预应力钢筒混凝土管施工工艺及操作要点.pdf

第3 4 卷 第7期 2 0 1 2年 7月 华 电技 术 Hu a di a n Te c hn o l o g y Vo 1 3 4 No 7 J u 1 2 0 1 2 预应力钢筒混凝土管施工工艺及操作要点 李莹， 宁富刚 ( 中国水利水电建设集团辽宁工程局有限公司， 辽宁 沈阳1 1 0 1 7 9 ) 摘要： 预应力钢简混凝土管( P C C P ) 在国内得到了推广与应用 ， 以大伙房水库输水二期工程 D N 2 4 0 0埋置式预应力钢 筒混凝士管( P C C P E ) 管材制造为例， 介绍了P C C P施工工艺及流程， 对主要工序的操作要点进行了详细阐述， 可为 P C C P 管材的生产和发展提供借鉴。 关键词 ： 预应力钢筒混凝土管； 施工； 工艺流程； 工艺原理； 操作要点 中图分类号 ： T U 5 2 8 7 3 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 2 ) 0 7- 0 0 4 2 0 3 0 引言 预应力 钢筒 混凝 土管 P C C P( P r e s t r e s s e d C o n - c r e t e C y l i n d e r P i p e ) 是一种技术先进、 应用广泛的新 型压力介质输送管材 。它与一般的预应力混凝土输 水管相 比具有抗渗性能优越 、 承压能力高的特点 ， 既 具有混凝土压力管刚性好、 耐防腐的优点 ， 又兼备钢 管承压高、 安全性好 的优点。预应力钢筒混凝土管 按其结构分为内衬式预应力钢筒混凝土管( P C C P L ) 和埋置式预应力钢筒混凝 土管 ( P C C P E) 。预应力 钢筒混凝土管 自2 0世纪 9 0年代引入我国以来 ， 被 广泛用于水利、 电力 、 市政和 自来水供水主管线项 目 上。本文以大伙房水库输水 ( 二期 ) 工程 D N 2 4 0 0 P C C P E管材制造为例， 总结出一套 P C C P管材制造 工艺及质量控制措施 ， 为以后的 P C C P管材生产提 供指导与借鉴。 1 施工方法 ( 1 ) 承插 口钢圈采用胀拉法施工 ， 精度高 ， 尺寸 稳定 。 ( 2 ) 钢筒制作采用螺旋焊接成型技术 ， 生产效 率高， 焊接质量好 。 ( 3 ) 管芯浇筑采用立式振捣成 型工 艺， 管芯密 实度高。 ( 4 ) 缠丝工序采用应 力 自动控制系统 ， 保证 了 应力均匀 。 ( 5 ) 采用 了加 强型生产线 ， 关键工序设备 为双 套布置 ( 如螺旋 焊机 、 缠丝机 、 喷浆机 均为双套 配 置) ， 确保了各工序的产能均匀流畅。 2 工艺原理 P C C P E型管材结构如 图 1所示， P C C P制 管工 收稿 日期 ： 2 0 1 t一 0 83 l ； 修 回日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 9 艺流程如图2所示。 预应力 插 口 承 E l 钢线 钢环 钢丝锚 钢环 保护层 d d 一 。 