南水北調PCCP管制造質量控制

　　摘要：在我國首次使用4m直徑的PCCP管，就是在南水北調工程中。PCCP管的制造質量直接關系到管道的穩(wěn)定和運行安全，為了有效地控制PCCP管的生產質量，需要對PCCP管制造的每一個環(huán)節(jié)嚴格控制。從質量控制入手，結合從事南水北調工程PCCP管制造的質量監(jiān)督工作經(jīng)驗和工作體會，介紹了PCCP管原材料的質量控制；PCCP管生產工序質量控制；以及PCCP管的廠內試驗控制；最后是成品管的質量控制方法。

　　關鍵詞：PCCP 制造 質量 控制

　　預應力鋼筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）簡稱PCCP，是我國近十多年來發(fā)展起來的新型管道材料。該管道材料是一種具備高強度、高抗?jié)B性、高密封性的復合型管材，在國外已經(jīng)有多年的應用歷史。4m直徑的PCCP管在我國南水北調工程中還是首次應用。它是在帶有鋼筒的混凝土管芯外側環(huán)向纏繞預應力鋼絲并輥射水泥沙漿保護層而制成的管子，是一種將高強度鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機地結合在一起，充分合理地利用了材料各自的物理力學特性的高品質的輸水管材。4m直徑的PCCP管的制造在國內還是第一次，沒有實例可以借鑒，制造經(jīng)驗無從可循，因此必須從管道生產的每一個環(huán)節(jié)入手，嚴格控制，確保管道的制造質量。

　　1、原材料的質量控制

　　PCCP管質量的優(yōu)、劣與原材料存在必然的聯(lián)系，要想把好質量關，就要嚴格控制好原材料的質量。PCCP使用的原材料包括：水泥、水、粗骨料、細骨料、外加劑、承插口型鋼、鋼筒薄鋼，高強鋼絲、接頭用細綁絲、錨固塊、焊條、焊絲、焊劑、橡膠圈、防腐材料等。材料品種多，用量大，質量變異的可能性就大，原材料質量波動最終體現(xiàn)在產品波動上，甚至出現(xiàn)不合格產品，因此在原材料質量穩(wěn)定的情況下，保證管道質量和加快生產進度就有了基礎和可能。

　　1.1原材料特殊要求

　　由于南水北調工程的重要性和國內首次應用最大直徑的PCCP管道，因此對PCCP管的主要原材料指標提出了更高，更明確的規(guī)定：

　?。?）水泥

　　結合管道鋪設的土壤環(huán)境，避免混凝土發(fā)生堿活性破壞，用于管芯混凝土及保護層砂漿的水泥必須是大型回轉窯生產的水泥，強度不低于42.5MPa，滿足中國國家標準GB175-1999的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，同時堿含量小于等于0.6%，C3A含量不大于8%。

　?。?）骨料

　　粗、細骨料除滿足國標要求外，還應采用非堿活性骨料，細骨料全部選自河北曲陽縣，粗骨料采用北京房山、門頭溝，同時每立方米混凝土中堿含量不大于2.5kg，禁止使用堿活性骨料。

　?。?）外加劑

　　通過對混凝土、砂漿保護層中水溶性氯離子含量不超過水泥重量0.06%的限制，對混凝土拌合用水、外加劑等提出更高的要求。

　?。?）預應力鋼絲

　　預應力鋼絲應滿足ASTA648《預應力混凝土管用冷拔鋼絲的標準》，同時避免鋼絲發(fā)生氫脆性破壞，必須滿足氫脆性靈敏度檢驗的要求。鋼絲的最小抗拉強度、最大抗拉強度、扭轉圈數(shù)應滿足有關規(guī)范的要求。

　?。?）膠圈

　　膠圈的材質采用聚異戊二烯材料，同時各種物理力學性能應滿足設計要求。

　?。?）防腐涂料

　　管道的防腐材料超厚膜重防腐蝕環(huán)氧煤焦瀝青的各種性能指標都應在設計要求范圍內。

　?。?）鋼板

　　鋼筒用薄鋼板和承插口型鋼的物理性能、化學性能均應滿足相關要求。

　　1.2原材料的進場檢驗

　?。?）原材料供應單位的資質審查

　　PCCP生產廠家將材料供應單位的相關的資質報監(jiān)造單位，監(jiān)造單位對供應單位的資質進行審查，在審查前會同相關單位對材料生產廠家進行實地考察，確定生產能力能否滿足工程的需要。同時原材料供應單位的資質要在監(jiān)督站進行備案。

