南水北调PCCP管制造质量控制

　　摘要：在我国首次使用4m直径的PCCP管，就是在南水北调工程中。PCCP管的制造质量直接关系到管道的稳定和运行安全，为了有效地控制PCCP管的生产质量，需要对PCCP管制造的每一个环节严格控制。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，介绍了PCCP管原材料的质量控制；PCCP管生产工序质量控制；以及PCCP管的厂内试验控制；最后是成品管的质量控制方法。

　　关键词：PCCP 制造 质量 控制

　　预应力钢筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）简称PCCP，是我国近十多年来发展起来的新型管道材料。该管道材料是一种具备高强度、高抗渗性、高密封性的复合型管材，在国外已经有多年的应用历史。4m直径的PCCP管在我国南水北调工程中还是首次应用。它是在带有钢筒的混凝土管芯外侧环向缠绕预应力钢丝并辊射水泥沙浆保护层而制成的管子，是一种将高强度钢丝的抗拉、混凝土的抗压和钢板的防渗有机地结合在一起，充分合理地利用了材料各自的物理力学特性的高品质的输水管材。4m直径的PCCP管的制造在国内还是第一次，没有实例可以借鉴，制造经验无从可循，因此必须从管道生产的每一个环节入手，严格控制，确保管道的制造质量。

　　1、原材料的质量控制

　　PCCP管质量的优、劣与原材料存在必然的联系，要想把好质量关，就要严格控制好原材料的质量。PCCP使用的原材料包括：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、接头用细绑丝、锚固块、焊条、焊丝、焊剂、橡胶圈、防腐材料等。材料品种多，用量大，质量变异的可能性就大，原材料质量波动最终体现在产品波动上，甚至出现不合格产品，因此在原材料质量稳定的情况下，保证管道质量和加快生产进度就有了基础和可能。

　　1.1原材料特殊要求

　　由于南水北调工程的重要性和国内首次应用最大直径的PCCP管道，因此对PCCP管的主要原材料指标提出了更高，更明确的规定：

　　（1）水泥

　　结合管道铺设的土壤环境，避免混凝土发生碱活性破坏，用于管芯混凝土及保护层砂浆的水泥必须是大型回转窑生产的水泥，强度不低于42.5MPa，满足中国国家标准GB175-1999的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，同时碱含量小于等于0.6%，C3A含量不大于8%。

　　（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，细骨料全部选自河北曲阳县，粗骨料采用北京房山、门头沟，同时每立方米混凝土中碱含量不大于2.5kg，禁止使用碱活性骨料。

　　（3）外加剂

　　通过对混凝土、砂浆保护层中水溶性氯离子含量不超过水泥重量0.06%的限制，对混凝土拌合用水、外加剂等提出更高的要求。

　　（4）预应力钢丝

　　预应力钢丝应满足ASTA648《预应力混凝土管用冷拔钢丝的标准》，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。钢丝的最小抗拉强度、最大抗拉强度、扭转圈数应满足有关规范的要求。

　　（5）胶圈

　　胶圈的材质采用聚异戊二烯材料，同时各种物理力学性能应满足设计要求。

　　（6）防腐涂料

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

　　（7）钢板

　　钢筒用薄钢板和承插口型钢的物理性能、化学性能均应满足相关要求。

　　1.2原材料的进场检验

　　（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的资质报监造单位，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，确定生产能力能否满足工程的需要。同时原材料供应单位的资质要在监督站进行备案。

　　（2）原材料的进场验收

　　原材料进场后24小时内，监造单位会同PCCP生产厂家对原材料进行进场检查，同时按照相关的规定取样送试验室进行检验。

　　（3）原材料的检验

　　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，监造单位按照规定进行平行检测。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、插口环的生产质量和精度直接关系到PCCP安装质量。因此必须控制好承插口环的生产质量，最为关键的是承插口尺寸及两者之间配合间隙。南水北调工程PCCP管的承口尺寸为4183mm(+0.7～+1.8)mm，插口的尺寸为4183mm（-0.4～-1.0）mm，承插口的间隙在1.1mm～2.8mm之间，管道承插口的最大椭圆度在12.7mm。承插口生产时，根据计算出理论的长度，焊接成一个圆环后，将焊口磨平，放置在涨口机上进行涨口，使钢板超出屈服极限，达到塑性变形，在失去外力后尺寸不发生改变。同时考虑在缠绕预应力钢丝后，对承插口产生的收缩变形，承插口尺寸的改变，必须确保尺寸误差符合要求，使用直径特制的尺，进行尺寸检验工作。

　　2.2钢筒的制作

　　钢筒的作用是防渗，通过钢板的严密性阻止管道里的水渗到外面，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2mm。采用立式水压检验时底部钢筒的拉应力为172Mpa，计算打压值为0.25Mpa。生产钢筒时，可以采用拼焊和搭接焊，焊缝可为纵向缝、横向缝或螺旋缝，严禁出现十字型焊缝。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0.25Mpa检验压力后，恒压3分钟，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，钢筒焊缝质量的好坏，直接影响到管道在使用中的效果，因此生产厂家要严格控制。

　　2.3管芯混凝土浇筑

　　根据美国AWWA301-99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，钢筒内外混凝土上升高度的高差要控制在500mm以内；蒸气养护时要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32℃-52℃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。夏季混凝土浇筑温度小于32℃，冬季混凝土的浇筑温度在4℃以上。

