预应力钢筒混凝土管质量控制及常见问题分析

摘要：预应力钢筒混凝土管是一种耐久的刚性压力管。主要用于城市大口径的给水、排水管道；农林灌溉、倒虹管道；输送煤气和天然气管道；输送石油管道及穿越河底、铁路及顶管施工的管道等。

关键词：PCCP；性能；质量控制

中图分类号：TV523文献标识码： A 文章编号：

引言

预应力钢筒混凝土管（PCCP）是由预应力钢丝、钢筒、混凝土构成的复合管材，是由带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，钢制承插口与钢筒焊在一起，承插口的凹槽和胶圈形成滑动式胶圈接头而制成的一种新型管材。

一、PCCP制造质量控制

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，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：制成的承插口钢圈工作面的对接焊缝应打磨光滑且与临近表面取平，不应出现裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

2、钢筒制作

钢筒制作（以螺旋制筒工艺为例）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即承口端，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，在钢板卷制的同时，安装在制筒机上的埋弧自动焊机将钢筒接缝自动焊接形成焊缝，在钢筒卷制、焊接完成后，将钢板尾部点焊到插口上，由焊接人员对焊缝存在的缺陷进行补焊，最后进行静水压试验。静水压试验如有渗漏卸压后补焊，然后再试压，直到无渗漏为止。控制要素是钢桶表面的凹陷或鼓胀与钢筒基准面之间的偏差不超过10mm；钢桶焊缝凸起高度不大于钢板厚度加 1.6mm；钢筒表面不得粘有可能降低钢筒与混凝土或水泥砂浆粘结强度的油脂、锈皮、碎屑及其他异物；制成的钢筒要进行水压试验以检验钢筒体焊缝的渗漏情况，在规定的检验压力下至少恒压3min不漏水。

3、管芯成型及养护

混凝土管芯是 PCCP 管材的主体结构。钢筒制好后吊入已经安装好内模的模具底座上，然后吊装外模，浇筑混凝土，经过强力振捣，形成 PCCP混凝土管芯，浇筑完毕的管芯，应采用适当方法进行养护，采用蒸汽养护时，养护设施内的最高升温速度不应大于22℃/h；采用自然养护时应覆盖保护材料防止混凝土过度失水，在混凝土充分凝固后应及时进行洒水养护。

4、管芯脱模

管芯经过养护，混凝土强度达到规定的脱模强度时，方可进行管芯脱模操作。在进行该操作时不应对管芯混凝土产生明显额损坏，管芯混凝土内外表面不得出现粘模和剥落现象。控制要素是混凝土配料、坍落度，混凝土养护升温、降温速度，蒸养时间及温度；对管芯的检验控制要素是强度、蜂窝、锚固块、裂缝等。

5、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。缠丝是一道关键工序，管材的质量好坏很大程度上取决于缠丝的质量，可谓“一丝重千钧”。首先将管芯吊装到缠丝设备的平台底座上，固定好管芯，然后将钢丝首端锚固在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，在钢丝缠绕的同时，已经拌制好的水泥净浆均匀地喷到管芯和已经缠好的钢丝上，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。

6、水泥砂浆保护层

制作水泥砂浆保护层一般应采用辊射法、喷涂法或其他方法。以辊射法为例，将缠好钢丝的管芯吊装到辊射设备的平台底座上，砂浆料拌制好以后，启动辊射开关，管芯旋转的同时，砂浆按照设计厚度高速喷射到管芯上，将全部钢丝覆盖。辊射完成以后，按照与管芯同样的蒸养方法对其进行养护，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。

