詳細(xì)介紹給水管網(wǎng)工程常用管材預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

詳細(xì)介紹給水管網(wǎng)工程常用管材--預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)是在帶鋼筒（薄鋼筒的厚度約1.5mm左右）的混凝土管芯上，纏繞一層或多層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子。它的開發(fā)應(yīng)用已有半個多世紀(jì)的歷史，這一技術(shù)是法國Bonna公司最先研制的，到上世紀(jì)四十年代歐、美競相開發(fā)，目前美、法各國的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬km，其中美國、加拿大是世界上推廣使用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管最多的國家，廣泛應(yīng)用于城市輸配水干管、火電站供水管、水利工程、雨污水干管、工業(yè)供水及廢水管線等方面，目前世界上規(guī)模最大的利比亞"人工河"工程，全長數(shù)千km，就是使用直徑4m、工壓2.8MPa的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管敷設(shè)，工程完工部分運行情況良好。

由美國水工協(xié)會負(fù)責(zé)制定的《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》美國國家標(biāo)準(zhǔn)，代表了國際先進(jìn)水平，主要包括了ANSI/AWWAC301-1999《AWWASTANDARDFORPRESTRESSCONCRETEPRESSUREPIPE，CYLINDERTYPE(鋼筒型預(yù)應(yīng)力混凝土壓力管)》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和ANSI/AWWAC304-1999《AWWASTANDARDFORDESIGNOFPRESTRESSCONCRETECYLINDERPIPE(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土壓力管設(shè)計標(biāo)準(zhǔn))》。

世界上主要制造預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的廠家有美國"Ameron"公司(DN1200～4000mm)，美國的"PriceBrather"公司(DN1200～4000mm)，法國的"Bonna"公司(DN600～2500mm)，德國的"Dyckerhoff-Widmann"公司(DN600～2500mm)。

二十世紀(jì)八十年代末，隨著我國城市供水、工業(yè)用水、農(nóng)田水利建設(shè)的迅猛發(fā)展，對于輸水管材提出更高的要求，山東電力管道有限公司、無錫華毅管道有限公司先后從美國"Ameron"公司引進(jìn)技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，深圳太陽管道公司從美國的"PriceBrather"公司全套引進(jìn)該公司的制管技術(shù)及設(shè)備。經(jīng)過近十年對引進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的消化，完全己能國產(chǎn)化了。于1996年此類管材在我國建材行業(yè)頒布了《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC625-1996），2002年國內(nèi)頒布了CECS140：2002《給水排水工程埋地管芯纏絲預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》，但ANSI/AWWAC301-1999和ANSI/AWWAC304-1999仍為國內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管設(shè)計、生產(chǎn)、鋪設(shè)及監(jiān)理的主要技術(shù)依據(jù)，近年已編制了國家標(biāo)準(zhǔn)(報批稿)，該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國內(nèi)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求，列入了成品管材的物理力學(xué)性能檢驗內(nèi)容和方法，列入了產(chǎn)品制造過程控制條款和部分生產(chǎn)工藝參數(shù)，方便了國內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品制造、安裝鋪設(shè)及施工監(jiān)理部門的工作。

短短十多年來，國內(nèi)從無到有，已建成了40多條生產(chǎn)線，年設(shè)計生產(chǎn)能力達(dá)1000多km，涉及管材規(guī)格范圍從DN600mm到DN4800mm，適用工作壓力最高達(dá)1.6MPa，適用最大覆土深度達(dá)10m以上。近幾年來不完全統(tǒng)計，全國巳安裝此類管材達(dá)400多km，在廣東、江蘇、江西、山東、四川等省使用情況良好，通常試壓檢驗一次成功，通水后沒有發(fā)現(xiàn)大的故障。

一、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的制造

此種管材分兩個類型：內(nèi)襯式管及埋置式管。內(nèi)襯式(LinedCylinderType)和埋置式(EmbeddedCylinderType)的區(qū)別，前者系指在鋼筒內(nèi)壁成型混凝土層后，在鋼筒外表面上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子；后者系指在鋼筒內(nèi)、外側(cè)成型混凝土層后，在管芯混凝土外表面上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子。前者采用離心工藝成型，口徑偏小(DN≤1400mm)，后者采用立式振動工藝成型，口徑偏大(DN≥1200mm)。此種管材抗?jié)B壓力很高，工作壓力通常為1.5～3.0MPa，可達(dá)5.0MPa。此種管材的管徑范圍是DN400～4000mm，最大可達(dá)DN7600mm。