橡胶 圈 dd V A 接头漏水试 验 口及管塞 钢衬 图 1 P C C P E型管材结构示意 图 承、插口型材 下料 卜 卷圆 卜叫 焊接 卜 _ 叫 承、插口胀圆成型 水泥、砂石、水、外加剂 l l 薄钢板 叫 开卷卜 _ 叫螺旋焊机制筒 管芯浇筑 H管模组装 H钢筒水压检验 蒸气养护 H脱模清模卜- 叫预应力缠丝 水泥、细沙、水 卜 沙浆搅拌 沙浆保护层 标识存放 卜 成品检验 卜 _ 修整防腐 卜一 保护层养护 图 2 P C C P制管工艺流 程 预应力钢筒混凝土管制管工艺过程为 ： 采用承 插 口钢圈及薄钢板卷制并焊接成简体 ， 然后浇灌混 凝土成为管芯并在管芯外圆上缠绕高强度预应力钢 丝 ， 最后喷射沙浆保护层。 首先制作 承口钢圈和插 口钢 圈， 钢筒制作采用 承、 插 口钢圈与薄钢板一次性 自动螺旋卷焊成型 的 方法 ， 钢筒 经水压试 验合格 后放 入管模 内浇 灌混 凝 土 。 P C C P E型管芯采用立式振动成型工艺， 管模整 理好后 ， 将合格 的钢 筒放入管模 内， 混凝土沿钢模 内 、 外壁浇入 ， 在浇筑混凝土的同时 ， 开动振动器以 第7期 李莹， 等 ： 预应力钢筒混凝土管施工工艺及操作要点 4 3 利于混凝土密实 。管 芯成型后采用蒸 汽养护 ， 达到 脱模强度后拆模 。 管芯经养护达到缠丝强度后 ， 采用立式缠丝机 ， 用7 m m高强钢丝按设计的张拉力及螺距进行缠丝， 张拉力记录仪连续记录钢丝张力。 缠丝后的管芯用立式喷浆机喷沙浆保护层 ， 再经 养护、 修理 、 成品水压试验 、 成品检验后为合格产品。 3 施工操作要点 3 1 钢筒成型 3 1 1 钢筒组成 P C C P管的 内衬钢筒 由承 口钢 圈、 插 口钢 圈及 钢板在螺旋焊机上卷焊成型。 3 1 2 承 口钢圈、 插 口钢圈 承插 口由轧制好 的型材卷焊成钢圈并在胀圆机 上胀至设计尺寸。 ( 1 ) 承 口钢 圈。按设计要求 的长度下料 ， 在卷 圆机上卷成圆环并焊接 。焊缝应打磨平整 ， 经扳边 机扳成所需的角度。 ( 2 ) 插口钢圈。按设计要求的长度下料， 在卷 圆机上卷成 圆环并焊接 。焊缝应打磨平整 ， 然后在 胀圆机上胀至设计直径。 ( 3 ) 每个承插 口钢圈不允许超过 2个接头且接 头焊缝间距不应小于 5 0 0 mm。接头应对接平整 ， 错 边不应 大 于 0 5 m m， 采 用 双 面熔 透 焊 接 并 打光 磨平 。 3 1 3 筒体 ( 1 ) 钢筒用钢板多为冷轧钢板 ， 其厚度应符合 设计要求 ， 最小厚度不得小于 1 5 mm； 对于限制性 接头的管材 ， 根据设计亦可采用厚度大于 1 5 mm的 钢板。宜采用宽度为 1 2 5 0m m钢板。 ( 2 ) 制造钢筒用 的钢板应分别符合 G B T 7 0 o 一 2 0 0 6 碳素结构钢 、 G B 9 1 2 1 9 8 9 碳素结构钢和 低合金结构钢热 轧薄钢板 及钢带 及 G B 1 l 2 5 3 2 0 0 7 碳素结构钢冷轧薄钢板及钢带 的规定 ， 其最 小屈服强度为 2 3 5 M P a 。 ( 3 ) 钢筒应按要求 的尺寸精确卷制 ， 钢筒端 面 倾斜度 9 mm。承插 口两 端 的距 离 公 差 不 能超 过 3 m m。 ( 4 ) 螺旋搭接 焊焊缝 高度不得 超过 ( 1 6+板 厚) mm。外观缺 陷处或水压试 验检出的缺陷处 的 补焊焊缝凸起高度不应大于 2 0 mm。 