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PCCP管在长距离输水工程中的施工要点与质量控制

常根军 郑州市常庄水库管理处 联系电话：[phone]
常根军 郑州市常庄水库管理处 联系电话：[phone]
任成林 荥阳市楚楼水库管理所 联系电话：[phone]
2010年3月20日
摘 要：郑州市生态水系输水工程在总长度38.264KM的管网建设中，使用了不同管径PCCP管。本文结合在实际工程施工中，浅谈一下PCCP管的特性和在施工中的施工要点与质量控制。
关键词： PCCP 管；特性；施工要点；质量控制
一、工程概况
　郑州市生态水系输水工程主要是把黄河水调入市区，在市区内形成水网水系。工程起于邙山干渠西流湖口，止于潮河曹古寺水库，工程线路总长38.4公里，沿线设分水口6处，穿越南水北调总干渠2处，穿越市区郑上路、长江路、京广东路10处，穿越铁路1处。工程在柿园水厂设泵站，将水通过PCCP管道输送到尖岗水库，因为尖岗水库位于郑州市西部最高位置，然后水库通过PCCP管道全部自流向西流湖、金水河、熊儿河、十八里河、七里河、潮河等五河一库一湖输送水，到达城区各河道内，在市区内形成水网水系，此部分水量通过河道到达下游后可补源下游农业用水。工程建成后，该工程将每年向城区内输水6206万立方米，缺水的郑州市区内可增加水面326万平方米，满足市区河道常年水流、水清、水美。
二、PCCP 管特性
预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP）是由预应力钢丝、钢筒、混凝土构成的复合管材。按其结构分为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）；按管子的接头密封类型又分为单胶圈预应力钢筒混凝土管（PCCPSL、PCCPSE）和双胶圈预应力钢筒混凝土管（PCCPDL、PCCPDE）。这种管材是在带钢筒的混凝土管芯上缠绕预应力钢丝, 并施喷水泥砂浆保护层而制成的管材。它既发挥了钢管的抗渗性能，又利用了混凝土抗压、耐腐蚀的特点, 具有能承受较大的内外荷载、抗渗性能好、水头损失小、接头密封性好、经久耐用等优良特性。
预应力钢筒混凝土管是国内近十多年发展起来的新型管道材料。该管道材料是一种具备高强度、高抗渗性和高密封性的复合型管材，其集合了薄钢板、中厚钢板、异型钢、普通钢筋、高强预应力钢丝、高强混凝土、高强砂浆和橡胶密封圈等原辅材料制造而成。该管道材料不仅综合了普通预应力混凝土输水管和钢管的优点，而且尤其适用于大口径、高工压和高覆土的工程环境，管子规格范围从DN600mm到DN4800mm，适用工作压力最高达1.6MPa，适用最高覆土深度达10m以上，国家已制定了相应的标准(GB/T 19685-2005)。PCCP管作为一种新型的输水管材具有适用范围广、经济、寿命长、抗震性能好、安装方便、运行费用低、基本不漏水等优点，现在PCCP 管可用于城市给水排水干管、工业输水管线、农田灌溉、工厂管网、电厂补给水管及冷却水循环系统、倒虹吸管、压力隧道管线及深覆土涵管等。
三、施工要点及质量控制
施工工艺流程：场地平整→测量放线→管沟土方（石方）开挖→施工降排水→PCCP管吊装就位→PCCP管道安装、各种阀井施工→接口打压试验→填封接口缝→土方回填→水压试验→竣工清理。
（一）施工准备
1、施工前首先要按照平面布置的要求做好施工现场的施工道路、施工设施布置及管材堆放等有关布设。
2、施工前应进行图纸和施工方案交底，并做好管材及辅材质量检验工作。管子安装前必须逐根对PCCP管及橡胶圈进行外观检查：检查PCCP管尺寸公差，如椭圆度、断面垂直度、直径公差和保护层公差，应符合现行国家质量验收标准规定，还应检查有无承插口碰损、保护层脱落、空鼓、裂缝等情况；橡胶圈使用前必须逐个检查，不能有裂口、破损、气泡、大飞边、油类侵蚀现象，变形、扭曲和不符合尺寸的禁用。
3、测量放线。
（1）开工前根据施工图和放线控制桩测量确定管道中心线和附属构筑物的位置，核对临时水准点的高程，施放挖槽边线、堆土、堆料界限及临时便道的范围。
（2）施工便道的修筑，沟槽开挖的堆土，吊车支腿，管子临时堆放等均不得越界。
（3）临时水准点和管道轴线控制桩设置在便于观测且牢固的建筑物上，并且要有备份控制点，并对之采取保护措施，防止损毁。开槽敷设管道的沿线临时水准点，每200m 不宜少于一个。 临时水准点、管道轴线控制桩、高程桩，要经过复核方可使用，并经常进行校核。
（4）开挖前按坐标测设出管线、井位和镇墩位置，根据中线及计划边坡坡度向两侧放出开挖上口线，开挖过程中用经纬仪控制开挖方向，用水准仪控制开挖深度。开挖后用全站仪在槽底放出管线或井位中心桩，根据结构宽度和设计高程放出基底边线及标高。
（二）沟槽开挖
（1）施工前应采取措施防止地面水流入沟槽内，避免塌方或管基土体遭到破坏。沟槽挖方严格控制边坡系数，原则上施工仅考虑临时支护措施。在挖方边坡遇有地下水渗流时，根据土质、地下水情况，槽深、开挖方法、排水方法、地面荷载等情况采用临时支护，必要时也可适当放缓坡度，确保边坡稳定。
