南水北調(diào)PCCP管制造質(zhì)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(diào)工程中。PCCP管的制造質(zhì)量直接關(guān)系到管道的穩(wěn)定和運(yùn)行安全，為了有效地控制PCCP管的生產(chǎn)質(zhì)量，需要對(duì)PCCP管制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制。從質(zhì)量控制入手，結(jié)合從事南水北調(diào)工程PCCP管制造的質(zhì)量監(jiān)督工作經(jīng)驗(yàn)和工作體會(huì)，介紹了PCCP管原材料的質(zhì)量控制；PCCP管生產(chǎn)工序質(zhì)量控制；以及PCCP管的廠內(nèi)試驗(yàn)控制；最后是成品管的質(zhì)量控制方法。

　　關(guān)鍵詞：PCCP 制造 質(zhì)量 控制

　　預(yù)應(yīng)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(qiáng)度、高抗?jié)B性、高密封性的復(fù)合型管材，在國外已經(jīng)有多年的應(yīng)用歷史。4m直徑的PCCP管在我國南水北調(diào)工程中還是首次應(yīng)用。它是在帶有鋼筒的混凝土管芯外側(cè)環(huán)向纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲并輥射水泥沙漿保護(hù)層而制成的管子，是一種將高強(qiáng)度鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機(jī)地結(jié)合在一起，充分合理地利用了材料各自的物理力學(xué)特性的高品質(zhì)的輸水管材。4m直徑的PCCP管的制造在國內(nèi)還是第一次，沒有實(shí)例可以借鑒，制造經(jīng)驗(yàn)無從可循，因此必須從管道生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)入手，嚴(yán)格控制，確保管道的制造質(zhì)量。

　　1、原材料的質(zhì)量控制

　　PCCP管質(zhì)量的優(yōu)、劣與原材料存在必然的聯(lián)系，要想把好質(zhì)量關(guān)，就要嚴(yán)格控制好原材料的質(zhì)量。PCCP使用的原材料包括：水泥、水、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑、承插口型鋼、鋼筒薄鋼，高強(qiáng)鋼絲、接頭用細(xì)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(zhì)量變異的可能性就大，原材料質(zhì)量波動(dòng)最終體現(xiàn)在產(chǎn)品波動(dòng)上，甚至出現(xiàn)不合格產(chǎn)品，因此在原材料質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，保證管道質(zhì)量和加快生產(chǎn)進(jìn)度就有了基礎(chǔ)和可能。

　　1.1原材料特殊要求

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

　　（1）水泥

　　結(jié)合管道鋪設(shè)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(hù)層砂漿的水泥必須是大型回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥，強(qiáng)度不低于42.5MPa，滿足中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，同時(shí)堿含量小于等于0.6%，C3A含量不大于8%。

　?。?）骨料

　　粗、細(xì)骨料除滿足國標(biāo)要求外，還應(yīng)采用非堿活性骨料，細(xì)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(shí)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。

　　（3）外加劑

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

　?。?）預(yù)應(yīng)力鋼絲

　　預(yù)應(yīng)力鋼絲應(yīng)滿足ASTA648《預(yù)應(yīng)力混凝土管用冷拔鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)避免鋼絲發(fā)生氫脆性破壞，必須滿足氫脆性靈敏度檢驗(yàn)的要求。鋼絲的最小抗拉強(qiáng)度、最大抗拉強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)圈數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

　　（5）膠圈

　　膠圈的材質(zhì)采用聚異戊二烯材料，同時(shí)各種物理力學(xué)性能應(yīng)滿足設(shè)計(jì)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(biāo)都應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

　　（7）鋼板

　　鋼筒用薄鋼板和承插口型鋼的物理性能、化學(xué)性能均應(yīng)滿足相關(guān)要求。

　　1.2原材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

　?。?）原材料供應(yīng)單位的資質(zhì)審查

　　PCCP生產(chǎn)廠家將材料供應(yīng)單位的相關(guān)的資質(zhì)報(bào)監(jiān)造單位，監(jiān)造單位對(duì)供應(yīng)單位的資質(zhì)進(jìn)行審查，在審查前會(huì)同相關(guān)單位對(duì)材料生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，確定生產(chǎn)能力能否滿足工程的需要。同時(shí)原材料供應(yīng)單位的資質(zhì)要在監(jiān)督站進(jìn)行備案。

　?。?）原材料的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收

　　原材料進(jìn)場(chǎng)后24小時(shí)內(nèi)，監(jiān)造單位會(huì)同PCCP生產(chǎn)廠家對(duì)原材料進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)檢查，同時(shí)按照相關(guān)的規(guī)定取樣送試驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)。

　?。?）原材料的檢驗(yàn)

