP管芯混凝土厚度仅2cm左右，造成了管芯与薄钢板的完全脱离，同时由于钢筒焊缝高度未进行很好的控制，造成管芯在温度应力、干缩、管道缠丝过程中出现了裂缝。

参建各方通过大量的对比、试验和分析，最后对钢板选择达成了一致意见，同时建设单位以文件下发了技术要求：“钢筒用薄钢板尽量采用热轧钢板，如采用冷轧钢板，要求在钢板出厂前进行除油处理”。文件下发后，各厂家基本以热轧板生产，并且要求在厂内切边提高边缘平整度，生产的成品管裂缝数量、宽度明显减少。综合分析，推荐采用热轧钢板制作钢筒。

2 PCCP裂缝控制问题

GB/T19685—2005对裂缝的控制要求为“管子内表面出现的环向裂缝或螺旋状裂缝宽度不应大于0.5mm（浮浆裂缝除外）；距管子插口端300mm范围内出现的环向裂缝宽度不应大于1.5mm；成品管子内表面沿管子纵轴线的平行线成150夹角范围内不允许存在裂缝长度大于150mm的纵向可见裂缝。覆盖在预应力钢丝表面上的水泥砂浆保护层不允许存在任何可见裂缝；覆盖在非预应力钢丝区域的水泥砂浆保护层出现的可见裂缝宽度不应大于0.25mm”。河北省配套工程保沧干渠、邢清干渠管材招标文件中，对于混凝土管芯内表面的裂缝控制标准作出了比GB/T19685—2005较为严格的要求，要求“管子内表面出现的环向裂缝或螺旋状裂缝宽度低于0.25mm的为优质管，优质管的比例不低于85%”。

在管道生产初期，多家承包商的管道外观质量能够满足国标要求，基本能达到招标文件规定的要求，个别厂家几乎没有管道能达到招标文件规定的优质要求。基于裂缝情况，河北省调水办、河北水务集团、建管单位和设计单位进行了广泛的调研，认为通过加强施工管理，采取局部措施，可以降低管芯内部的裂缝发展。因此，针对裂缝问题专门发文进行了规定 ，对于管芯内表面的裂缝要求“PCCP标准管落地验收应满足以下标准：管道内表面不应出现大于0.15mm环向或螺旋裂缝，距离管道插口端300mm以内不应出现宽度大于0.3mm的环向裂缝，整根管道不应出现2条及以上可见环向或螺旋裂缝（不包括插口端300mm范围以内）且单条可见裂缝长度不应超过一个内径周长”。

文件施行之后，各生产厂家通过调整缠丝工艺、加强管芯养护、控制钢筒焊接质量、插口端设置附加钢丝等手段，控制裂缝的产生，达到了文件规定的要求。

3 承插口防腐和接口处理问题

PCCP承插口钢圈防腐一般采取普通防腐，目前业界一般认为此防腐层为临时防腐，将来管道安装完毕后，内外层缝隙之间用水泥砂浆填充，起到了一定防护作用，防腐层不必太厚，并且厚度过大会增加安装时的摩擦力。

笔者针对南水北调配套工程保沧干渠PCCP承插口钢圈防腐和接口的施工过程和施工效果进行调查。发觉存在如下问题：（1）管道安装过程中，管节承插口之间偏转角度过大，个别角度超出1度，造成承插口钢圈防腐层磨损；（2）管道安装完成后发生沉降，接口外侧分缝处回填的砂浆层发生裂缝或者挤出破坏。

鉴于以上两种情况，尤其在管道外侧地下水相对丰富、侵蚀性较高的区域，当外层砂浆出现裂缝且裂缝难以在潮湿环境下弥合时，PCCP钢圈将处于不利环境之下，容易被锈蚀。保沧干渠承插口防腐厚度采用0.16mm，施工中没有明显出现摩擦力过大导致安装困难问题，某段管节安装中出现偏差，把管节拔出后重新安装，拔出后，发现钢圈防腐层仅有轻微擦痕，并未暴露钢圈。保沧干渠PCCP管道接口外缝采取了水泥砂浆灌缝，砂浆外缠环氧沥青冷缠带的措施，通过冷缠带相对柔性的特点，对承插口钢圈起到双重保护，从现场施工情况看效果良好。