3 1 4 钢筒水压试验 ( 1 ) 每节钢筒都必须持续进行不少 于 3 m i n的 静水压检验， 以检验所有焊缝。如发现有渗水处 ， 应 做好标记 ， 待卸压后补焊并在补焊后再次进行水压 检验 ， 直到钢筒所有焊缝无渗漏为止。 ( 2 ) 焊缝同一部位补焊不得超过 2次 。 3 2 管芯成型 3 2 1 管芯混凝土成型 P C C P D E型管芯采用立式振动成型工艺成型。 3 2 2 模具要求 ( 1 ) 模具应有足够的强度 、 刚度和抗 冲击韧性 ， 以便抵抗变形并很好地传递激振力。 ( 2 ) 内、 外模 的圆度偏差应小 于 A N S I A WWA C 3 0 1 -1 9 9 9 预应力钢筒混凝土压力管设计标准 对管材圆度的要求。内、 外模各 自的合缝处要严密 并有 良好 的平整度。 ( 3 ) 承插 口轮廓对中心线 的偏差应小 于 3 m m， 对接后的管材内壁应平整 、 光滑 。 ( 4 ) 每次脱模后应仔细清 除模板上 的污垢 、 杂 质并涂刷非油性脱模 剂； 成品管芯模具表面不允许 有 凹坑 、 浮皮和其他异物。 ( 5 ) 模具进厂后必须严格进行尺寸检测 、 调整 、 编号统计 ； 应定期对模具进行检测 ， 对偏差超过允许 值 的模具 ， 必须立 即进行修整 ， 以保证管芯混凝土、 钢筒和承插口的几何尺寸和公差要求； 经过修整仍 不能满足要求的模具应予以报废。 3 2 3 拆 、 装模的要求 ( 1 ) 拆 、 装 模 应 重 点 检查 模 具 接缝 、 锚 固块 位置。 ( 2 ) 装模 时应 检查底模是 否放置平稳 ， 然后将 内模吊放在底模上锁紧定位； 再用专用吊具将钢筒 吊放在底模上 ， 检查钢筒与内模之间、 钢筒承 口与底 模之间的间隙是否一致 ； 然后将外模 吊放在底模上 ； 最后将顶盖合放在 内模和钢筒插 口端面上 ， 将合缝 螺栓依次对称拧紧。 ( 3 ) 拆模 时先松 开管模合缝 螺栓， 先将顶盖 吊 出， 再从上到下依次打开内模紧固扳手， 松开底模定 位销 ； 将内模慢慢地垂直 吊起移开 ， 再将外模垂直吊 起移开。 ( 4 ) 达到蒸汽养护要求时间后才能拆除模具。 管芯混凝土脱模不能有明显的损坏 ， 管芯混凝土内、 外表面不得 出现粘模和剥落现象。 3 2 4 立式振动成型 ( 1 ) 混凝土管芯采用立式浇筑振动成型。管芯 浇筑前应认真检查合缝螺栓和振动器连接螺栓有无 松动现象 ， 无异常情况方可启动； 成型过程中采用合 适的振捣频率和振动成型时间， 以保证管芯获得足 够的密实度 ； 成型过程中钢筒不得出现变形 、 松动 、 移位 。 ( 2 ) 管模 顶部 装好下料锥 ， 混凝土料斗缓慢地 4 4 华 电技 术 第 3 4卷 套入料锥 ， 开动振动器 ， 边下料边振动 ， 注意卸料节 奏。应充分振捣 ， 使混凝土密实、 泛浆和排气。浇筑 过程 中必须控制钢筒 内、 外侧混凝土均匀上升且 高 度差 ( 内高外低 ) 不超过 5 0 0 mm。 ( 3 ) 混凝土浇筑 时必须记 录环境温度。每根管 芯的全部成型时间不得超过管芯底部混凝土的初凝 时间。 ( 4 ) 为保证混凝土 的均匀性 ， 宜采用连续喂料 的方式 ， 喂料结束后继续振动一段 时间。成型完毕 后 ， 应及时清除插 口端面多余 的混凝土料并用专用 抹刀抹平。 ( 5 ) 当环境温度低于 4时 ， 不应进行 P C C P管 芯浇筑工作 。 3 2 5 管芯养护 ( 1 ) 管芯混凝 土应采用蒸 汽养护 ， 蒸汽养护温 度及升温速度应严格按规范执行 ， 建立科学的养护 制度 ， 每根管芯都要做好养护记录。 ( 2 ) 在 自然条件下放置时应进行洒水养护 ， 或 覆盖保护材料防止混凝土水分过度损失。 3 2 6 管芯的检验 ( 1 ) 脱模 后应检查 每个管 芯是否存 在接缝错 台、 孔隙 、 碎屑、 裂缝 、 水泥浮皮、 表面缺陷和外部物 质。对表面出现的深度或直径大于 5 0 m m 的凹坑 或空隙 、 高于 3 0 mm的凸起以及超过 1 6 m i T t_ 的接 缝错台应进行修整。 ( 2 ) 任何情况下不得对管芯 内表面采用涂刷方 式处理或遮蔽缺 陷。管芯混凝土 内、 外表面出现的 凹坑 、 气泡的宽度或深度大于 5 m m时 ， 用水泥沙浆 或环氧水泥沙浆予以填平并用镘刀刮平。 ( 3 ) 管芯混凝 土在 制造、 搬运过程 中因碰撞造 成的掉角或凹坑应进行修补 ， 修补用的混凝土、 水泥 沙浆或无毒树脂水泥沙浆采用 的水泥材料应与制管 材料 一致 。 ( 4 ) 管芯表面不允许出现蜂窝麻面 ， 对 内、 外表 面出现纵向裂缝的管芯应做报废处理。 3 3 缠 丝 ( 1 ) 钢丝应采用预应力混凝 土用冷拉钢丝 ， 钢 丝公称直径不得小于 5 m m。同层配筋设计最小螺 距不得小于钢丝直径的 2倍 ， 最大螺距不得大于 3 8 mm。管芯轴线方 向任意 0 6 m长度内的环 向钢丝 数量不得少于设计要求。 ( 2 ) 缠丝前管芯混凝土抗压强度不应低于设计 抗压强度的 7 0 ； 同时 ， 在缠丝过程中， 管芯混凝土 上施加 的初始压应力不应超过缠丝时混凝土抗压强 度的 5 5 ； 预应力钢丝 内总的设计缠绕应力不得超 过钢丝规定的最小抗拉强度的 7 0 。 ( 3 ) 缠丝过程 中张 、 拉力 与平均值偏差不得超 过 1 0 。 ( 4 ) 缠丝过程 中单节管材每层钢丝的接头不应超 过 1 个， 钢丝接头必须保持平直 ； 在管芯轴线方向上， 钢丝接头距缠丝初始位置的距离不应小于 3 0 0 I i l l n 。 ( 5 ) 每周应对缠丝机应力装置进行 1次 检测； 每周应对钢丝接头进行 1次抗拉强度试验 ， 拉力不 应小于钢 丝抗 拉强 度 的 7 5 。钢 丝锚 固块 抽 取 0 2 进行进厂质量检测 ， 锚 固力不应小于规定钢丝 最小极限抗拉强度的 7 5 。 3 4 沙浆保护层制作 ( 1 ) 制作保 护层 的沙浆 中不得 含有石 块等杂 质 ， 以免损伤钢丝。 ( 2 ) 每天测定 1次沙 的含水率 ( 阴雨天加大测 定频率 ) 并进行实际生产配 比计算 ， 确保 喷射 水泥 沙浆含水量不小于拌和物干总质量 的7 。 ( 3 ) 沙浆配合 比( 按质量计 ) 不低 于 1 0 ：2 5 ( 水泥：沙) 。沙浆保护层拌合 物 中水溶性氯离子 的质量分数不得超过 0 0 6 。 ( 4 ) 预应力钢丝上的最外层净沙浆保护层 自预 应力钢丝外侧边缘不得低于 2 5 m m。 ( 5 ) 制作完成 的水泥沙浆保护层应采用适当方 法进行养护、 采用 自然养护法时， 在保护层水泥沙浆 充分凝固后 ， 应间歇喷水保持湿润至少 4 d 。 