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提高預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP工程安全可靠性的主要措施

文檔作者：毛文明，文勇，楊婷文檔來源：新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月19日
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第47卷第9期
2011年9月
甘肅水利水電技術(shù)
GansuW aterConservancy andHydropowerTechnology
Vol_47．No．9
Sep．，2011
· 設(shè)計(jì)與研究·
提高預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)
工程安全可靠性的主要措施
毛文明，文 勇，楊 婷
(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆鳥魯木齊830000)
摘要：以新疆北疆某引水工程中已安全運(yùn)行5 a的大口徑PCCP為例，圍繞提高PCCP工程安全可靠性這一重點(diǎn)，主
要論述該工程在施工和運(yùn)行管理中所采取的經(jīng)驗(yàn)和做法。
關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)；施工；管理；安全；技術(shù)
中圖分類號(hào)：TU528．73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095—0144(2011)09—0030—02
“預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管”(以下簡稱PCCP)是指
在帶鋼筒的混凝土管芯上纏環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲并制作
水泥砂漿保護(hù)層而制成的管子(圖1)，具有高密封
性、高強(qiáng)度、高抗?jié)B性的技術(shù)特征，以其適用范圍廣、
經(jīng)濟(jì)、壽命長、抗震性能好、安裝方便、運(yùn)行費(fèi)用低等
優(yōu)點(diǎn)，成為大口徑、長距離高壓輸水工程的首選管
材。
砂漿保護(hù)層 密封圈
圖1 預(yù)應(yīng)力鋼簡混凝土管結(jié)構(gòu)圖
預(yù)應(yīng)力鋼絲
鋼筒
管芯混凝土
1 工程概述
新疆北疆某引水工程采用PCCP倒虹吸設(shè)計(jì)是
從7種方案中優(yōu)選出來的最佳方案。該倒虹吸工程
采用PCCP和鋼管組合連接方式，設(shè)計(jì)流量30．5 m3／s。
加大設(shè)計(jì)流量35 m3／s；倒虹吸跨度10．627 km，總水
頭損失28．6 m；倒虹吸為平行雙線布置，管道壓力
>1．4 MPa采用鋼管，單線管長3．39 km，內(nèi)徑為2．7 m；
管道壓力≤14MPa采用PCCP管，單線管長7．25km，
內(nèi)徑為2．8m。該引水工程主要用于解決烏魯木齊經(jīng)
濟(jì)區(qū)、北疆油田城市和工業(yè)用水及沿線生態(tài)用水，一
旦因任何原因?qū)е翽CCP發(fā)生爆管，將對(duì)社會(huì)效益
和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響?；陬A(yù)防可能產(chǎn)生各
種爆管的考慮，本文將重點(diǎn)論述該P(yáng)CCP工程在建
設(shè)期和運(yùn)行管理中所采取的一些主要措施。
2 建設(shè)期采取的主要措施
由于本工程布置在強(qiáng)腐蝕性土與弱腐蝕性土交
替的地基中，制作PCCP管道所需各種材料的參數(shù)
控制較嚴(yán)格。為確保PCCP出廠質(zhì)量符合工程需要。
要求生產(chǎn)企業(yè)對(duì)材料質(zhì)量采取分批和定期自檢．并
派人駐生產(chǎn)企業(yè)監(jiān)造，監(jiān)檢人員還要監(jiān)督抽樣試驗(yàn)
及進(jìn)行送檢工作。
(1)控制制管原材料質(zhì)量
PCCP中管芯混凝土采用普通硅酸鹽水泥配
制，水泥標(biāo)號(hào)不低于42．5 MPa。要求堿含量不大于
0．6％；制作砂漿保護(hù)層的水泥采用高抗硫酸鹽水泥，
砂漿配合比為1：2～1：3；采用的預(yù)應(yīng)力鋼絲質(zhì)量控制
執(zhí)行AsTM A648(預(yù)應(yīng)力混凝土管用冷拉鋼絲》、GB
