预应力钢筒混凝土管质量控制浅析

□ 蔡玉珂 □ 邬 君

（1漯河市南水北调配套工程建设管理局；2漯河市清源供水有限公司）

1 工程概况

漯河市南水北调配套工程全长约130km，采用管道输水方案，管道最大内径2.60m，最小内径0.80m，内径>1.20m的管道采用预应力钢筒混凝土管，成品管道的质量控制是配套工程能否建设成为优质工程的决定性因素。PCCP由高强度混凝土和钢筒组成管芯，管芯外缠绕预应力钢丝并喷射水泥砂浆保护层，水泥砂浆保护层外可根据需要再喷涂环氧煤沥青漆等防腐保护层。按钢筒在管芯中的位置又可分为内衬式预应力钢筒混凝土管和埋置式预应力混凝土管，内衬式预应力钢筒混凝土管的钢筒位于管芯外侧，预应力钢丝缠绕在钢筒上。

2 预应力钢筒混凝土管的结构特点

预应力钢筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）是一种新型的复合材料钢性管材，简称PCCP，具有水头损失小、抗渗性能好、承受内外压较高、密封性能好、能适应地基不均匀沉降、防腐性能好、施工方便等优点，广泛用于各种输水工程。

3 预应力钢筒混凝土管施工质量的控制方法

3.1 材料影响的处理方法

PCCP钢筒采用薄钢板螺旋焊接而成，在钢筒原材料的选择上，存在两种不同意见:一种主张采用热轧钢板，另一种主张采用冷轧钢板。两种意见争论的焦点是:一是钢筒和混凝土变形协调能力和粘结强度，二是钢板的焊接性能。

复合材料结构中，不同材料之间的变形协调能力主要取决于设计强度和设计应变较小的材料，根据设计和规范要求，PCCP制作钢筒用的薄钢板应符合GB700、GB912的规定:最小屈服强度≥235MPa，标准长度50mm时断裂伸长率≥21%，远超混凝土开裂伸长率，冷轧和热轧钢板均能满足变形协调要求。冷轧钢板表面的防护油脂主要目的是防止在贮存运输中划伤钢板表面，油脂厚度薄，容易用清洗工艺洗去，洗去后不影响钢筒和混凝土的粘结。

PCCP钢筒采用薄钢板螺旋焊接而成，焊接质量决定了钢筒质量。根据国内大部分生产厂家的实际经验，冷轧钢板板边整齐，方便焊接，焊缝均匀，焊接质量高。热轧钢板厚度均一性较差，板边不整齐，焊接前需进行裁边，否则难以焊接，且焊缝不均匀，焊接质量差，容易漏焊，补焊困难，容易造成钢板烧蚀穿孔。在焊接工艺方面冷轧钢板优于热轧钢板，综合考虑，PCCP钢筒材料宜选用冷轧薄钢板。

3.2 环向裂缝的处理方法

PCCP普遍存在环向或螺旋裂缝，这和养护条件、PCCP结构特点及制造过程都有关系，PCCP属薄壁构件，易因干缩出现裂缝。预应力钢丝产生的径向压力使管芯混凝土产生纵向拉应力，因PCCP没有配置纵向受力钢筋，该拉应力由管芯混凝土和钢筒共同承担，使插口钢环附近容易出现裂缝。根据实际生产经验，在距插口30cm范围内配置钢丝网片，可有效避免这两种裂缝出现。

3.3 接口密封面光洁度的处理方法

PCCP管道安装时要求每节管子安装后均进行打压试验，试验压力取工作压力的1.50倍。要经过不同时段的3、4次重复打压试验，从大部分工程安装实际来看，有的管子在前两次打压试验中能够满足要求，在以后的打压试验中漏压，有的管子在小于某一压力值时能够稳压，在超出这一压力后掉压。这两种情况均是密封面光洁度不够导致密封失效的典型情况。

