提高预应力钢筒混凝土管（PCCP）工程安全可靠性的主要措施.pdf

第 4 7卷第 9期 2 01 1年 9月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 Ga ns uW a t e rCo n s e r v a nc y a ndHy d r o po we rTe c hn o l o g y Vo l _4 7 No 9 Se p ， 2 01 1 设 计与研究 提高预应力钢筒混凝土管( P C C P) 工程安全可靠性的主要措施 毛文 明， 文 勇 ， 杨 婷 ( 新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局， 新疆 鸟鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 摘要： 以新疆北疆某引水工程中已安全运行 5 a的大口径 P C C P为例， 围绕提 高P C C P工程安全可靠性这一重点， 主 要论述该 工程在施 工和运行 管理 中所采取的经验和做 法。 关键词： 预应力钢筒混凝土管( P C C P ) ； 施工； 管理； 安全； 技术 中图分类号 ： T U 5 2 8 7 3 文献标识码： B 文章编号： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 3 0 0 2 “ 预应力钢筒混凝土管” ( 以下简称 P C C P ) 是指 在带 钢筒 的混 凝 土管芯 上缠 环 向预应 力 钢丝并 制作 水泥砂浆保 护层而制成的管子( 图 1 ) ， 具有高密封 性、 高强度、 高抗渗性的技术特征 ， 以其适用范 围广 、 经济 、 寿命长、 抗震性能好、 安装方便 、 运行费用低等 优点，成为大 口径 、长距离高压输水工程的首选管 材 。 砂浆保护层 密封圈 图 1 预应力钢简混凝土管结构图 预应力 钢丝 钢筒 管芯 混凝土 1 工程 概述 新疆北疆某引水工程采用 P C C P倒虹吸设计是 从 7种方案 中优选出来的最佳方案。该倒虹吸工程 采用 P C C P和钢管组合连接方式， 设计流量 3 0 5 m3 s 。 加大设计流量 3 5 m 3 s ； 倒 虹吸跨度 1 0 6 2 7 k m， 总水 头损失 2 8 6 m； 倒虹 吸为平行双线 布置 ， 管道压力 1 4 MP a 采用钢管 ， 单线管长 3 3 9 k m， 内径为 2 7 m； 管道压力 1 4MP a 采用 P C C P管 ， 单线管长 7 2 5 k m， 内径为 2 8 m。 该引水工程主要用于解决乌鲁木齐经 济区、 北疆油 田城市和工业用水及沿线生态用水 ， 一 旦因任何原因导致 P C C P发生爆管 ，将对社会效益 和经济效益产生 巨大的影响。基于预防可能产生各 种爆管的考虑 ，本文将重点论述该 P C C P工程在建 设期和运行管理 中所采取 的一些主要措施。 2建设 期 采取 的主 要措施 由于本工程布置在强腐蚀性土与弱腐蚀性土交 替的地基 中，制作 P C C P管道所需各种材料的参数 控制较严格。 为确保 P C C P出厂质量符合工程需要 。 要求生产企业对材料质量采取分批和定期 自检 并 派人驻 生 产企业 监造 ，监 检 人员 还要 监督 抽 样试 验 及 进行 送检 工作 。 ( 1 ) 控制 制管 原材 料质 量 P C C P中管芯混凝 土采 用普 通硅 酸盐水泥 配 制 ， 水泥标 号不低 于 4 2 5 MP a 。 