　?。?）原材料的進場驗收

　　原材料進場后24小時內，監(jiān)造單位會同PCCP生產廠家對原材料進行進場檢查，同時按照相關的規(guī)定取樣送試驗室進行檢驗。

　　（3）原材料的檢驗

　　監(jiān)造單位對進場材料的合格證及材質證明進行核準，PCCP生產廠家按合同規(guī)定的數(shù)量、試驗方法對材料進行檢測，監(jiān)造單位按照規(guī)定進行平行檢測。經(jīng)檢測合格后的原材料方可用于PCCP管的生產。

　　2、PCCP管生產工序質量控制

　　PCCP管生產工序分為：承、插口環(huán)的生產；鋼筒的制作、焊接；管芯混凝土澆筑；纏繞預應力鋼絲；輥射水泥砂漿保護層；保護層砂漿防腐等。

　　2.1承、插口環(huán)的生產

　　承、插口環(huán)的生產質量和精度直接關系到PCCP安裝質量。因此必須控制好承插口環(huán)的生產質量，最為關鍵的是承插口尺寸及兩者之間配合間隙。南水北調工程PCCP管的承口尺寸為4183mm(+0.7～+1.8)mm，插口的尺寸為4183mm（-0.4～-1.0）mm，承插口的間隙在1.1mm～2.8mm之間，管道承插口的最大橢圓度在12.7mm。承插口生產時，根據(jù)計算出理論的長度，焊接成一個圓環(huán)后，將焊口磨平，放置在漲口機上進行漲口，使鋼板超出屈服極限，達到塑性變形，在失去外力后尺寸不發(fā)生改變。同時考慮在纏繞預應力鋼絲后，對承插口產生的收縮變形，承插口尺寸的改變，必須確保尺寸誤差符合要求，使用直徑特制的尺，進行尺寸檢驗工作。

　　2.2鋼筒的制作

　　鋼筒的作用是防滲，通過鋼板的嚴密性阻止管道里的水滲到外面，因此鋼筒的焊縫必須承受一定的壓力而不滲水。根據(jù)技術要求規(guī)定鋼筒的厚度為2mm。采用立式水壓檢驗時底部鋼筒的拉應力為172Mpa，計算打壓值為0.25Mpa。生產鋼筒時，可以采用拼焊和搭接焊，焊縫可為縱向縫、橫向縫或螺旋縫，嚴禁出現(xiàn)十字型焊縫。鋼筒卷制過程中必須確保鋼板搭接尺寸和緊密接觸。鋼筒生產完成后，須進行靜水壓試驗，在達到0.25Mpa檢驗壓力后，恒壓3分鐘，檢查所有焊縫是否漏水．如有滲漏必須卸除水壓，對滲漏處進行補焊，鋼筒焊縫質量的好壞，直接影響到管道在使用中的效果，因此生產廠家要嚴格控制。

　　2.3管芯混凝土澆筑

　　根據(jù)美國AWWA301-99技術要求，管芯的厚度不小于管道直徑的1/16，因此南水北調管道的最小壁厚在250mm以上，混凝土的抗壓強度不低于50MPa。為保證管道的經(jīng)濟性，在保證強度的前提下，合理使用水泥，減少水化熱，在澆筑之前需要進行混凝土配合比的設計。管芯澆筑過程中，鋼筒內外混凝土上升高度的高差要控制在500mm以內；蒸氣養(yǎng)護時要按要求控制好溫度和蒸養(yǎng)時間，升溫速度小于22℃／h，恒溫時間要達到規(guī)定12h的要求；嚴禁在管芯成型后6h內脫模，養(yǎng)護罩內的溫度控制在32℃-52℃之間。拆模時要控制管芯混凝土溫度和環(huán)境溫度差小于20℃，以避免管芯混凝土出現(xiàn)裂縫。夏季混凝土澆筑溫度小于32℃，冬季混凝土的澆筑溫度在4℃以上。

