天津南水北调中线市内配套PCCP制造与质量控制措施

(天津市水务工程建设质量与安全监督中心站， 天津 300061)

天津南水北调中线市内配套PCCP制造与质量控制措施

杨钊

(天津市水务工程建设质量与安全监督中心站， 天津 300061)

本文以南水北调工程PCCP管制造的质量监督工作为例，对PCCP管原材料的质量、生产工序质量、厂内试验以及成品管的质量等环节进行了论述。通过对PCCP原材料和制作工序等进行严格把关，保证了管道的稳定和运行安全。

PCCP制造； 质量； 控制

天津市南水北调中线滨海新区供水工程起自天津干线末端拟建的曹庄泵站，终点为北塘水库和大港区水厂，拟采用内径1.8～2.8m的埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)和钢管输水形式，其中PCCP约占80%。为了有效控制PCCP管的生产质量，需要对PCCP管制造的每一个环节严格控制。本文从质量控制入手，结合从事南水北调工程PCCP管制造的质量监督工作经验和工作体会，介绍PCCP管原材料的质量控制、PCCP管生产工序质量控制、PCCP管的厂内试验控制以及成品管的质量控制方法。通过对PCCP原材料、制作工序(包括承插口焊接、 钢筒制造、管芯成型及养护、缠绕预应力钢丝和辊射)等进行严格把关，实现对 PCCP 质量的有效控制。

1 原材料的质量控制

PCCP管质量在很大程度上取决于原材料，要想把好质量关，就要严格控制好原材料的质量。主要包括：水泥、水、粗骨料、细骨料、外加剂、承插口型钢、钢筒薄钢、高强钢丝、橡胶圈、防腐材料等。由于材料品种多、用量大，质量变异的可能性增大，只有在原材料质量稳定的情况下，才能保证管道质量并加快生产进度。

1.1 原材料特殊要求

鉴于工程的重要性，对PCCP管的主要原材料指标提出了更高、更明确的规定：

1.1.1 水泥

天津市南水北调中线滨海新区供水工程全线经过地区均为结晶类硫酸盐地下水类型，且75%以上具有强腐蚀性，其余为中弱腐蚀性。土壤电阻率测试值几乎均在10 Ω·m 以下，对钢结构的腐蚀为强腐蚀。土壤中氯离子对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀为中等腐蚀。为避免PCCP发生碱活性破坏或者钢材腐蚀，用于管芯混凝土及保护层砂浆的水泥应采用满足《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)【1】标准的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度不低于42.5MPa，同时碱含量不大于0.6%，C3A含量不大于8%。

1.1.2 骨料

粗、细骨料除满足国标要求外，还应采用非碱活性骨料，细骨料质地应坚硬整洁、级配良好，砂料的细度模数在2.4～2.6范围内，含泥量不大于1%，不允许有泥块含量，且符合《建设用砂》(GB 14684—2011)标准【2】。碎石最大粒径为25mm，含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.5%，针片状含量小于15%，且符合《建设用卵石、碎石》(GB 14685—2011)标准【3】。同时每m3混凝土中碱含量不大于2.5kg，禁止使用碱活性骨料。

1.1.3 外加剂

所用外加剂应符合《混凝土外加剂》(GB/T 8076—2008)标准【4】，不应对水质产生有害影响。严格控制氯离子含量，以保证混凝土、砂浆保护层中水溶性氯离子含量不超过水泥重量0.06%。

1.1.4 预应力钢丝

采用冷拉钢丝，钢丝力学性能满足《预应力混凝土用钢丝》(GB/T 5223—2002)【5】的规定。按设计预定的拉力值，在管芯外壁均匀缠绕一层或多层后，采用锚固块牢牢固定在管芯两端；预应力钢丝应表面光滑，无锈斑、剥蚀、微孔、横向裂缝、压痕、划伤等缺陷，直径偏差为±0.05mm，最小抗拉强度应不小于1470MPa，反复弯曲不低于5次，同时避免钢丝发生氢脆性破坏，必须满足氢脆性灵敏度检验的要求。

1.1.5 胶圈

PCCP管承插口采用双道密封圆形实心橡胶圈止水，胶圈的材质采用聚异戊二烯材料，胶圈直径为(20±0.02)mm，抗拉强度不小于18.6MPa，伸长率不小于400%，表面光滑，无砂眼、凹坑、气泡及其他缺陷。

1.1.6 防腐涂料

管道的防腐材料采用超厚膜重防腐蚀环氧煤焦沥青，其各种性能指标都应在设计要求范围内。

1.1.7 钢板

薄钢筒嵌入在内外层管芯混凝土之间，厚度不得小于1.5mm，屈服强度不应低于215MPa。

1.2 原材料的进场检验

1.2.1 原材料供应单位的资质审查

PCCP生产厂家将材料供应单位的相关资质报监造单位，监造单位对供应单位的资质进行审查，在审查前会同相关单位对材料生产厂家进行实地考察，确定其生产能力能否满足工程需要。同时原材料供应单位的资质要在监督站进行备案。

