浅析PCCP管道施工技术

浅析PCCP管道施工技术

薛占云

中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001

摘要：当前我国大力提倡水资源开发，但我国水资源分配受时空和地域的影响，如甘肃引洮供水、南水北调等大型调水工程都需要长距离输水，对PCCP管道进行有效的应用，可增加其社会和经济效益。PCCP管道是上世纪末在国内市场出现的一种复合型的管道，和传统的管道相比较，它在外层增加了泥沙浆和预应力钢丝来保护混凝土管芯，使管道的使用寿命进一步延长。本文概述了PCCP管道及其施工原则和设计技术要求，详细分析了PCCP管道施工关键技术，以期为相关人士提供参考。

关键词：PCCP管道；施工技术

1.概述PCCP管道

PCCP是预应力钢筒混凝土管的简称，是一种钢性的新型管材。该结构是由带钢筒的强度较高的混凝土管芯对预应力钢丝进行缠绕，并在外喷水泥砂浆做保护，利用钢制承插口和钢筒一起焊接，是一种复合型的由混凝土、钢板、水泥砂浆和强度较高的钢丝组成的结构，有混凝土和钢材所特有的性质。PCCP接口密封性能、管体刚性及强度都较好，抗渗透性较强，集预应力混凝土管和钢管的优点和性能为一体，比钢管成本低，并且比钢管的使用寿命长一倍。经研究分析，PCCP对供水和引水工程、核电站和大型火电厂的循环水管道工程、大型排污管道工程的需求都能得到满足，对那些大口径、高工压、长距离的输水管道工程更加适用。

2.PCCP管设计技术要求

2.1管道的防腐设计要求

在对工程地质进行勘察的过程中发现，输水管道的部分管线段的岩土中含有一定量的腐蚀混凝土的硫酸根离子（SO4-2），因此需要对其采取合理的措施进行防腐处理。通过对管线的岩土取样试验的结果进行分析并结合《岩土工程勘察规范》相关规定得出，按照硫酸盐的含量可把管道的防腐处理等级分为：（1）如果硫酸盐的含量不超过2250mg/kg，便没有腐蚀，不用对管道进行防腐处理；（2）如果硫酸盐的含量为2250mg—4500mg/kg之间，会呈现出弱腐蚀性，因此可以在管道的外壁涂刷厚度为2.0mm的环氧煤沥青；（3）如果硫酸盐的含量在4500mg—9000mg/kg之间，会具有中等腐蚀性。PCCP管混凝土可以使用抗硫酸性能较好的水泥，并在管道外壁涂刷厚度为2.0mm的环氧煤沥青；（4）如果硫酸盐的含量大于或等于9000mg/kg时，会呈现出强腐蚀性，此时应使用抗硫酸性能较强的水泥制作PCCP管道混凝土，并在管道外壁涂刷厚度为2.0mm的环氧煤沥青。

2.2管道的制造要求

（1）对PCCP管进行制造、运输和安装等都应该按照相关规定，还可选择性的参考美国国家的一些标准，控制管道的标准长度为6.0m；（2）可采用螺旋焊和直线焊等方式对钢筒进行焊接；（3）提出防腐要求的制管水泥用抗硫酸盐的执行标准为GB748的硅酸盐水泥，其他的可以使用普通的执行标准为GB175的硅酸盐水泥；（4）管道的使用寿命应是55年。

2.3安装管道的要求

输水管道包括预应力钢筋混凝土埋置式PCCP配件管和标准管。标准管是由混凝土和薄壁钢筒组成的一种复合型管材，这种刚性压力管道耐久性较好，进行设计时综合考虑了钢材的抗拉特征和混凝土抗腐蚀性及抗压的优点，它的结构是钢筒带有钢制的承插口，混凝土内外形成管芯，把预应力钢丝缠绕于管芯外，并用砂浆在钢丝外面喷射对其进行保护。把管道接口制成承插式接口，并使用双橡胶圈对其进行密封。

配件管是一种砂浆和厚壁钢管混合的复合管材，它的主要结构是钢件带有钢制承插口和其他特殊接口，内外衬和钢丝网焊接，然后把砂浆涂抹于内外。管道接口采用法兰或橡胶圈方式进行密封，并控制管道接口的间隙为Max=28mm，控制管道安装的最大相对转角为0.6°，转角时控制其最小间隙为5～10mm，并采用水泥砂浆对管道接头的钢承插口进行相应的保护。安装管道完成后对其质量进行检查时使用接头一次打压和整个管道静压，并规定水压试验的压力为：如果工作压力P不超过0.6MPa，应以1.5MPa为准；如果工作压力P大于0.6MPa，则以（P+0.3）MPa为准。