　　2.4纏繞預應力鋼絲

　　管道纏絲作業(yè)是管道質量控制的重要環(huán)節(jié)，鋼絲纏繞質量的好壞，直接關系到管道承受水壓的高低，影響管道的工作狀況，因此說管道纏絲工序是管道生產過程中質量控制的一個重點。首先必須檢查預應力鋼絲的進場合格證及材質證明資料，同時核查生產廠家取樣檢測報告及監(jiān)造單位的抽檢資料，檢查鋼絲表面質量；鋼絲表面是否有損傷、劃痕等表面的缺陷；其次檢查管芯混凝土強度報告，纏絲前管芯混凝土抗壓強度不應低于設計抗壓強度的70%，同時纏絲對混凝土產生的預應力不應超過混凝土抗壓強度的55％；雙層纏絲時，內層鋼絲應被砂漿保護層覆蓋并進行蒸汽養(yǎng)護，其厚度不小于鋼絲直徑，并須待其強度達到20MPa才能進行外層纏絲。仔細進行鋼絲接頭的綁扎和端部鋼絲錨固作業(yè)；自動連續(xù)記錄每節(jié)管道纏絲預應力，電子記錄儀要具備不能更改的功能，鋼絲預應力必須滿足設計要求，整個過程拉力的波動范圍不得大于設計值的±10％。纏絲螺距在任何一段600mm范圍內不得低于設計要求的圈數(shù)，任何一段最小纏絲螺距小于2倍鋼絲直徑，即不能出現(xiàn)局部密纏的現(xiàn)象。纏絲過程單節(jié)管道的每層鋼絲街頭不超過3個，鋼絲接頭綁扎必須使用機械，且鋼絲接頭必須保持平直，不得扭翹，鋼絲接頭距離管端的距離不應小于300mm。同時在纏絲的過程中連續(xù)噴射水泥凈漿，以便對預應力鋼絲防腐起到臨時的保護作用。

　　2.5輥射水泥砂漿保護層

　　砂漿保護層的作用是保護高強鋼絲免受侵蝕破壞，其質量的好壞直接關系到管道使用壽命和工程效益發(fā)揮。減少管道在運行中出現(xiàn)爆管的機率，保護層砂漿應有足夠的抗?jié)B性;水泥砂漿保護層采用輥射法。單層纏絲保護層厚度不應小于25mm，雙層纏絲的第一層保護層厚度不應小于鋼絲直徑的1倍，第二層保護層厚度與第一層相同。生產過程中應采用鋼針檢測，逐根從上到下檢查管道保護層厚度，檢測數(shù)量不低于5處，同時為確保第二層纏絲質量，應采用專用刮平設備對第一層保護層進行刮平處理，并在纏絲前徹底清除管道保護層表面的浮渣；刮平過程應確保砂漿不被擾動，強度、密實度不被降低，輥射保護層過程應連續(xù)噴射水泥凈漿，輥射水泥漿時管芯的表面溫度不低于2℃。每班均應進行砂漿吸水率測定，吸水率試驗的平均測定值應不超過9%，單塊的吸水率應不超過11%，同時水泥砂漿強度不低于48MPa。

　　2.6保護層砂漿防腐

　　根據(jù)PCCP管道所處的土壤環(huán)境，為了降低土壤中的有害物質對管道的損傷，減少外界有害物質對砂漿的侵蝕，延長管道的使用壽命，在砂漿的外面進行防腐處理。南水北調工程PCCP管在砂漿的外面進行厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂層，涂層的厚度為600μm，采用機械噴涂工藝，提高涂層的噴涂質量，涂層厚度的檢查采用超聲波測厚儀，進行干膜厚度的檢查。對涂層電阻率檢查，涂裝后電阻率較涂裝前電阻的比值大于100，為檢查防腐管附著力的質量，用便攜式附著力試驗儀進行防腐涂層附著力測定，控制涂層的質量。

　　3、PCCP管的廠內試驗控制

　　由于PCCP管道的覆土和工作壓力不一樣，要根據(jù)不同的覆土厚度和工作壓力進行設計，并進行生產，為保證管子的絕對安全，將產品的風險降到最低，在生產初期，須進行相關的型式試驗以此來檢查驗證設計的正確性、制造工藝的合理性和生產設備的可靠性，PCCP管型式試驗包括：三點法荷載試驗、內水壓試驗、接頭密封試驗和接頭轉角試驗。