　　監(jiān)造單位對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料的合格證及材質(zhì)證明進(jìn)行核準(zhǔn)，PCCP生產(chǎn)廠家按合同規(guī)定的數(shù)量、試驗(yàn)方法對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)造單位按照規(guī)定進(jìn)行平行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)合格后的原材料方可用于PCCP管的生產(chǎn)。

　　2、PCCP管生產(chǎn)工序質(zhì)量控制

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

　　2.1承、插口環(huán)的生產(chǎn)

　　承、插口環(huán)的生產(chǎn)質(zhì)量和精度直接關(guān)系到PCCP安裝質(zhì)量。因此必須控制好承插口環(huán)的生產(chǎn)質(zhì)量，最為關(guān)鍵的是承插口尺寸及兩者之間配合間隙。南水北調(diào)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(chǎn)時(shí)，根據(jù)計(jì)算出理論的長度，焊接成一個(gè)圓環(huán)后，將焊口磨平，放置在漲口機(jī)上進(jìn)行漲口，使鋼板超出屈服極限，達(dá)到塑性變形，在失去外力后尺寸不發(fā)生改變。同時(shí)考慮在纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲后，對(duì)承插口產(chǎn)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(jìn)行尺寸檢驗(yàn)工作。

　　2.2鋼筒的制作

　　鋼筒的作用是防滲，通過鋼板的嚴(yán)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(shù)要求規(guī)定鋼筒的厚度為2mm。采用立式水壓檢驗(yàn)時(shí)底部鋼筒的拉應(yīng)力為172Mpa，計(jì)算打壓值為0.25Mpa。生產(chǎn)鋼筒時(shí)，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(yán)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(chǎn)完成后，須進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，在達(dá)到0.25Mpa檢驗(yàn)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(duì)滲漏處進(jìn)行補(bǔ)焊，鋼筒焊縫質(zhì)量的好壞，直接影響到管道在使用中的效果，因此生產(chǎn)廠家要嚴(yán)格控制。

　　2.3管芯混凝土澆筑

　　根據(jù)美國AWWA301-99技術(shù)要求，管芯的厚度不小于管道直徑的1/16，因此南水北調(diào)管道的最小壁厚在250mm以上，混凝土的抗壓強(qiáng)度不低于50MPa。為保證管道的經(jīng)濟(jì)性，在保證強(qiáng)度的前提下，合理使用水泥，減少水化熱，在澆筑之前需要進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)。管芯澆筑過程中，鋼筒內(nèi)外混凝土上升高度的高差要控制在500mm以內(nèi)；蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)要按要求控制好溫度和蒸養(yǎng)時(shí)間，升溫速度小于22℃／h，恒溫時(shí)間要達(dá)到規(guī)定12h的要求；嚴(yán)禁在管芯成型后6h內(nèi)脫模，養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)的溫度控制在32℃-52℃之間。拆模時(shí)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(yù)應(yīng)力鋼絲

　　管道纏絲作業(yè)是管道質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，鋼絲纏繞質(zhì)量的好壞，直接關(guān)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(chǎn)過程中質(zhì)量控制的一個(gè)重點(diǎn)。首先必須檢查預(yù)應(yīng)力鋼絲的進(jìn)場(chǎng)合格證及材質(zhì)證明資料，同時(shí)核查生產(chǎn)廠家取樣檢測(cè)報(bào)告及監(jiān)造單位的抽檢資料，檢查鋼絲表面質(zhì)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(qiáng)度報(bào)告，纏絲前管芯混凝土抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度的70%，同時(shí)纏絲對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力不應(yīng)超過混凝土抗壓強(qiáng)度的55％；雙層纏絲時(shí)，內(nèi)層鋼絲應(yīng)被砂漿保護(hù)層覆蓋并進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，其厚度不小于鋼絲直徑，并須待其強(qiáng)度達(dá)到20MPa才能進(jìn)行外層纏絲。仔細(xì)進(jìn)行鋼絲接頭的綁扎和端部鋼絲錨固作業(yè)；自動(dòng)連續(xù)記錄每節(jié)管道纏絲預(yù)應(yīng)力，電子記錄儀要具備不能更改的功能，鋼絲預(yù)應(yīng)力必須滿足設(shè)計(jì)要求，整個(gè)過程拉力的波動(dòng)范圍不得大于設(shè)計(jì)值的±10％。纏絲螺距在任何一段600mm范圍內(nèi)不得低于設(shè)計(jì)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(gè)，鋼絲接頭綁扎必須使用機(jī)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(yīng)小于300mm。同時(shí)在纏絲的過程中連續(xù)噴射水泥凈漿，以便對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲防腐起到臨時(shí)的保護(hù)作用。