三、常见问题及处理措施

1、承插口钢圈圆度控制

承插口钢圈制作是预应力钢筒混凝土管制作的第一道工序，也是很关键的一道工序。承插口尺寸和圆度决定着管材安装的难易和管与管对接后接头的水密性。承插口直径精确度要求较高，尺寸允许偏差分别都只有零点几毫米，不仅对制作钢筒焊接带来不利的影响，也对管道安装和接头水密性产生不利影响，甚至出现管子无法对接安装，引起管子报废的现象。影响承插口尺寸和圆度的主要因素是钢材的材质和材料的均匀性，以及材料的屈服强度、延伸率。焊接也对钢圈的直径和圆度造成一定的影响，这是由于焊接后钢圈直径会变小，一般在0.8%～0.9%，减小值承口比插口稍大，同时焊接会引起应力重新分布，在材料匀质性不好时，容易引起钢圈凹进或凸出，造成钢圈圆度不能满足规定要求。

2、管芯生产中出现的气泡等瑕疵

管芯成型时出现气泡现象是PCCP管生产中常见的问题之一，原因分析发现：用钢模制造水泥管时，在生产过程中大量的水泥浆粘结在管模表面上且不及时清理出现成片增长，这样在生产中模板表面粗糙或清理不干净，粘有干硬水泥砂浆等杂物，拆模时砼表面被粘损；震动器风管管径小，进气量达不到要求，震动频率不够；工人操作时下料过快，搅拌时间不够，均易造成蜂窝。另外夜间作业，视线不好也影响质量；由于气泡在、内部含有气体，因此气泡体积变化与环境温度特别敏感，环境温度高时气泡体积变大，气泡承载力变小，容易破灭；环境温度低时气泡体积变小，承载力较大，不容易形成联通气泡。当混凝土面层水泥浆体的强度小于气泡强度时，气泡体积随环境变化而变化，气泡周围的水泥浆体也随之变化，随着时间的推移水泥浆体不断增加，当气泡周围水泥浆体达到一定强度时，再不随气泡体积变化而变化，如果此时正赶上气泡直径最大时，势必给混凝土面层留下空洞。

防治措施：均匀使用脱模剂涂刷钢模板，不提倡敲击方法清除，建议采用压缩空气喷砂法，加大震动器风管管径及震动频率；控制下料的速度，控制好搅拌时间及延长振捣时间；严格控制管芯成型时的温度及养护温度，特别是冬天。

3、插口处环向裂缝

插口处出现环向裂缝是目前所有PCCP管道管厂所面临的一个很难避免的问题，包括标准也对此项检验评定做出了很大放宽。整段预应力混凝土管都受到弯曲和剪切应力的制约，插口端的混凝土在核心预应力弯曲和剪切条件下沿核心发展，直到预应力钢线缠绕不完善的插口环，当弯曲和剪切应变大于插口应变时，衬砌立即出现环向裂缝。当管放置在管道服务区时，管体吸收大量的水，由于水渗透导致混凝土内部氢氧化钙浓度降低，从而使与氢氧化钙相平衡的水泥水化产物分解，并随渗透水一起流出，附着于裂缝周围，从而导致裂缝愈合。这样的结果是众所周知的混凝土裂缝自动愈合机理，这些裂缝不影响结构强度和寿命。

结束语

预应力钢筒混凝土管（PCCP）是国内近年来发展起来的一种新型多用途管道材料，具备高强度、高抗渗性和高密封性，不仅综合了普通预应力混凝土输水管和钢管的优点，而且更加适用于大口径、高工压和高覆土的工程环境。在国内，PCCP 生产应用的前景非常广阔。我国是一个水资源相对缺乏而又分布极不均衡的国家，随着社会经济的快速发展，采用PCCP 有压管道输水必将成为发展的趋势和主流，PCCP制作和安装质量控制至关重要。

参考文献

[1] 孙绍平,王贯明,韩扬. 预应力钢筒混凝土管(PCCP)耐久性探讨[J].特种结构，2005，(03).

[2] 李向东. 预应力钢筒混凝土管(PCCP)保护层设计探讨[J].山西水利科技，2010，(03).

[3] 王思洪,冯启. 预应力钢筒混凝土管(PCCP)耐久性探讨[J].水利建设与管理，2008，(11).

[4] 预应力钢筒混凝土管（GB/T19685-2005）