2103—88(鋼絲驗(yàn)收、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書的一
般規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)，并要求符合該工程PCCP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的
要求：制作鋼簡筒體采用的熱軋薄鋼板、冷軋薄鋼板
的質(zhì)量執(zhí)行GB／T 192—89《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)
構(gòu)鋼、熱軋、冷軋鋼板及鋼帶》標(biāo)準(zhǔn)，每批進(jìn)廠的薄鋼
板均有質(zhì)量證明書和供應(yīng)商提供的檢驗(yàn)報(bào)告；制作
承口環(huán)的型鋼質(zhì)量執(zhí)行GB／T 700—88(碳素結(jié)構(gòu)鋼》
標(biāo)準(zhǔn)，并要求符合PCCP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求；制作插口環(huán)
的型鋼質(zhì)量要求符合供應(yīng)商的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和PCCP結(jié)
構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
(2)控制承插口膠圈質(zhì)量
收稿日期：2011-07—30
作者簡介-毛文明(1984一)，男，安徽六安人，助理工程師，主要從事工程建設(shè)管理。
· 30 ·
第9期 毛文明，等：提高預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)SE程安全可靠性的主要措施 第47卷
考慮到承插口密封圈在使用過程中老化失效，
大量漏水導(dǎo)致管道沉陷造成安全隱患，該工程
PCCP均采用雙密封膠圈承插連接(圖2)。為滿足工
程實(shí)際需要，留夠一定的安全系數(shù)，要求膠圈壓縮永
久變形按以原始變形百分率表示的壓縮永久變形的
20％控制。且膠圈老化后的抗拉強(qiáng)度不得低于老化
前抗拉強(qiáng)度的80％。
圖2 管按頭結(jié)構(gòu)圖
(3)確保PCCP整體防腐層完整性和連續(xù)性
PCCP管身采用瀝青防腐，多次均勻涂刷環(huán)氧
煤瀝青，厚度不小于1 mm。成品管接頭部分、插口與
承口均采用噴鋅防腐處理：承插口外露鋼件部分均
涂刷無毒環(huán)氧系列防銹漆。涂層干膜厚度不小于
100 m。施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格監(jiān)督檢查涂刷過程，防止因
涂刷不勻 防腐層產(chǎn)生的流痕及分層狀、層間脫落等
問題6
為防止地下水中鹽堿成分侵蝕管道鎮(zhèn)墩，在基
礎(chǔ)面鋪設(shè)500 煤瀝青油毛氈。鎮(zhèn)墩四周涂刷4 mm
瀝青防腐。鎮(zhèn)墩內(nèi)的其他各異型管件(三通管、鋼短
管)外側(cè)均采用強(qiáng)力膠砂漿防腐。另外，PCCP從生
產(chǎn)廠家拉運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)前，現(xiàn)場(chǎng)不僅要檢查
PCCP質(zhì)量問題，也要仔細(xì)檢查防腐層損傷部位，發(fā)
現(xiàn)損傷后要及時(shí)進(jìn)行涂刷修復(fù)處理，以保證PCCP
整體防腐層的完整性和連續(xù)性。
(4)排水
該工程管溝地下水中so?一含量為2 606 mg，L，
Mg2 含量為160 mg／m，C1一含量為1 725 megL，屬于強(qiáng)
腐蝕性地下水。在滿足地基承載力的基礎(chǔ)上為防止
鹽堿腐蝕PCCP，采取在管槽基礎(chǔ)上鋪設(shè)一層0．6
mm 的兩布一膜(聚乙烯土工膜)的措施，并且在管
溝兩側(cè)兩布一膜上鋪設(shè)160 mm的濾水花管，同時(shí)
在管道地下水位較高段沿管溝兩側(cè)兩布一膜下設(shè)濾
料排水體引出地下水。通過排水措施實(shí)際效果的觀
測(cè)，有效降低了地下水位，減小了地下水強(qiáng)鹽堿成分
對(duì)PCCP管道的危害程度。
3 運(yùn)行管理措施
3．1 異常情況下及時(shí)進(jìn)行打壓試驗(yàn)
在管道安裝完畢后。為檢驗(yàn)管道的實(shí)體質(zhì)量及