　　2.5輥射水泥砂漿保護(hù)層

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

　　2.6保護(hù)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(zhì)對(duì)管道的損傷，減少外界有害物質(zhì)對(duì)砂漿的侵蝕，延長管道的使用壽命，在砂漿的外面進(jìn)行防腐處理。南水北調(diào)工程PCCP管在砂漿的外面進(jìn)行厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂層，涂層的厚度為600μm，采用機(jī)械噴涂工藝，提高涂層的噴涂質(zhì)量，涂層厚度的檢查采用超聲波測(cè)厚儀，進(jìn)行干膜厚度的檢查。對(duì)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(zhì)量，用便攜式附著力試驗(yàn)儀進(jìn)行防腐涂層附著力測(cè)定，控制涂層的質(zhì)量。

　　3、PCCP管的廠內(nèi)試驗(yàn)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(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行生產(chǎn)，為保證管子的絕對(duì)安全，將產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，在生產(chǎn)初期，須進(jìn)行相關(guān)的型式試驗(yàn)以此來檢查驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性、制造工藝的合理性和生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，PCCP管型式試驗(yàn)包括：三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)、內(nèi)水壓試驗(yàn)、接頭密封試驗(yàn)和接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)。

　　3.1三點(diǎn)法試驗(yàn)

　　三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，主要檢查驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性、制造工藝的合理性和生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，試驗(yàn)的方法按照ASTMC497要求在專用的設(shè)備上進(jìn)行，試驗(yàn)裝配、加載過程、數(shù)據(jù)記錄嚴(yán)格按照ASTMC497中規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)加載直到管道出現(xiàn)寬0.25mm，長300mm的裂縫為止，記錄此時(shí)的破壞荷載，以此來驗(yàn)證外部荷載對(duì)管子的破壞。

　　3.2內(nèi)水壓試驗(yàn)

　　選取不同的工壓、最大覆土的標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行內(nèi)水壓的試驗(yàn)，把試驗(yàn)管放到試驗(yàn)裝置中去，充滿水浸泡24個(gè)小時(shí)，使管道內(nèi)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(hào)應(yīng)與試驗(yàn)壓力相配套）加壓，壓力遞增速度為0.2MPa/分鐘，直至壓力達(dá)到試驗(yàn)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(hù)層質(zhì)量。同時(shí)以內(nèi)部的水壓力驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞拉應(yīng)力的質(zhì)量。

　　3.3接頭密封和轉(zhuǎn)角試驗(yàn)

　　主要檢查管道承插口配合間隙的質(zhì)量以及生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。從每生產(chǎn)200根管中隨機(jī)抽取2節(jié)試樣進(jìn)行接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)。按照規(guī)定的0.5°轉(zhuǎn)角，完成兩節(jié)試驗(yàn)管的對(duì)接組裝，然后采用手動(dòng)方式進(jìn)行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗(yàn)壓力時(shí)，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(yàn)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(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的管道。

　　管道的型式試驗(yàn)，必須有生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)院、監(jiān)造單位、建設(shè)單位、監(jiān)督單位的代表共同參加，集體見證試驗(yàn)的過程和結(jié)果是否符合規(guī)范的要求，同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)和工藝的正確性。

　　4、成品管的質(zhì)量控制

　　由于生產(chǎn)中的下道工序可能對(duì)上道工序造成一定的影響，以及管芯工序受模具質(zhì)量的影響，可能造成不合格產(chǎn)品產(chǎn)生。因此為防止不合格的產(chǎn)品進(jìn)入安裝現(xiàn)場(chǎng)，給工程質(zhì)量造成隱患，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行成品管質(zhì)量檢驗(yàn)。

　　4.1出廠驗(yàn)收質(zhì)量控制

　　出廠驗(yàn)收是全面檢查管道質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)質(zhì)量追溯表，整理每節(jié)管道生產(chǎn)用原材料檢驗(yàn)報(bào)告，工序生產(chǎn)質(zhì)量記錄，工序產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告（混凝土強(qiáng)度報(bào)告、砂漿保護(hù)層強(qiáng)度報(bào)告，砂漿吸水率報(bào)告）成品管檢驗(yàn)報(bào)告，報(bào)監(jiān)造進(jìn)行審查合格后，簽發(fā)產(chǎn)品出廠合格證書。

　　4.2管道外觀的質(zhì)量控制

　　（1）管道插口端部管芯混凝土不應(yīng)有缺料、掉角、孔洞等缺陷。

　?。?）管道內(nèi)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(nèi)的可見裂縫，距管道插口端300mm范圍內(nèi)除外。

　?。?）管道內(nèi)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(nèi)出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度大于1.5mm時(shí)，應(yīng)予修補(bǔ)。

　　4.3成品管的控制重點(diǎn)

　　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(cè)，是用弧長為2米半徑為設(shè)計(jì)管道承插口的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，與實(shí)際生產(chǎn)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(cè)各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后，即可進(jìn)入安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管道的安裝。

　　5、結(jié)語

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

　　參考文獻(xiàn)

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　?。?］《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土壓力管》美國水工局ANSI/AWWAC301