3.PCCP管道施工关键技术

3.1控制与优化管槽开挖

（1）应由上到下分层进行开挖，开挖之前应先把全部的表土剥离，为回填的时候准备表土料，在此过程中应控制剥离的表土厚度至少为50cm；（2）使用挖掘机对沟槽进行开挖，应在沟槽的槽底预留出厚度为10cm～2Oc的保护层。为使开挖对该保护层厚度的原状土体的干扰减少，应使用人工方式层层缓慢的进行开挖。在此过程中应该保障槽底平整，如果土质比较松散，应按照原状土的天然状态标准进行夯实；（3）应该控制沟槽槽底的高程为±20mm范围之内；控制管沟偏移的误差在±20mm范围之内。应把沟槽基础面夯实成平面，并保证其牢固平整，没有松土情况，并控制其平整度误差在±15mm范围之内；（4）在开挖沟槽之前，为了对其精度提供保障，应该提前复探发包人提供的各种地上地下管线，确定其正确后才能进行施工。

3.2控制与优化管道进场验收

必须认真检查进入施工场地的PCCP管道和配件，保障PCCP管道可以正常使用。另外应派专职人员对管道进行检查，并做好相关记录。

检查时需要根据以下标准进行：（1）检查管道的管径、长度、工作压力、合格证明检查、允许覆土的深度等，保证其符合出厂合格证书；（2）检查管道外径，确定其表面完好无缺，保证其接口符合规定，尺寸标准；（3）如果检查管道内部和表面质量得出不同于设计要求的结果，应禁止接受和使用，并及时更换管道；（4）验收进场的橡胶圈：应保证橡胶圈进场的生产合格证明和出厂检查证明完整，保证橡胶圈质量符合设计要求，表面细致不出现气孔断裂、重皮老化和扭曲等情况。

3.3PCCP管道运输和存放

（1）PCCP管道的装卸。严禁装卸PCCP管道的起重机在不稳定或超负荷的工况下起吊装卸，采用专用的起吊工具或兜身吊带起吊管子，严禁使用穿心吊，为了防止对管子造成破损，还应使用柔性材料包裹起吊索具。在装卸中应遵循轻装轻放的原则，严禁溜放或使用叉车、推土机等直接推拉和碰撞管子，不得出现滚、拖、摔、抛等情况；（2）PCCP管道的装车和运输。在对管道进行装车运输过程中，应采取合理的碰撞、滑移、震动等措施，为了使管子更加稳定牢固，可在枕木上固定木楔或在车上设置支座，并和车厢进行牢固的绑扎，避免出现超宽、超高、超重等现象。另外在对管子进行运输时，要合理的包扎和保护管子的承插口，禁止把其他物品在管子里面或上面装运；（3）应该对PCCP管进行单层存放，不能堆放。如果存放超过一个月，应该采取必要的养护措施。存放时应该按照出厂横立轴的位置正确摆放，不能随意更改位置。

3.4PCCP管道的吊装就位

PCCP管的吊装就位应综合考虑其周边地形、管径、交通状况、沟槽的深度、工期等情况，选择合理的吊装方法。根据工程的特征可分为两种同的吊装方法：（1）直接用吊车吊装就位；（2）使用有轨龙门台车吊装就位，可根据施工现场具体情况合理的选择。

直接用吊车吊装就位，应该在施工时选择一定吨位的吊车位于沟边，用两组钢丝绳和导链把管子吊到沟槽内，用吊车配合手扳葫芦来回轻动管子，利用垫板、三角枕木、下部垫层使管子合理就位。这种吊装方法具有较高的安全性能并且施工迅速，但对施工场地提出较高的要求，并且会产生较高的费用；使用有轨龙门台车吊装就位首先需要用钢轨铺设沟槽，使用慢速卷扬机牵引在钢轨上的台车进行行走，台车内使用两种钢丝绳和导链吊起管道，在此过程中应重视管道边角位置的保护，防止其行走时碰撞到台车立柱，进而损坏管道。在对下坡位置进行施工时应使用卷扬机在坡顶对台车的下行速度进行合理的控制，并用锁轨器锁住钢轨和台车车轮，避免台车在下坡时出现倾覆现象。管道吊装示意图如图1所示。

在吊装管道的过程中需要注意：（1）应采用双点兜身对管道进行吊装，严禁使用穿心起吊。并使用保护性能较好的钢丝绳或尼龙吊带等吊具进行起吊，应尽量避免管件和其他物品发生碰撞，防止对保护层造成破坏；（2）应始终坚持稳定、轻拿轻放的装卸原则，并注意安全，工作人员不能在管下和管中逗留；（3）应该保证起吊机械的功率充足，保证其在稳定的工作状况和正常的工作荷载范围内起吊装卸；（4）如果吊装时损伤了管道，监理人员应该对其重新进行检验，可根据修补方案对那些符合质量要求的管道进行修补，确定其合格后再投入使用。