1.2.2 原材料的检验

生产管材前，生产厂家应根据设计要求及合同相关规定，编制检测方案，明确检测内容、方法、标准及数量。监造单位对进场材料的合格证及材质证明进行核准，PCCP生产厂家按合同规定的数量、试验方法对材料进行检测。经检测合格后的原材料方可用于PCCP管的生产。

2 PCCP管生产工序质量控制

PCCP管生产工序分为：承、插口环的生产，钢筒的制作、焊接，管芯混凝土浇筑，缠绕预应力钢丝，辊射水泥砂浆保护层，保护层砂浆防腐等。

2.1 承、插口环的生产

承插口钢环是管材连接、止水的重要部件，也是PCCP管道最薄弱的部位，用承口钢板与插口异型钢制成，屈服强度应不低于205MPa，在管体两端承插口范围内与钢筒焊接而成。控制好承插口环的生产质量，最关键的是承插口尺寸及两者之间的配合间隙。在配有定型胶圈时能够保证接头自动对中，并确保管材在各种设计工况条件及规定试验条件下不漏水；承插口的直径和允许偏差必须控制在±0.5mm内，管道承插口的最大椭圆度偏差控制在0.5%以内。

2.2 钢筒的制作

钢筒是管体防渗的主要部分，因此钢筒的焊缝必须承受一定的压力而不渗水。根据技术要求规定钢筒的厚度为1.5mm，表面凹凸与基准面偏差应小于10mm，生产钢筒时，采用搭接直缝焊，焊缝可为纵向缝，严禁出现十字形焊缝。钢筒卷制过程中必须确保钢板搭接尺寸和紧密接触。钢筒生产完成后，须进行静水压试验，在达到0.23MPa检验压力后，恒压3min，检查所有焊缝是否漏水。如有渗漏必须卸除水压，对渗漏处进行补焊。

2.3 管芯混凝土浇筑

PCCP管芯混凝土的作用是承受内水压及外载荷，若抗渗性不能满足设计要求，在内外压力作用下，长期处于保水状态，将有可能发生渗漏，造成预应力钢丝及钢筒的腐蚀，影响安全性及耐久性，因此必须严格控制混凝土的浇注质量。根据美国《预应力钢筒混凝土压力官》(AWWA301-99)【6】技术要求，管芯的厚度不小于管道直径的1/16，因此南水北调管道的最小壁厚在250mm以上，混凝土的抗压强度不低于50MPa。为保证管道的经济性，在保证强度的前提下，合理使用水泥，减少水化热，在浇筑之前需要进行混凝土配合比的设计。管芯浇筑过程中，钢筒内外混凝土上料高度的高差要控制在500mm以内；蒸汽养护时按要求控制好温度和蒸养时间，升温速度小于22℃/h，恒温时间要达到规定12h的要求；严禁在管芯成型后6h内脱模，养护罩内的温度控制在30～50℃之间。拆模时要控制管芯混凝土温度和环境温度差小于20℃，以避免管芯混凝土出现裂缝。管材内表面出现的环向裂缝或螺旋状裂缝宽度应不大于0.25mm(浮浆裂缝除外)；距管材插口端300mm范围内出现的环向裂缝宽度应不大于0.5mm；成品管材内表面沿管材纵轴线的平行线成15°夹角范围内不允许存在长度大于150mm的纵向可见裂缝。

2.4 缠绕预应力钢丝

管道缠丝作业是管道质量控制的重要环节，钢丝缠绕质量的好坏，直接关系到管道承受水压的高低，影响管道的工作状况。管道缠丝工序是管道生产过程中质量控制的一个重点。缠丝前管芯混凝土抗压强度应不低于28MPa，同时缠丝对混凝土产生的预应力应不超过22MPa；严格控制钢丝接头的绑扎和端部钢丝锚固作业；每节管道缠丝预应力必须满足设计要求，整个过程拉力的波动范围不得大于设计值的±5%。缠丝螺距在任何一段600mm范围内不得低于设计要求的圈数，任何一段最小缠丝螺距不得小于钢丝直径，最大中心间距不得大于38mm。钢丝接头必须使用机械绑扎，且钢丝接头保持平直，不得扭翘，钢丝接头距离管端的距离不应小于300mm。同时在缠丝的过程中连续喷射水泥净浆，以便对预应力钢丝防腐起到临时的保护作用。

2.5 辊射水泥砂浆保护层

工程沿线水土呈中—弱碱性，含硫酸盐、氯化物，土壤电阻率低，对PCCP外壁砂浆和钢结构均具有较强的腐蚀作用。砂浆保护层的作用是保护高强钢丝免受侵蚀破坏，其质量的好坏直接关系到管道使用寿命和工程效益发挥。砂浆保护层采用辊射法。保护层厚度应不小于25mm，刮平过程应确保砂浆不被扰动，强度、密实度不被降低，辊射保护层过程应连续喷射水泥净浆，辊射水泥浆时管芯的表面温度不低于2℃。每班均应进行砂浆吸水率测定，吸水率试验的平均测定值应不超过9%，单块的吸水率应不超过11%，保护层水泥砂浆28d龄期的立方体强度不得低于45MPa，管材外保护层不应出现任何空鼓、分层及剥落现象。