　　3.1三點法試驗

　　三點法荷載試驗為破壞性試驗，主要檢查驗證設計的正確性、制造工藝的合理性和生產設備的可靠性，試驗的方法按照ASTMC497要求在專用的設備上進行，試驗裝配、加載過程、數(shù)據(jù)記錄嚴格按照ASTMC497中規(guī)定進行。試驗加載直到管道出現(xiàn)寬0.25mm，長300mm的裂縫為止，記錄此時的破壞荷載，以此來驗證外部荷載對管子的破壞。

　　3.2內水壓試驗

　　選取不同的工壓、最大覆土的標準管進行內水壓的試驗，把試驗管放到試驗裝置中去，充滿水浸泡24個小時，使管道內部混凝土充分吸水，再采用經(jīng)過率定的壓力泵（規(guī)格、型號應與試驗壓力相配套）加壓，壓力遞增速度為0.2MPa/分鐘，直至壓力達到試驗壓力，停止加壓，保持10分鐘穩(wěn)壓，檢查管道滲水和水泥砂漿保護層質量。同時以內部的水壓力驗證預應力鋼絲纏繞拉應力的質量。

　　3.3接頭密封和轉角試驗

　　主要檢查管道承插口配合間隙的質量以及生產工藝的穩(wěn)定性。從每生產200根管中隨機抽取2節(jié)試樣進行接頭轉角試驗。按照規(guī)定的0.5°轉角，完成兩節(jié)試驗管的對接組裝，然后采用手動方式進行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗壓力時，停止加壓，檢查壓力表讀數(shù)變化，檢查接頭是否滲水、漏水。出現(xiàn)接頭滲水、漏水或不能在規(guī)定的試驗壓力下穩(wěn)壓5分鐘，則判定該接頭不合格。以此檢查承插口的配合間隙，找出其公差的范圍，以便生產出優(yōu)質的管道。

　　管道的型式試驗，必須有生產廠家、設計院、監(jiān)造單位、建設單位、監(jiān)督單位的代表共同參加，集體見證試驗的過程和結果是否符合規(guī)范的要求，同時驗證設計和工藝的正確性。

　　4、成品管的質量控制

　　由于生產中的下道工序可能對上道工序造成一定的影響，以及管芯工序受模具質量的影響，可能造成不合格產品產生。因此為防止不合格的產品進入安裝現(xiàn)場，給工程質量造成隱患，應嚴格進行成品管質量檢驗。

　　4.1出廠驗收質量控制

　　出廠驗收是全面檢查管道質量的重要環(huán)節(jié)，生產廠家應根據(jù)質量追溯表，整理每節(jié)管道生產用原材料檢驗報告，工序生產質量記錄，工序產品檢驗報告（混凝土強度報告、砂漿保護層強度報告，砂漿吸水率報告）成品管檢驗報告，報監(jiān)造進行審查合格后，簽發(fā)產品出廠合格證書。

　　4.2管道外觀的質量控制

　?。?）管道插口端部管芯混凝土不應有缺料、掉角、孔洞等缺陷。

　?。?）管道內表面不允許出現(xiàn)長度超過150mm、與管道縱軸平行線夾角15°以內的可見裂縫，距管道插口端300mm范圍內除外。

　?。?）管道內表面出現(xiàn)的環(huán)向或螺旋裂縫寬度大于0.5mm及距管道插口端300mm以內出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度大于1.5mm時，應予修補。

　　4.3成品管的控制重點

　　承口尺寸為4183mm(+0.7～+1.8)mm，插口的尺寸為4183mm（-0.4～-1.0）mm，配合公差:承插口的間隙1.1mm～2.8mm之間。承插口工作面橢圓度及局部橢圓度的檢測，是用弧長為2米半徑為設計管道承插口的標準尺寸，與實際生產的管道承插口相靠，兩者之間的間距不大于6mm，端面傾斜度不大于13mm。經(jīng)檢測各項指標滿足要求后，即可進入安裝現(xiàn)場進行管道的安裝。

　　5、結語

　　綜上所述，只有在PCCP管制造過程中嚴格控制好每一個環(huán)節(jié)及各道施工工序，同時還應制定完善的質量保證體系和質量控制措施，才能有效地控制PCCP管的制造質量，打造精品工程。

　　參考文獻

　?。?］《預應力鋼筒混凝土管》GB/T19685-2005

　?。?］《PCCP管采購規(guī)定》南水北調中線干線工程建設管理局

　?。?］《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268-97

　?。?］《預應力鋼筒混凝土壓力管》美國水工局ANSI/AWWAC301