產(chǎn)品型號以代號PCCPL表示內(nèi)襯式結(jié)構(gòu)(其中PCCPSL為單膠圈密封；PCCPDL為雙膠圈密封)；以代號PCCPE表示埋置式結(jié)構(gòu)(其中PCCPSE為單膠圈密封；PCCPDE為雙膠圈密封)。管子的產(chǎn)品標(biāo)記以管材代號、公稱內(nèi)徑、有效管長、工作壓力(P)、覆土深度(H)和標(biāo)準(zhǔn)號組成。如公稱內(nèi)徑1600mm、有效管材長度為5000mm、工作壓力為0.8MPa、覆土深度為4m的雙膠圈埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。標(biāo)記為：PCCPDE1600×5000/P0.8/H4

GB/T××××-××××。

埋置式PCCP生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備有螺旋制筒設(shè)備、鋼筒水壓檢驗設(shè)備、管芯立式振動成型及蒸養(yǎng)設(shè)備、立式差速纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲的設(shè)備、立式輥射噴漿設(shè)備、承插口環(huán)成型設(shè)備(采用分層手工對接焊)、薄鋼板埋弧焊設(shè)備。以上設(shè)備現(xiàn)國內(nèi)均能自制，多數(shù)廠家僅焊接設(shè)備外購。

內(nèi)襯式PCCP生產(chǎn)線，除山東電力管道工程公司有進(jìn)口的螺旋制筒設(shè)備外，均采用平板直縫焊接卷筒設(shè)備，其它設(shè)備有鋼筒臥式水壓檢驗設(shè)備、管芯臥式離心成型設(shè)備、蒸養(yǎng)設(shè)備、臥式差速纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲的設(shè)備、臥式輥射噴漿設(shè)備、承插口環(huán)成型設(shè)備(采用分層手工對接焊)、薄鋼板埋弧焊設(shè)備。

以上兩條生產(chǎn)線的設(shè)備，主要是仿制美國‘Ameron’公司的工藝。致于美國的‘PriceBrather’公司的工藝，采用平板直縫焊接卷筒設(shè)備，管芯成型、纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲、輥射噴漿等均采用臥式設(shè)備，承插口環(huán)成型采用了高頻對接焊設(shè)備。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（‘Ameron’公司埋置式制管）的工藝流程如下：(圖片不可顯示)

二、管件

與預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）配套使用的管件，是一種厚壁鋼管和混凝土的復(fù)合管材。其基本結(jié)構(gòu)型式是：帶鋼制承插口或其它特殊接口的鋼件，內(nèi)外襯敷焊接鋼絲網(wǎng)，而后內(nèi)外涂覆砂漿。管道接口采用橡膠圈密封或法蘭等其他相應(yīng)的接合方式。

配件的設(shè)計和生產(chǎn)目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計一般是依據(jù)AWWAM9《混凝土管手冊》；產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗一般是依據(jù)《壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范》及《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。

目前，PCCP管件已經(jīng)實現(xiàn)了從類型到口徑的全系列設(shè)計、生產(chǎn)，并成功應(yīng)用于國內(nèi)大型、重點工程項目，如深圳嶺澳核電站、山西萬家寨引黃工程等工程。與PCCP配套的管件，接口形式與標(biāo)準(zhǔn)管、其它類型管道或閥門等可以全部對應(yīng)，但是它也是PCCP管道管線中最薄弱、故障率最高的部位，其質(zhì)量直接制約管線的服務(wù)能力。因此，必須重視PCCP管件的制造和安裝質(zhì)量。管件制造的每項工序，均應(yīng)有質(zhì)量控制要求與檢驗手段；承揷口應(yīng)校調(diào)圓度；DN≥600mm的承揷口在組裝前應(yīng)設(shè)米字撐。

(1)異形管

異形管如短管、半(全)斜口管、開孔直徑較小的開孔管等。它亦是釆用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管相同的生產(chǎn)工藝制成的非標(biāo)準(zhǔn)直管。

(2)管配件

(1)原材料的質(zhì)量控制

(1.1)水泥

水泥應(yīng)釆用由大型回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的符合GB/T175、GB/T748及GB/T1344的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，水泥強度等級不低于425，堿含量不大于0.6％，C3A(3Cao.Al2o3)含量不大于5％。

(1.2)細(xì)骨料

用于管芯混凝土宜釆用細(xì)度模數(shù)Mx為3.2～2.3的中粗砂；用于保護(hù)層砂漿宜采用細(xì)度模數(shù)Mx為2.2～1.6的細(xì)砂。砂的質(zhì)量應(yīng)符合GB/T14684的規(guī)定，比重不小于2.6t/m3，含泥量不大于1％，且不應(yīng)具有堿活性。