要求碱含量不 大于 0 6 ； 制作砂浆保护层的水泥采用高抗硫酸盐水泥 ， 砂浆配合 比为 1 ： 2 1 ： 3 ； 采用的预应力钢丝质量控制 执行 A s T M A 6 4 8 ( 预应力混凝土管用冷拉钢丝 、 G B 2 1 0 3 8 8 ( 钢丝验 收、 包装 、 标志及质量证 明书的一 般规定 标准 ， 并要求符合该工程 P C C P结构设计 的 要求 ： 制作钢简筒体采用的热轧薄钢板 、 冷轧薄钢板 的质量执行 G B T 1 9 2 8 9 碳素结构钢和低合金结 构钢、 热轧、 冷轧钢板及钢带 标准 ， 每批进厂的薄钢 板均有质量证明书和供应商提供的检验报告 ；制作 承口环的型钢质量执行 G B T 7 0 0 8 8 ( 碳素结构钢 标准 ， 并要求符合 P C C P结构设计要求 ； 制作插 口环 的型钢质量要求符合供应商的企业标准和P C C P结 构设计要求。 ( 2 ) 控 制 承插 口胶 圈质量 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 7 3 0 作者简介- 毛文明( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 安徽六安人， 助理工程师， 主要从事工程建设管理。 30 第 9期 毛文明 ， 等 ： 提高预应力钢筒混凝土管( P C C P ) S E 程安全可靠性的主要措施 第 4 7 卷 考虑到承插 口密封圈在使用过程 中老化失效 ， 大量 漏水 导致 管道 沉 陷造 成安 全 隐患 ，该 工程 P C C P均采用双密封胶圈承插连接( 图 2 ) 。 为满足工 程实际需要 ， 留够一定的安全系数 ， 要求胶 圈压缩永 久变形按以原始变形百分率表示的压缩永久变形的 2 0 控制 。且胶圈老化后的抗拉强度不得低 于老化 前抗拉强度 的 8 0 。 图 2管按 头结构 图 ( 3 ) 确保 P C C P整体防腐层完整性和连续性 P C C P管身采用沥青 防腐 ，多次均匀涂刷环氧 煤沥青 ， 厚度不小于 1 mm。 成品管接头部分、 插 口与 承 口均采用喷锌防腐处理 ： 承插 口外露钢件部分均 涂刷无毒环 氧系列防锈漆 。涂层干膜厚 度不 小于 1 0 0 m。施工现场严格监督检查涂刷过程 ， 防止因 涂刷不匀 防腐层产生的流痕及分层状、 层间脱落等 问题 6 为防止地下水 中盐碱成分侵蚀管道镇墩 ， 在基 础面铺设 5 0 0 煤沥青油毛毡 。镇墩 四周涂刷 4 mm 沥青防腐。镇墩 内的其他各异型管件( 三通管 、 钢短 管) 外侧均采用强力胶砂浆防腐 。另外 ， P C C P从生 产厂家拉运至工程现场铺设前 ，现场不仅要检查 P C C P质量 问题 ， 也要仔细检查防腐层损伤部位 ， 发 现损伤后要及时进行涂刷修复处理 ，以保证 P C C P 整体 防腐层的完整性和连续性。 ( 4 ) 排水 该工程管沟地下水 中 s o ? 一 含量为 2 6 0 6 mg ， L ， M g 2 含量为 1 6 0 m g m ， C 1 一 含量为 1 7 2 5 m eg L ， 属于强 腐蚀性地下水 。在满足地基承载力的基础上为防止 盐碱腐蚀 P C C P，采取在 管槽基础上铺设一层 0 6 m m 的两布一膜 ( 聚 乙烯土工膜) 的措施 ， 并且在管 沟两侧两布一膜上铺设 1 6 0 m m的滤水花管 ，同时 在管道地下水位较高段沿管沟两侧两布一膜下设滤 料排水体引出地下水。通过排水措施实际效果的观 测， 有效降低了地下水位， 减小了地下水强盐碱成分 对 P C C P管道的危害程度。 3运行 管理 措施 3 1 异常情况下及时进行打压试验 在管道安装完毕后 。为检验管道 的实体质量及 现场施工质量 ， 分别对 P C C P管线进行了试压 ， 所有 渗水量均满足标准规定。该 P C C P工程运行过程中 发现一管线管堤两处覆土出现塌陷、 裂纹现象 ， 倒管 运行过程 中又发现另一管道管接头 出现渗水现象 。 在 管 道放 空 后对 所 有 管接 头 均 进行 了打压 试 验 ， 并 按照研究方案采取了弥补措施。截至 目前 ，管道运 行正常， 未出现异常现象。 3 2 P C CP保温 该 P C C P工程 所 处 地 理 位 置 极 端 最 高 气 温 4 0 6 o C。 