综合分析，笔者认为钢圈防腐层厚度不宜超过0.2mm，同时不宜低于0.1mm。管道接口外缝的处理措施宜在管道安装、自重沉降基本完成后进行，减小因沉降等问题造成的灌缝砂浆产生裂缝。当所处外部环境侵蚀性较强时，宜在外层采用能适应一定变形的接口材料，减缓对承插口钢圈的腐蚀。

4 垫层和支撑角回填土压实度问题

管道有效支撑角和管身两侧范围内填土压实度高，对管道的结构受力有利，能有效提高管道的承载能力。《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50286—2008）中，无论粘性土还是非粘性土，皆以压实度作为压实指标进行控制。在水利相关标准中，粘性土采用压实度作为压实指标，对于非粘性土以相对密度作为压实指标。由此产生了压实指标与检测标准不匹配的问题。

对于此问题，笔者认为应该以GB50286推荐的压实度控制干密度，同时进行相对密度试验，以相对密度试验的结果反算此干密度对应的相对密度。对于砂性土，可能标准击实试验无法取得数据，可以通过“大桶”进行试验。作者针对邢清干渠中砂垫层进行了压实度和相对密度试验，击实试验最大干密度1.65g/cm3,最优含水量16%，相对密度试验最大干密度1.68g/cm3,最小干密度1.37g/cm3。压实度0.95对应相对密度0.68，压实度0.90对应相对密度0.42。根据计算结果，对于有较高要求的支撑角度范围内，以压实度或者以水利工程常用的土石坝工程（或堤防工程）控制的相对密度进行控制，效果相当，但对于两侧或者管顶区域，以相对密度进行控制的压实要求更加严格一些。

5 水压试验合格标准问题

GB50268—2008中规定了PCCP水压试验可以通过允许压力降或者允许渗水量两种方式进行。当用允许压力降验收时，合格标准为压力降不大于0.03MPa。当用允许渗水量验收时，对于大管径管材，允许渗水量不高于0.14×D0.5（L/min•km）。这样，就出现了两种验收标准，可能存在某种验收标准合格而另一种验收标准不合格的情况。

水压试验时，管材变形很小，处于弹性变形阶段，针对这种情况，笔者进行了理论分析，分析时考虑打压试验时的环境温度、管材的结构尺寸、管材弹性模量、水的压缩性等因素，并以邢清干渠某段DIP管道实际水压试验的结果进行成果修正。邢清干渠某段DIP管道的水压试验，管道选用K8级DIP，管径1400mm，打压段长度1400m，试验时压力由1.0MPa升至1.1MPa时，注水量381L，水温10℃。

依据PCCP水压试验验收标准，计算了在常规打压试验压力（1～1.5MPa）下压力降0.03MPa与渗水量的关系。通过计算认为，当管径在1.8m时，压力降0.03MPa对应的计算渗水量与GB50268—2008规定的允许渗水量相当，当管径高于1.8m时，压力降0.03MPa对应的计算渗水量高于GB50268—2008规定的允许渗水量。也就是说，当管径较大时，用允许渗水量作为验收合格标准较允许压力降更为严格。

6 结语

通过河北省南水北调配套工程PCCP制作和安装中出现的问题以及处理措施，有以下体会和建议：（1）PCCP钢筒用薄钢板尽量选用热轧钢板，采用冷轧钢板应彻底除油；（2）GB/T19685—2005中对成品管的裂缝控制标准偏低，通过加强各工艺流程的控制可以大大减少裂缝，提高管道耐久性，建议提高裂缝控制标准；（3）PCCP承插口钢圈防腐层厚度建议控制在0.1-0.2mm之间，接口外缝处理措施根据环境腐蚀性确定，可以考虑采用柔性防护层；（4）施工中严格控制管道支撑角垫层的密实度，以砂性土回填时，宜以相对密度指标进行控制；（5）对于大口径的PCCP，水压试验标准宜以允许渗水量进行控制。

1 《预应力钢筒混凝土管》.（GB/T19685-2005）.中国标准出版社,2005.

2 《碳素结构钢冷轧薄钢板及钢带》.（GB/T11253-2007）.中国标准出版社,2008.

3 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带》.（GB912-2008）.中国标准出版社,2009.

4 《给水排水管道工程施工及验收规范》.（GB50286-2008）.中国建筑工业出版社,2009.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.015

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1672-2469(2014)12-0044-02

周玉涛（1982年—），女，工程师。