3.5PCCP管道的安装

（1）在吊装管道对其第一次进行定位之前，应该把关键平稳缓慢的向安装位置移动，做好对接准备。在和已经安装管的插口或承口相距约20cm时，为了避免碰损承插口，应使用衬块隔开两管。在此过程中应按照承插口椭圆度对管道的位置进行合理的调整，保证管道插口和承口对接的最佳位置；（2）安装之前应先清理干净管道接口和内部，并在其接口均匀的涂抹润滑油，使其对接更加完整；（3）安装管道的过程中应使承口端和水流方向相对。对接时保持承口和插口端的平行状态，并控制四周有相等的间隙，然后采用龙门吊小车对管道中心线进行合理的调整，使其和全站仪保持一致的视线，并采用水准仪对管道高程进行观测，在起降中应利用龙门吊按照设计高程调整管道。在对管道进行调节时，应均匀的控制管道插口和承接口的间隙，按相关要求调整好管道位置后再进行对接；（4）应该控制管道轴线的方向偏差不超过30mm，并控制其高程偏差为±30mm范围之内，还应控制管道承接口的间隙为5mm—25mm之间。另外应控制其单个接头的偏转和总片状小于0.3°和3°。

3.6钻孔及注浆

完成管道对接后，应该使用合格的压力表等试验仪器对其接口进行打压试验。相关步骤为：（1）第一次打压试验。由接头底部进水口进行压水，右上部的排气孔进行排气，水可均匀的一股股流出。结束排气后使用钢制的密封接头密封孔眼，如果逐渐增加超过设计压力0.3MPa时，压力可以在2min内保持稳定便确定为合格；（2）第二次打压试验。PCCP管道每安装3节，应采用第一次打压检验方法对之前安装的第1节管道连接缝接头采取第二次打压试验；（3）第三次打压试验。完成管顶回填后可采取第一次打压检验方法对其接头进行第三次打压试验。

3.7控制与优化接头灌浆

为了避免外露的承插钢构件产生腐蚀，应该采取科学的防腐处理措施，而灌浆时应选择混凝土，具体方法为：（1）对外部接头进行灌浆。首先用水对接口缝隙进行冲洗，使其湿润干净。然后用一层净宽大于200mm的铁皮包带为灌浆接头外膜，裹住接头外侧（如图2所示）。在灌浆时应注意，对混凝土的流动性进行合理的控制，并使其强度大于20MPa，并掺杂相应的膨胀剂形成非收缩的混凝土，然后再向缝隙内缓慢倒灌，振捣时应使用细钢筋，采用木槌轻轻敲打其外侧，

为接头密实的灌浆提供保障，同时应控制接头处灌浆高度大于30mm。

另外PCCP管道在使用时，如果砂浆保护层开裂则容易腐蚀钢丝，对其预应力的发挥造成较大的影响，所以还应深入研究钢丝的腐蚀和预应力的损失对PCCP管道承载能力、安全性和寿命等的影响。

（2）管道内部连接缝额封堵。在封堵管道内部的连接缝前应该先对其合格性进行检查，确认合格后再进行施工。封堵前应该先把管道内的接缝的灰尘和杂物清理干净，充分湿润后选择大于20MPa强度的混凝土封堵接缝，并做好抹平捣实工作，使接缝更加平整。

3.8PCCP管道沟槽的回填控制

确认管道安装合格后应及时做好回填。应根据设计要求选择回填料，监理对其合格性进行检查后再进行使用。回填前把槽内杂物清除，并把积水排干净，保证沟槽边壁的土体牢固平整。不应该在垫层材料中出现粒径超过20mm的硬块砖石，并控制槽底到管顶以上500mm之内不出现粒径超过50mm的硬块砖石。采用长臂钩机把回填料均匀的向管道两侧散布，控制每层回填厚度小于300mm。

4结语

综上所述，近些年因为水资源调配的需求，促进了各种类型引水工程的发展，尤其是有效的应用PCCP管道，使长距离大流量输水困难的问题得到合理的解决，获得了良好的社会和经济效益。由于PCCP管包括许多施工工序，每道工序都影响着PCCP管道的质量，所以在施工前应该采取合理的施工技术，推动工程的顺利进行，使PCCP管道的安装质量和水平得到进一步提升。

参考文献：

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[3]彭龙超.浅谈PCCP管道施工工艺及质量控制要点[J].绿色环保建材,2018(06).