　　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，因此说管道缠丝工序是管道生产过程中质量控制的一个重点。首先必须检查预应力钢丝的进场合格证及材质证明资料，同时核查生产厂家取样检测报告及监造单位的抽检资料，检查钢丝表面质量；钢丝表面是否有损伤、划痕等表面的缺陷；其次检查管芯混凝土强度报告，缠丝前管芯混凝土抗压强度不应低于设计抗压强度的70%，同时缠丝对混凝土产生的预应力不应超过混凝土抗压强度的55％；双层缠丝时，内层钢丝应被砂浆保护层覆盖并进行蒸汽养护，其厚度不小于钢丝直径，并须待其强度达到20MPa才能进行外层缠丝。仔细进行钢丝接头的绑扎和端部钢丝锚固作业；自动连续记录每节管道缠丝预应力，电子记录仪要具备不能更改的功能，钢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±10％。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小于2倍钢丝直径，即不能出现局部密缠的现象。缠丝过程单节管道的每层钢丝街头不超过3个，钢丝接头绑扎必须使用机械，且钢丝接头必须保持平直，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

　　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。减少管道在运行中出现爆管的机率，保护层砂浆应有足够的抗渗性;水泥砂浆保护层采用辊射法。单层缠丝保护层厚度不应小于25mm，双层缠丝的第一层保护层厚度不应小于钢丝直径的1倍，第二层保护层厚度与第一层相同。生产过程中应采用钢针检测，逐根从上到下检查管道保护层厚度，检测数量不低于5处，同时为确保第二层缠丝质量，应采用专用刮平设备对第一层保护层进行刮平处理，并在缠丝前彻底清除管道保护层表面的浮渣；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%，同时水泥砂浆强度不低于48MPa。

　　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，在砂浆的外面进行防腐处理。南水北调工程PCCP管在砂浆的外面进行厚浆型环氧煤沥青涂层，涂层的厚度为600μm，采用机械喷涂工艺，提高涂层的喷涂质量，涂层厚度的检查采用超声波测厚仪，进行干膜厚度的检查。对涂层电阻率检查，涂装后电阻率较涂装前电阻的比值大于100，为检查防腐管附着力的质量，用便携式附着力试验仪进行防腐涂层附着力测定，控制涂层的质量。

　　3、PCCP管的厂内试验控制

　　由于PCCP管道的覆土和工作压力不一样，要根据不同的覆土厚度和工作压力进行设计，并进行生产，为保证管子的绝对安全，将产品的风险降到最低，在生产初期，须进行相关的型式试验以此来检查验证设计的正确性、制造工艺的合理性和生产设备的可靠性，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。

　　3.1三点法试验

　　三点法荷载试验为破坏性试验，主要检查验证设计的正确性、制造工艺的合理性和生产设备的可靠性，试验的方法按照ASTMC497要求在专用的设备上进行，试验装配、加载过程、数据记录严格按照ASTMC497中规定进行。试验加载直到管道出现宽0.25mm，长300mm的裂缝为止，记录此时的破坏荷载，以此来验证外部荷载对管子的破坏。

　　3.2内水压试验

　　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24个小时，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/分钟，直至压力达到试验压力，停止加压，保持10分钟稳压，检查管道渗水和水泥砂浆保护层质量。同时以内部的水压力验证预应力钢丝缠绕拉应力的质量。

　　3.3接头密封和转角试验

　　主要检查管道承插口配合间隙的质量以及生产工艺的稳定性。从每生产200根管中随机抽取2节试样进行接头转角试验。按照规定的0.5°转角，完成两节试验管的对接组装，然后采用手动方式进行接头胶圈间隙注水，压力增加到规定试验压力时，停止加压，检查压力表读数变化，检查接头是否渗水、漏水。出现接头渗水、漏水或不能在规定的试验压力下稳压5分钟，则判定该接头不合格。以此检查承插口的配合间隙，找出其公差的范围，以便生产出优质的管道。

　　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，集体见证试验的过程和结果是否符合规范的要求，同时验证设计和工艺的正确性。

　　4、成品管的质量控制

　　由于生产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，可能造成不合格产品产生。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。

　　4.1出厂验收质量控制

　　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。

　　4.2管道外观的质量控制

　　（1）管道插口端部管芯混凝土不应有缺料、掉角、孔洞等缺陷。

　　（2）管道内表面不允许出现长度超过150mm、与管道纵轴平行线夹角15°以内的可见裂缝，距管道插口端300mm范围内除外。

　　（3）管道内表面出现的环向或螺旋裂缝宽度大于0.5mm及距管道插口端300mm以内出现的环向裂缝宽度大于1.5mm时，应予修补。

　　4.3成品管的控制重点

　　承口尺寸为4183mm(+0.7～+1.8)mm，插口的尺寸为4183mm（-0.4～-1.0）mm，配合公差:承插口的间隙1.1mm～2.8mm之间。承插口工作面椭圆度及局部椭圆度的检测，是用弧长为2米半径为设计管道承插口的标准尺寸，与实际生产的管道承插口相靠，两者之间的间距不大于6mm，端面倾斜度不大于13mm。经检测各项指标满足要求后，即可进入安装现场进行管道的安装。

　　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，同时还应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。

　　参考文献

　　［1］《预应力钢筒混凝土管》GB/T19685-2005

　　［2］《PCCP管采购规定》南水北调中线干线工程建设管理局

　　［3］《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97

　　［4］《预应力钢筒混凝土压力管》美国水工局ANSI/AWWAC301