(1.3)粗骨料

制管混凝土用的粗骨料應(yīng)用質(zhì)地堅硬、清潔、多重級配的人工碎石或卵石，碎石質(zhì)量符合GB/T14685的規(guī)定，比重不小于2.6t/m3，含泥量不大于0.5％，且不應(yīng)具有堿活性，最大粒徑不超過30mm，且不大于混凝土層厚度的2/5。

(1.4)水

制管及養(yǎng)護(hù)過程中使用的水，應(yīng)符合JGJ63的規(guī)定。

(1.5)活性摻合料

成品粉煤灰、磨細(xì)礦渣或硅粉等活性摻合料，均可作為水泥的替代物，其最大替代量應(yīng)經(jīng)試驗確定，替代物的質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

(1.6)混凝土外加劑

所用外加劑不應(yīng)對管材及輸送的水質(zhì)產(chǎn)生有害影響，其質(zhì)量應(yīng)符合GB/T8076的規(guī)定；混凝土外加劑的使用，應(yīng)符合GB/T50119的規(guī)定。

(1.7)制作鋼筒的簿鋼板

制作鋼筒的簿鋼板可釆用冷軋薄鋼板或熱扎薄鋼板，應(yīng)符合GB/T700、GB/T912、GB/T11253的規(guī)定，厚度不應(yīng)小于1.5mm，最小屈服強度不應(yīng)低于215MPa，標(biāo)距50mm時的斷裂伸長率不應(yīng)小于15％。

(1.8)配件用的厚鋼板

配件用的厚鋼板應(yīng)符合GB/T699、GB/T700、GB/T3274的規(guī)定，鋼材的最小屈服強度不小于205MPa或不小于配件設(shè)計時工壓得出環(huán)向應(yīng)力的2倍，兩者取大值。

(1.9)承口鋼板和插口異型鋼

接頭鋼圈所用的承口鋼板、插口異型鋼應(yīng)符合GB/T699、GB/T700、GB/T3274的規(guī)定，鋼材的最小屈服強度不應(yīng)小于205MPa，標(biāo)距50mm內(nèi)的最小伸長率為20％。

(1.10)預(yù)應(yīng)力鋼絲

預(yù)應(yīng)力鋼絲應(yīng)釆用力學(xué)性能符合ASTMC648及GB/T5223-2002規(guī)定的冷拉鋼絲，鋼絲直徑可選用5、6、7mm，鋼絲應(yīng)滿足氫脆性靈敏度要求，鋼絲在拔制過程中表面任何點溫度不應(yīng)超過182℃。

(1.11)鋼筋焊接網(wǎng)

水泥砂漿保護(hù)層及配件加強用鋼筋焊接網(wǎng)應(yīng)采用機械制造，鋼絲網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸為50×100mm，鋼絲直徑不小于2.3mm，焊接鋼絲網(wǎng)的技術(shù)符合GB/T1499.3-2002的規(guī)定。

(1.12)加強鋼筋

加強用鋼筋應(yīng)分別符合GB/T1499、GB/T13788的規(guī)定，鋼筋的最小屈服強度不應(yīng)低于335MPa。

(1.13)接頭密封膠圈

(1.13.1)管材接頭用橡膠密封圈應(yīng)采用圓形截面的實心膠圈，膠圈的尺寸和體積應(yīng)與承插口鋼環(huán)的膠槽尺寸和配合間隙相匹配。其基本性能和質(zhì)量要求，應(yīng)符合JC/T748-1987(1996)的規(guī)定。

(1.13.2)膠圈采用AWWAC301標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的聚異戊二烯或合成橡膠(三元乙丙橡膠、丁苯橡膠)制造，由于圓形橡膠圈安裝上預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的插口端槽內(nèi)，需要膠圈拉長，這一點不同于球鐵管的膠圈，因此膠圈不應(yīng)是純合成橡膠，務(wù)必在合成橡膠中天然膠含量不得少于50％(按體積計)。其它填料中不得有橡膠代用品、再生膠，不得污染飲用水的有毒有害物質(zhì)。

(1.13.3)膠圈的主要物理力學(xué)指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求：

A.抗拉強度：聚異戊二烯(美國常用的一種合成橡膠)膠圈的抗拉強度應(yīng)至少為18.6MPa，其它合成橡膠膠圈的抗拉強度應(yīng)至少為13.8MPa。