現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，分別對(duì)PCCP管線進(jìn)行了試壓，所有
滲水量均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。該P(yáng)CCP工程運(yùn)行過程中
發(fā)現(xiàn)一管線管堤兩處覆土出現(xiàn)塌陷、裂紋現(xiàn)象，倒管
運(yùn)行過程中又發(fā)現(xiàn)另一管道管接頭出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。
在管道放空后對(duì)所有管接頭均進(jìn)行了打壓試驗(yàn)，并
按照研究方案采取了彌補(bǔ)措施。截至目前，管道運(yùn)
行正常，未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。
3．2 PCCP保溫
該P(yáng)CCP工程所處地理位置極端最高氣溫
40．6 oC。極端最低氣溫_41．7℃。工程輸水運(yùn)行主要
集中在4—10月，為了減少因冬季極端溫度變化影
響PCCP內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生突變。該P(yáng)CCP倒虹吸采用
珍珠巖保溫方案，在PCCP進(jìn)出口閘門全關(guān)閉的前
提下采用保溫門簾保溫。鋼管與PCCP接頭處采
取隔離保溫，人工填筑珍珠巖保溫墻，沿線排氣閥
采用袋裝珍珠巖堵孔保溫，并在PCCP內(nèi)部不同
部位安裝2組最高最低溫度計(jì)，觀測(cè)冬季保溫效
果。
3．3 引進(jìn)PCCP鋼絲探傷技術(shù)
為掌握PCCP內(nèi)部纏繞鋼絲的銹蝕情況．引進(jìn)
了目前世界先進(jìn)的PCCP預(yù)應(yīng)力纏繞鋼絲檢測(cè)設(shè)
備— — 加拿大Pure Technologies公司的P—Wave電
磁波探測(cè)設(shè)備。對(duì)已運(yùn)行5 a的預(yù)應(yīng)力鋼絲進(jìn)行了
檢測(cè)(表1)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，全面掌握了PCCP運(yùn)行
5 a后鋼絲的安全狀態(tài)。同時(shí)也為我國檢測(cè)、安全評(píng)
估已建成PCCP工程的鋼絲斷裂情況積累了寶貴的
經(jīng)驗(yàn)。
表1 PCCP工程預(yù)應(yīng)力鋼絲探傷統(tǒng)計(jì)結(jié)果
統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目 1·管線 管線 合計(jì)
探測(cè)數(shù)量席 1 200
探測(cè)距離 7 194
出現(xiàn)斷絲的管節(jié) 6(0．50~,6)
數(shù)量及百分比
未出現(xiàn)斷絲的管節(jié)1 194(99．50％)
數(shù)量及百分比
1 20o 2 4O0
7 190 14 384
12(1．00~,6) 18(o．75％)
1 188(99．O0％)2 382(99．25％)
4 結(jié)語
通過本工程實(shí)踐．證明基于提高PCCP工程安
全可靠性的細(xì)節(jié)考慮、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和采取
積極的管理措施是確保PCCP-r程安全運(yùn)行的有效
手段。目前，國內(nèi)已建和在建的眾多PCCP工程已將
陰極保護(hù)作為確保PCCP工程安全的又一重要措
施，相信隨著PCCP應(yīng)用范圍的不斷(下轉(zhuǎn)第43頁)
· 31 ·
盯丁 叮 引 廠_過上
第9期 尹彩琴：U型混凝土防滲渠在農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工程中的應(yīng)用 第47卷
上，可以有效的保證混凝土的后期強(qiáng)度。對(duì)于安裝
完的勾縫抹面，要覆蓋濕麻袋在渠道表面，為使砂漿
表面濕潤要及時(shí)灑水。
3．5 較大U型渠的凍脹問題
3．5．1 凍脹的原因
(1)施工不善。在實(shí)施中，抗凍脹材料不符質(zhì)量
要求或鋪設(shè)中摻雜凍脹性的材料；質(zhì)量不達(dá)標(biāo)引起
沉陷裂縫和施工不當(dāng)引起收縮裂縫，凍脹破壞加重；
防滲層施工沒嚴(yán)格按工藝要求，防滲效能不好，凍脹
加??；排水設(shè)施受堵失效，使土層中存水或長期滯水。
(2)管理不當(dāng)。在操作運(yùn)行中，渠道停水過遲，