2.6 保护层砂浆防腐

根据PCCP管道所处的土壤环境，为了降低土壤中的有害物质对管道的损伤，减少外界有害物质对砂浆的侵蚀，延长管道的使用寿命，在砂浆的外面进行厚浆型环氧煤沥青涂层防腐处理。涂层的厚度为600μm，采用高压喷涂工艺，并利用超声波测厚仪进行干膜厚度的检查。承插口接头钢圈表面设有厚度为200μm环氧饮水舱漆防腐层。该工程所使用PCCP保护层砂浆外表面均采用环氧煤沥青涂料防腐层。增设环氧煤沥青外防腐层后，不得降低保护层砂浆的厚度、强度、吸水率等质量标准。

3 PCCP管的厂内试验控制

该工程使用的PCCP管在出厂前必须分批抽样进行抗裂检验，即供货方每生产出100根管就应随机抽出1根进行抗裂试验。PCCP管型式试验包括：三点法荷载试验、内水压试验、接头密封试验和接头转角试验。

3.1 试验方法

a.内压法。选取不同的工压、最大覆土的标准管进行内水压的试验。把试验管放到试验装置中去，充满水浸泡24h，使管道内部混凝土充分吸水；再采用经过率定的压力泵(规格、型号应与试验压力相配套)加压，压力递增速度为0.2MPa/min，直至压力达到试验压力，停止加压。试验压力作用下保持恒压至少5min，管体不得出现爆裂、局部凸起或其他渗漏现象，管体预应力区水泥砂浆保护层不应出现长度大于300mm，宽度大于0.25mm的裂缝或其他剥落现象。

b.外压法。可采用三点法检验管子的外压抗裂性能。在设定压力作用下，管体预应力水泥砂浆保护层不应出现长度大于300mm、宽度大于0.25mm的裂缝或其他剥落现象，管子内部不得开裂。

3.2 试验压力值

内压法或外压法的试验压力值均应满足确认的结构设计要求。

3.3 接头密封和转角试验

根据《预应力钢筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)【7】第6.3.6条规定：“公称直径2200mm及2600mm的双胶圈接头PCCP允许相对转角为0.5°”，但该条的表6又规定：“依管线工程实际情况，在进行管子结构设计时可以适当增加管子接头允许相对转角”。生产厂家应对规定的管口尺寸作适当、合理调整，使之在满足抗渗且便于安装的条件下，接头允许相对转角增大至不小于1.5°。

管道的型式试验，必须有生产厂家、设计院、监造单位、建设单位、监督单位的代表共同参加，确保试验的过程和结果符合规范的要求，同时验证设计和工艺的正确性。【8】

4 成品管的质量控制

由于生产过程中的下道工序可能对上道工序造成一定的影响，以及管芯工序受模具质量的影响，可能产生不合格产品。因此为防止不合格的产品进入安装现场，给工程质量造成隐患，应严格进行成品管质量检验。

出厂验收是全面检查管道质量的重要环节。生产厂家应根据质量追溯表，整理每节管道生产用原材料检验报告，工序生产质量记录，工序产品检验报告(混凝土强度报告、砂浆保护层强度报告，砂浆吸水率报告)，成品管检验报告，报监造进行审查合格后，签发产品出厂合格证书。

5 结 语

综上所述，只有在PCCP管制造过程中严格控制好每一个环节及各道施工工序，同时制定完善的质量保证体系和质量控制措施，才能有效地控制PCCP管的制造质量，打造精品工程。

[1] GB 175—2007通用硅酸盐水泥[S].

[2] GB 14684—2011建设用砂[S].

[3] GB 14685—2011建设用卵石、碎石[S] .

[4] GB/ T8076—2008混凝土外加剂[S].

[5] GB/T 5223—2002预应力混凝土用钢丝[S].

[6] ANSI/AWWAC301预应力钢筒混凝土压力管[S].

[7] GB/T 19685—2005预应力钢筒混凝土管[S].

[8] 天津市南水北调工程建设委员会办公室.天津市南水北调工程预应力钢筒混凝土管(PCCP)管道工程优质管材评定验收标准[S].

Tianjin South-.to-.North Water Transfer Midline Municipal Supporting PCCP Manufacturing and Quality Control Measures

YANG Zhao

(TianjinWaterWorksConstructionQualityandSafetySupervisionCenterStation,TianjinZipcode300061,China)

In the paper, quality supervision work of PCCP pipe manufacturing in South-.to-.North Water Transfer is adopted as an example. PCCP pipe raw material quality, production procedure quality, factory testing, quality of the finished pipe and other aspects were discussed. PCCP raw materials, manufacturing procedure and other links are strictly controlled, thereby ensuring pipeline stability and operation safety.

PCCP manufacturing; quality; control

TV52

A

1005-4774(2014)10-0000-03