极端最低气温_ 4 1 7。工程输水运行主要 集 中在 4 1 0月 ，为了减少因冬季极端温度变化影 响 P C C P内部应力产生突变 。该 P C C P倒虹吸采用 珍珠岩保温方案 ， 在 P C C P进 出口闸门全关 闭的前 提 下采用保 温门帘保温 。钢管 与 P C C P接头处采 取 隔离保温 ， 人工填筑珍 珠岩保 温墙 ， 沿线排气 阀 采用 袋装珍珠 岩堵孔保温 ，并 在 P C C P内部不 同 部位安装 2组最高最低温度计 ，观测冬季保温效 果 。 3 3引进 P C CP钢 丝探 伤技 术 为掌握 P C C P内部缠绕钢丝的锈蚀情况 引进 了 目前世界先进 的 P C C P预应力缠绕 钢丝检测设 备加拿大 P u r e T e c h n o l o g i e s 公 司的 P Wa v e电 磁波探测设备 。对 已运行 5 a的预应力钢丝进行了 检测( 表 1 ) 。通过实时监测 ， 全面掌握了 P C C P运行 5 a后 钢 丝 的安全 状 态 。 同时 也 为我 国检测 、 安 全评 估 已建成 P C C P工程的钢丝断裂情况积累了宝贵的 经验。 表 1 P C CP工程预应力钢丝探伤统计结果 统计项目 1 管线 管线 合计 探测数量席 1 2 0 0 探测距离 7 1 9 4 出现断丝的管节 6 ( 0 5 0 , 6 ) 数量及百分比 未出现断丝的管节 1 1 9 4 ( 9 9 5 0 ) 数量及百 分比 1 2 0 o 2 4 O 0 7 1 9 0 1 4 3 8 4 1 2 ( 1 0 0 , 6 ) 1 8 ( o 7 5 ) 1 1 8 8 ( 9 9 O 0 )2 3 8 2 ( 9 9 2 5 ) 4结 语 通过本工程实践 证 明基 于提高 P C C P工程安 全可靠性的细节考虑 、 严格 的施工质量控制和采取 积极 的管理措施是确保 P C C P- r 程安全运行的有效 手段 。目前 ， 国内已建和在建的众多 P C C P工程已将 阴极保护作 为确保 P C C P工程 安全的 又一 重要 措 施 ， 相信随着 P C C P应用范围的不断( 下转第 4 3页) 31 丁 引 上 盯叮 厂 _ 过 第 9期 尹彩琴 ： U型混凝土防渗渠 在农 田标准化建设工程 中的应用 第 4 7卷 上 ， 可以有效的保证混凝土的后期强度。对于安装 完的勾缝抹面， 要覆盖湿麻袋在渠道表面， 为使砂浆 表面湿润要及时洒水。 3 5较大 U型 渠 的冻 胀问题 3 5 1 冻 胀 的原 因 ( 1 ) 施工不善。 在实施中， 抗冻胀材料不符质量 要求或铺设 中掺杂冻胀性的材料 ； 质量不达标引起 沉陷裂缝和施工不 当引起收缩裂缝 ， 冻胀破坏加重 ； 防渗层施工没严格按工艺要求 ， 防渗效能不好 ， 冻胀 加剧 ； 排水设施受堵失效， 使土层中存水或长期滞水。 ( 2 ) 管理不当。在操作运行 中， 渠道停水过迟 ， 土壤 中水分不及时排除即开始冻结 ； 放水时间太早 ， 基土还在冻结状态下放水 ， 极易引起水面线附近部 位的强烈冻胀 ， 或在冻结期放水后又停水 ， 常引起滑 塌破坏 ； 对冻胀裂缝不及时修补 ， 造成裂缝年复一年 地扩大， 变形积累从而被破坏。 3 5 2 冻 害 防治措 施 防治冻害措施最主要 的是针对产生冻胀 的因 素 ，依据工程具体条件采用综合措施。即从渠床处 理、 渠系规划布置 、 保温 、 排水 、 衬砌 的结构型式、 管 理维修材料 、 施工质量等着手 。避免渠道衬砌工程 冻胀 ， 在规划设计中避开易较大冻胀 的自然条件 ， 或 在冻胀性地 区避开冻胀对渠道衬砌工程的作用。 削减冻胀的具体方法有： 在衬砌的下部铺设 土工膜料 ， 隔断渠道渗水和大气降水对渠基的补给 ， 使渠基土在一定深度内的含水量低于起始的冻胀含 水量。