3 5 修补、 防腐 达到养护时间的管子用翻管机放倒进行修补和 承插 口钢圈防腐。 ( 1 ) 达到报废条件的管材不准修补 。 ( 2 ) 修补 的材料可 以选用混凝 土、 水泥沙浆和 无毒树脂等。 ( 3 ) 承 插 口钢 圈 的外 露 部 分 均 需 进 行 防 腐 处理 。 ( 4 ) 防腐前应将金属表 面的油污 、 锈迹及杂物 等清理干净 ， 然后均匀喷涂无毒防腐涂料。 4 效益分析 ( 1 ) 大伙房水库输水二期工程 P C C P管线 制作 工程由辽宁龙泉管道有限公司承揽 ， 该工程厂房 、 设 备总投资 4 5 0 0万元 ， 年产 D N 2 4 0 0 P C C P管材 4 6 k m， 年产值 1 2 8亿元。 ( 2 ) 近几年 ， P C C P在水利 、 电力 、 市政和城市供 水等主管线项 目上已成为大口径输水管道的首选管 材， 产品完全符合 国家的能源政策 、 产业政策和行业 发展规划 ， 具 有 明显 的经 济效益 和社 会效 益。以 D N 24 0 0管径为例， P C C P用钢量约 占同规格钢管 的 1 8 ， 每延米管材单 价约为 同规 ( 下转第 4 7页) 第 7期 刘立伟： 循环水系统的清洗预膜工艺 4 7 金属表面均匀成膜 的要求。采用肉眼测定 的方法， 在 挂片上有一层均匀彩膜或发蓝光或发彩虹光且挂片无 腐蚀， 呈金属光泽。预膜试片表面无锈蚀， 成膜均匀 、 致密， 肉眼可见， 呈现 出五彩蓝紫色。在清洗过程 中， 经硫酸铜法检验 ， 共洗掉铁锈及钙垢约 2 0 0 k g ； 其试片 腐蚀率为 4 9 5 g ( m h ) ， 低于碳钢腐蚀率 1 0 0 0 g ( m h ) 的国家清洗标准。达到标准规定的较好级。 3 2 分析与讨论 ( 1 ) 预膜前 的浊度偏高。因为浊度提高 ， 腐蚀 有所增加 ， 同时设备表面沉积物增多 ， 产生较多的斑 点 ， 易形成局部腐蚀或孔蚀。因此 ， 预膜时的循环水 浊度应尽可能控制 的低一些 ； 控制在 1 0 ms L内较 适宜。其次 ， 酸洗结束后 的置换时间应尽 可能短一 些， 以 1 0 1 2 h 为宜， 可降低金属的腐蚀几率。 ( 2 ) 在预膜过程 中 p H值偏高。循环水系统西 半塔水温较高 ， 一般为 2 83 4。加之较高 的 p H 值 ， 极易使六偏磷酸钠分解形成磷酸钙垢 ， 从而影响 预膜效果。东半 塔采用冷态预膜 ， 预膜 时间较长。 从此次预膜挂片显色时间来看 ， 略微偏短 ， 与 p H值 的控制有关。在实际操作时 ， 在控制循环水浊度的 基础上 ， 建议 p H值取 5 5 6 5为宜。 ( 3 ) 根据预膜的机制 ， 预膜剂易与水 中的 C a n ， Mg n等二价金属离子发生络合反应 ， 形成沉积物覆 盖在金属表面而抑制腐蚀。当预膜水 中 c a 的质 量分数 为 0 0 0 0 5 时 ， 缓蚀 效果 已非 常 明显 ， 当 C a “的质量分数大于 0 0 0 1 0 时已出现大量沉积 物 ， 因而 预 膜 时 水 中 的 c a 的质量 分 数 控 制 在 0 0 0 0 5 0 0 0 0 7 为宜 4 清洗预膜的意义 循环冷却水系统清洗预膜处理技术是非常重要 的环节 ， 对于防护金属材质表面、 充分发挥正常用阻 垢缓蚀剂的功效、 使循环冷却水系统获得最高效率 和最长的设备使用寿命具有不可忽视的作用。