B.斷裂伸長率：聚異戊二烯膠圈的斷裂伸長率應(yīng)不小于400％，其它合成橡膠膠圈的斷裂伸長率應(yīng)不小于350％。

C.比重控制在0.95～1.45，波動范圍應(yīng)不大于±0.05。

D.壓縮永久變形以原始變形的百分率表示的壓縮永久變形不得大于20％。

E.膠圈老化后的抗拉強度不得低于老化前抗拉強度的80％。

F.膠圈硬度為邵氏硬度50°～65°（邵氏）度。

G.按10％的頻率檢查外觀質(zhì)量及尺寸，膠圈不得龜裂、裂縫、起皮或其它損環(huán)跡象。

H.檢查膠圈的接頭時，至少將其拉伸至原長度的2倍，轉(zhuǎn)360o，目檢經(jīng)拉伸的接頭，有剝落或裂縫的接頭為不合格。

(1.14)接口試壓

采用雙膠圈的管材，承插對接后，可用預(yù)留孔對接頭密封性進(jìn)行試壓，預(yù)留孔通常一個，用氮氣鋼瓶對接頭進(jìn)行試壓。若水壓檢驗，必須預(yù)留孔為兩個，一個注水加壓，另一個預(yù)留孔打開排氣?？傊宇^試壓力求用氣體簡單、安全；水壓檢驗繁瑣，少量水不易排出，留在間隙內(nèi)呈‘呆滯水’是欠妥的。

(1.15)封口材料

接頭內(nèi)、外間隙應(yīng)采用硅酸監(jiān)水泥砂漿進(jìn)行灌漿處理，灌漿前接頭間隙應(yīng)清理干凈，并噴水濕潤，外用纖維布扎實在后灌漿，對腐蝕性強的地段，砂漿內(nèi)應(yīng)摻和阻銹劑；內(nèi)間隙填嵌的砂漿略干，灌填在頂部間隙的砂漿不至于自然掉落，且用抹刀手工抹平或用衛(wèi)生級的雙組份密封膏填嵌。

(1.16)管體防腐

當(dāng)管材用于輸送具有腐蝕性的海水或污水時，或用于含有腐蝕性介質(zhì)的土壤環(huán)境中，或架空敷設(shè)時，應(yīng)按GB50046-1995的規(guī)定，對管芯混凝土或水泥砂漿保護(hù)層進(jìn)行防腐設(shè)計，涂覆防腐材料時應(yīng)遵循GB50212的規(guī)定。防腐施工的質(zhì)量應(yīng)按GB50224-1995的規(guī)定進(jìn)行評定。

(2)采購須知

采購合同中明確以下技術(shù)參數(shù)及要求：

管徑、管材長度、工壓、覆土深度、地面荷載、土壤類別、土壤腐蝕性、密封膠圈具體要求（單條或雙條）、運輸中的護(hù)管措施（包括二次搬運）、到貨日期、數(shù)量、價格、驗管細(xì)則等。

(3)驗管質(zhì)控要點

在管材運至目的地時應(yīng)進(jìn)行以下質(zhì)檢：

管徑、管材長度、工壓、標(biāo)記、制管日期、管內(nèi)外表面質(zhì)量（應(yīng)包括平整度，無殘缺、裂縫、空鼓、剝落、浮渣、露石，承插口金屬面防腐良好及光潔、無臟物）、混凝土與鋼筒之間無裂隙現(xiàn)象。

此類管材的空鼓問題是至關(guān)重要的，若鋼筒與混凝土之間出現(xiàn)空鼓或裂隙，將會使接觸鋼筒面混凝土中的堿析出，最終導(dǎo)致鋼筒銹蝕，管材報廢。尤其是離心成型的的管材，更應(yīng)加強這方面的管理與檢查。

混凝土與水泥砂漿表面出現(xiàn)裂縫是常見的，管子內(nèi)表面不允許出現(xiàn)裂縫長度大于150mm的縱向可見裂縫；螺旋狀和環(huán)狀裂縫寬度小于0.5mm，距管端300mm以內(nèi)的環(huán)向裂縫寬度小于1.5mm時通常是容許的，否則應(yīng)予修補。覆蓋預(yù)應(yīng)力鋼絲表面的水泥砂漿保護(hù)層不允許存在任何可見裂縫，覆蓋在非預(yù)應(yīng)力鋼絲區(qū)域的水泥砂漿保護(hù)層出現(xiàn)的可見裂縫寬度不應(yīng)大于0.25mm，否則應(yīng)予修補。

水泥砂漿保護(hù)層出現(xiàn)損壞的表面積超過管材外保護(hù)層表面積的5％，則應(yīng)退貨到廠方鏟除后重新制作水泥砂漿保護(hù)層。

(4)管材苯重不是管道安裝的重大障礙

此類管材的重量