PCCP接口采用双胶圈密封，密封类型属静密封，决定密封性能的主要因素包括密封压力、密封面面积和密封面光洁度。同样尺寸的密封副，在相同的工作压力和密封压力作用下，由于密封面光洁度不同，会造成实际密封效果的巨大差异，密封面光洁度不满足要求，严重时甚至使密封失效，因密封面光洁度不够，会使密封在一定压力下突然失效，失效压力值与加载过程有关，不具规律性和可预见性。PCCP连接密封元件包括承、插口钢环和橡胶圈。承、插口钢环应分别符合GB/699、GB700和GB3274的规定，钢板最小屈服强度≥205MPa，承、插口钢环尺寸及误差和插口钢环上的橡胶圈槽尺寸应满足《预应力钢筒混凝土管》有关规定。橡胶圈的力学性能、质量要求及检测方法等应符合有关规范要求。

《预应力钢筒混凝土管》对承、插口钢环尺寸及误差、插口钢环上的橡胶圈槽尺寸和橡胶圈尺寸的规定，与《预应力与自应力混凝土管用橡胶密封圈》对橡胶圈制造误差的规定，实际确定了密封压力和密封面面积，但对密封面光洁度却未见有明确规定，各生产厂家提交的管道设计文件也无提及。从实际生产情况来看，不同厂家，不同批次的承、插口钢环和橡胶圈槽表面较粗糙，光洁度明显不一，造成不同厂家，不同批次的PCCP密封性能不一致，密封可靠度差，安装工作在反复试验中进行，严重影响施工进度。因管子反复插拔，很容易造成密封胶圈撕裂损坏，施工单位和PCCP供应厂家相互推诿，业主难以分清责任，纠纷不断。因此，为使实际密封效果趋于一致，PCCP生产厂家应根据承、插口钢环的加工工艺和密封要求，提出合适的承插口钢环和插口钢环橡胶圈槽表面光洁度标准。

3.4 接口填缝的处理方法

管道工程基础应根据工程地质情况和管道设计运行工况要求而定。《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》规定:预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管宜采用土弧基础，当管道上作用的外压荷载很大，采用土弧基础不能满足承载能力要求时可采用混凝土基础。土弧基础属弹性基础，在荷载作用下可能产生不均匀沉降，要求管道连接必须为柔性连接，以适应基础的不均匀沉降。

PCCP连接刚度与其填缝材料有关。PCCP接缝处有约2cm宽接缝，《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》规定:在预应力钢筒混凝土管道接头处，对内、外部缝隙，应根据输送水质及环境条件，采用水泥砂浆或柔性材料嵌填严实。用柔性材料填缝时，PCCP连接允许有≤0.50°的接转转角。连接属柔性连接，能够适应基础可能产生的不均匀沉降；采用水泥砂浆填缝时，因砂浆受力变形性能差，将限制PCCP接口变形，连接为刚性连接，无法适应基础可能产生的不均匀沉降。因此，PCCP管道采用土弧基础时，填缝材料宜优先考虑柔性材料，只有基础土层结构均一、经论证不易发生不均匀沉降时，才可使用水泥砂浆填缝。漯河南水北调配套工程采用天然土弧基础，工程沿线地质结构简单，大部分为砂壤土均一结构，不易发生不均匀沉降，为降低工程投资，采用水泥砂浆填缝是适宜的，但对部分地质结构复杂地段，采用了密封胶填缝技术，以适应管道基础的不均匀沉降。

3.5 分层对称的处理方法

管沟回填是管道安装的最后一道工序，也是管道质量控制的关键工序之一。施工单位应根据安装进度及时进行管沟回填，以最大限度地避免因下雨、降水井水泵停工等原因导致已安装管沟进水，造成土弧基础泡水、漂管等事故。回填应严格按照有关规范分层对称进行，避免因非对称回填或密实度不够，使已安装管道在土压力和外部荷载作用下偏离轴线，破坏管道连接，造成质量事故。

4 结语

PCCP管道连接采用承插式连接，接缝采用水泥砂浆或密封胶填充，密封元件包括管道两端的承、插口钢环和O型橡胶圈，适用内压不超过2MPa。预应力钢筒混凝土管质量控制涉及管道设计、制造、安装等多方面的因素。文章就预应力钢筒混凝土管道在钢筒材料选择，管道内壁环向裂缝控制等进行了说明，为预应力钢筒混凝土的施工质量措施总结了经验。

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