循环 水系统的预膜是为了提高缓蚀剂的成膜效果 。待成 膜后 ， 再降低药剂浓度维持 日常补膜 。这种预膜处 理的 目的是 希望在金属表面上很快形成一层 保护 膜， 提高缓蚀剂抑制腐蚀的效果。循环冷却水金属 表面的腐蚀控制 ， 主要是靠 阻垢剂在金属表面上形 成的防护膜来完成 的。 5 结论 此次循环水系统的清洗预膜达到 了预期 目的 ， 有效控制了设 备的腐蚀、 结垢 及菌藻黏泥 的滋 生。 为生产设备长期安全 、 高效运转打下了坚实的基础。 由于是初次清洗预膜 ， 在此次过程 中也发现了一些 不足。在今后的运行中 ， 要吸取经验弥补不足 ， 不断 地提升清洗预膜效果。 参考文献 ： 1 龙荷云 循环冷却水处理 M 南京： 江苏科学技术出版 社 ， 1 9 9 1 2 李裕芳 我国循环冷却水处理技术的回顾及展望 J 工 业水处理 ， 1 9 9 1 ( 1 ) ： 3 7 3 刘金标， 严 以强 浅谈循环冷却水处理 中的清洗技术 J 化学清洗， 1 9 9 6 ( 4 ) ： 3 l一 3 5 4 王东昶 ， 万淑清 热态清洗预膜配方的筛选及应用 J 工业水处理 ， 1 9 9 2 ( 6 ) ： 1 21 6 5 严瑞遁 水处理剂应用手册 M 2版 北京： 化学工业出 版社 ， 2 0 0 3 ： 5 7 5 9 6 周本省 工业水处理技术 M 2版 北京： 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 ： 3 4 3 6 ( 编辑 ： 王书平) 作者简介： 刘立伟( 1 9 8 5 一) ， 女， 山东菏泽人 ， 技术员， 从事化学水 处理方面的工作( E ma i l ： l l w e i l 1 9 1 6 3 c o m) 。 - ( 上接第 4 4页) 格 钢管的 3 5 ， 其性 能指标可 以代 替铸铁管 、 钢管。P C C P的应用 大大降低 了工程造 价， 在当前较高的钢材价格、 能源价格和节能减排压 力面前 ， P C C P产品的优势更加凸显。 5应用 实例 ( 1 ) 在辽宁省大伙房水库输水 ( 二期 ) 工程 P C C P采购三标中， 使用此工艺生产 D N 2 4 0 0 P C C P管 材 7 8 8 k m， 合同总额 3 2 9亿元 。获得了业 主颁发 的质量 、 进度 、 安全综合奖 “ 施工标兵” 奖 。 ( 2 ) 大伙房水库输水应急入连工程正在使用以 该工艺制作的 D N 2 8 0 0 P C C P管材。 ( 3 ) 辽宁省三湾水利枢纽及输水 工程正在使用 以该工艺制作的 D N 1 8 0 0 P C C P管材 。 参考文献 ： 1 G B T 1 9 6 8 5 -2 0 0 5 ， 预应力钢筒混凝土管 S 2 李洪志 大口径预应力钢筒混凝土制管技术研究 D 大 庆 ： 大庆石油学院， 2 0 0 9 ( 编辑 ： 刘芳) 作者简介： 李莹( 1 9 7 0 一) ， 女， 辽宁营 口人， 高级工程师， 工学硕 士 ， 从事水利工程技术、 水工设备施工技术的研究( E m a i l ： l i y i n g 1 6 3 c o m) 。