土壤中水分不及時(shí)排除即開始凍結(jié)；放水時(shí)間太早，
基土還在凍結(jié)狀態(tài)下放水，極易引起水面線附近部
位的強(qiáng)烈凍脹，或在凍結(jié)期放水后又停水，常引起滑
塌破壞；對(duì)凍脹裂縫不及時(shí)修補(bǔ)，造成裂縫年復(fù)一年
地?cái)U(kuò)大，變形積累從而被破壞。
3．5．2 凍害防治措施
防治凍害措施最主要的是針對(duì)產(chǎn)生凍脹的因
素，依據(jù)工程具體條件采用綜合措施。即從渠床處
理、渠系規(guī)劃布置、保溫、排水、襯砌的結(jié)構(gòu)型式、管
理維修材料、施工質(zhì)量等著手。避免渠道襯砌工程
凍脹，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中避開易較大凍脹的自然條件，或
在凍脹性地區(qū)避開凍脹對(duì)渠道襯砌工程的作用。
削減凍脹的具體方法有：①在襯砌的下部鋪設(shè)
土工膜料，隔斷渠道滲水和大氣降水對(duì)渠基的補(bǔ)給，
使渠基土在一定深度內(nèi)的含水量低于起始的凍脹含
水量。同時(shí)土工膜料又隔斷了冬季地下水毛細(xì)管的
遷移作用，減輕了凍脹；②在襯砌體下部鋪一層隔寒
保溫材料，使保溫材料下部的渠床不受低溫的作用，
也不產(chǎn)生凍脹力；③將化學(xué)材料注入或埋入渠底基
土中，使土中水的冰點(diǎn)降低，或者增強(qiáng)土的增水性，
使凍結(jié)時(shí)不會(huì)發(fā)生(或很少發(fā)生)水分遷移現(xiàn)象，大
大減輕或消除凍脹；④在凍結(jié)深度內(nèi)將襯砌板下的
凍脹性土換成非凍脹性材料，通常鋪設(shè)砂礫石墊層：
⑤采用碾壓工具壓實(shí)土料，提高渠床土密度．減少土
體空隙，使水分難以進(jìn)入土體。
加強(qiáng)防凍脹管理措施。除設(shè)計(jì)、施工，管理也很
重要，特別是渠道的運(yùn)行管理。冬季不過水的渠道，
應(yīng)嚴(yán)格切斷水源，減少渠道土體的含水量；冬季過水
渠道應(yīng)及時(shí)注意渠道水結(jié)冰與排冰，防止冰凍破壞。
還可以定時(shí)改變渠道過水流量。造成渠道水流條件
變化，防止渠道結(jié)冰。預(yù)防渠道凍脹破壞。必須在設(shè)
計(jì)、施工、管理各方面注意，選擇措施時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)貧?
溫、地下水位、土質(zhì)、多年(10 a以上)平均凍深等，使
其可行且投資最省。
4 結(jié)語
U型混凝土防滲渠是一種比較高效的農(nóng)業(yè)灌溉
和輸水方式，它比矩形渠道、梯形渠道具有很大的優(yōu)
勢(shì)：首先，它具有三大節(jié)約功能，即節(jié)約了建設(shè)用地。
增加了耕地面積；節(jié)約了建筑材料，整潔美觀，具有
環(huán)保的功能；節(jié)約了水資源，提高了渠道輸水能力，
緩解了疏勒河流域地區(qū)水資源緊缺的問題：其次。U
型混凝土防滲渠道還具有其他的優(yōu)點(diǎn)，如施工速度
較快、有良好的整體性、使用壽命較長等。因此在疏
勒河項(xiàng)目灌區(qū)，U型混凝土防滲渠得到了廣泛的應(yīng)
用，為疏勒河項(xiàng)目灌區(qū)增加了供水量，擴(kuò)大了灌溉面
積，為灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了更好的前景。同時(shí)也積累
了有一定借鑒價(jià)值的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，值得在其它
灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田建設(shè)中推廣應(yīng)用。
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(上接第31頁)推廣和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在提
高和評(píng)估PCCP安全性能等方面定會(huì)不斷總結(jié)出更
加成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。
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(上接第4O頁)Zk平衡、土壤鹽堿化與沙漠化之間
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