同时土工膜料又隔断了冬季地下水毛细管的 迁移作用， 减轻了冻胀； 在衬砌体下部铺一层隔寒 保温材料 ， 使保温材料下部的渠床不受低温的作用 ， 也不产生冻胀力； 将化学材料注入或埋入渠底基 土 中， 使土中水 的冰点降低 ， 或者增强土的增水性 ， 使冻结时不会 发生( 或很少发生) 水 分迁移现象 ， 大 大减轻或消除冻胀；在冻结深度内将衬砌板下的 冻胀性土换成非冻胀性材料 ， 通常铺设砂砾石垫层 ： 采用碾压工具压实土料， 提高渠床土密度 减少土 体空隙 ， 使水分难以进入土体 。 加强防冻胀管理措施 。除设计 、 施工 ， 管理也很 重要 ， 特别是渠道的运行管理。冬季不过水的渠道， 应严格切断水源， 减少渠道土体的含水量 ； 冬季过水 渠道应及时注意渠道水结 冰与排冰 ， 防止冰冻破坏。 还可以定时改变渠道过水流量。造成渠道水流条件 变化 ， 防止渠道结冰。预防渠道冻胀破坏 。 必须在设 计 、 施工 、 管理各方面注意 ， 选择措施时根据 当地气 温、 地下水位、 土质、 多年( 1 0 a以上) 平均冻深等 ， 使 其可行且投资最省。 4结语 U型混凝土防渗渠是一种 比较高效 的农业灌溉 和输水方式 ， 它比矩形渠道 、 梯形渠道具有很大的优 势 ： 首先， 它具有三大节约功能 ， 即节约了建设用地 。 增加了耕地面积 ； 节约了建筑材料 ， 整洁美观 ， 具有 环保的功能 ； 节约了水资源 ， 提高 了渠道输水能力 ， 缓解了疏勒河流域地区水资源紧缺的问题 ： 其次 。 U 型混凝土防渗渠道还具有其他的优点 ，如施工速度 较快、 有 良好的整体性 、 使用寿命较长等。因此在疏 勒河项 目灌 区， U型混凝土防渗渠得到了广泛 的应 用 ， 为疏勒河项 目灌 区增加了供水量 ， 扩大了灌溉面 积 ， 为灌区农业发展创造 了更好的前景 。 同时也积累 了有一定借鉴价值 的设计和施工经验 ，值得在其它 灌区标准化农 田建设中推广应用。 参 考文 献 ： 1 华东水利学院主编 水工设计手册( 第 8卷， 灌区建筑物) M 北京 ： 水利电力出版社 ， 1 9 8 4 2 G B 5 0 2 8 8 9 9 ， 灌溉与排水工程设计规范 S ， 北京 ： 中国 计划出版社， 1 9 9 9 ( 上接 第 3 1页) 推广和科学技术的不断发展 ， 在提 高和评估 P C C P安全性能等方面定会不断总结 出更 加成 熟 的技术 和 经验 。 参考 文 献 ： 1 胡少伟 ， 沈捷 ， 刘晓鑫， 王东黎 超大口径 P C C P管内 水压承载能力试验 J 水利水 电科技进展， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 5 ) ： 9 1 2 2 李妮， 王军， 梁君 三个泉倒虹吸管道防腐处理的质 量控制 J 冰 利建设与管理， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 9 ) ： 6 7 6 9 3 马芳， 蒲振旗， 梁君 预应力钢筒混凝土管( P e e r ) 在 工程中的实际应用 J 水利建设与管理， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 1 0 ) ： 40- 41 4 王五平 大口径 P C C P爆管预警新技术I n 南京： 南京水 利科学研究院， 加拿大 P u r e T e e h n o l o g i e s 公司， 2 0 0 9 ( 上接第 4 O页 ) Z k 平衡 、 土壤盐碱化与沙漠化之间 的平衡 、 人工绿洲与天然绿洲的比例等综合研究 ， 才 能实现绿洲农业 的可持续发展。 参 考文 献 ： 1 张丽霞新疆启动盐碱地改良利用发展规划 ： 全面治理盐 碱地 N 新疆经济报 ， 2 0 0 5 0 7 04( 3 ) 2 王遵亲 ， 祝寿泉， 俞仁培 ， 黎立群 中国盐渍土 M 北京： 科学出版社， 1 9 9 3 3 冯兆昆， 马光明 新疆土地资源开发利用战略 M 乌鲁木 齐： 新疆科技卫生出版社， 1 9 9 2 43