（2）管沟基槽土方开挖采用机械开挖和人工辅助配合进行，以机械开挖为主，人工辅助整坡和清底。严格按照设计要求进行开挖。开挖过程中用经纬仪监控中线位置，用水准仪随时监测槽底高程，避免超挖或欠挖，并保证设计基槽底部的尺寸。为防止扰动槽底原状土层，机械开挖在槽底留20cm保护层由人工挖除，开挖的土方除现场备土回填外，均用自卸汽车运至监理指定弃土场。
（3）沟槽一侧可作为临时堆土场，临时堆土高度不宜超过1.5 米，且距槽口边沿不宜小于0.8 米，沟槽另一侧作为作业面；管道基础应放在未被扰动的原状土层上，如果管道基础无法避免在回填土或者松软土质时，则应与设计单位或监理单位协商在槽底采取相应处理措施。
（4） 土方开挖应从上到下分层分段进行，地表深度0.5m 范围作为单独一层开挖，该层土挖起后应集中堆放，并不得搀杂砂石、灰渣，石灰，建筑垃圾、混凝土等杂物，以利作为施工完毕的还耕土使用；如果地下水位较高或者遇积水时应采用明沟排水结合抽水措施进行降水。
（三）基础处理
（1）按照设计要求PCCP管底回填砂垫层（厚200 毫米，中粗砂），砂垫层压实度不应小于95%，砂垫层面层必须保证平整度。
（2）在施工过程中，基底如果遇到扰动土，其深度在150mm 以内，可用连砂石换填夯实后表面找平，换填压实度不应小于95%， 特殊情况也可用素砼进行换土，使之满足设计要求。
（3）如在施工过程中遇到管基松软土深度在1 米以内，可先将其挖除，然后用天然级配砂石灰土或砂粘类土分层压实回填，压实度不小于95%；若遇到流沙、淤泥、岩石等不良地基，具体措施应征得设计单位同意，签署并制订有关技术文件后方可实施。
（四）预应力钢筒混凝土管（PCCP）安装
（1）PCCP 管安装前，首先在管沟垫层上根据设计测设出管道中线。
（2）由于 PCCP 管管质脆，吊装采用汽车吊双绳吊装，吊装时必须平正、轻放，切忌碰撞管道的任何部位。
（3）PCCP 管落入沟槽后，立即清理管道承插口、安装密封胶圈，粗糙或不干净的工作面将影响柔性胶圈到位，易损坏胶圈，造成密封不严，套在PCCP 管插口槽上的橡胶圈要求平直，勿扭曲，以保证密封良好。为了减少对接的摩擦力，用植物油或洗涤精对承插口槽面、橡胶圈予以充分润滑。
（4）PCCP 管安装采用外拉法，所谓的“外拉法”，即后面用钢绳套住已安装好的管身上，前面用钢绳套住在正安装的管身上 ，中间管身两侧用手板葫芦导链把前后两节管体连成一体，缓缓收紧导链将管子安装就位，拉进时注意不要让胶圈受到损伤。对口接管过程中，管道要平行沟槽起吊，对口才能正常。对口完毕后，应用十字架、线垂等校正管中线位置，松开起吊装置后再松开对管装置。管道接口需要借转角度时，应先平直对口然后再借转。接口在正常对接时，插口应均匀进入承口，胶圈在预定的承插口工作面上，承插口间的间隙和距离应均匀一致，管内间隙一般为15mm，但不得小于10 mm，不得大于35mm。
（5）管道转弯角度大于5°，必须用定制弯头；如果角度小于5°，可采用曲线安装，管道在曲线安装时，采取管身连续借转，接口转角≤1.78°，管端最大允许偏移为156 毫米。管道安装允许偏差为：轴线30 毫米，高程±30毫米。 每安装一节管子后，应检查校测高程及相对转角，如发现问题应及时调整。
（6）每节管道安装就位后，立即用打压泵对管节口处进行打压，压力不小于设计压力且稳压5分钟不下降为合格，经质检员检验合格后方能进行下一根管子的安装。同时对后面已安装的管道进行复检并对管号、压力等检测数据进行记录。
（7）管道接头检验合格后，要进行接头灌浆抹带，管接头的内、外间隙均用1:2.5 的水泥砂浆填实抹带，管接头的外接缝在水泥砂浆抹带后，立即用塑料薄膜带包裹养生。
（五）管沟回填
管沟回填包括包脚砂垫层回填和土方回填。
管沟、管道检验合格后，方可进行回填，管道在沟内不得有悬空现象，应清除沟内积水，管道防腐层如发现碰伤擦破处，应立即修补。沟槽回填时，应先填实管底，再同时填管道两侧，然后再填至管顶以上0.5 米（未经检验的接口应留出）。
管道两侧及管顶顶以上0.5 米内的回填土，不得含有碎石、砖块、淤泥、有机土、垃圾等杂物。距离管顶0.5米以上的回填土内允许有少量直径不大于0.1 米的石块。回填土应分层夯实，每层厚度0.2～0.3 米。管道两侧及管顶以上0.5 米范围内的填土必须逐层轻夯压实。两侧压实面高差不得超过0.3 米。当填土超出管顶2.0 米时，采用机械夯实，每层厚度为0.25～0.4 米。水压试验前，除接口外，管道两侧及管顶以上0.5 米可先回填，管道试压合格后及时回填其他部分。
回填土含水量应控制在最优含水量附近，回填土应分层检查密实度，PCCP管的沟槽回填土密实度（轻型击实标准）分别应符合下列要求：（见下图）：

管底、包脚砂垫层K≥95%； 管身两侧：Ⅰ区 K≥95%；
管顶以上0.5 米：Ⅱ区 K＝85%－90%； Ⅲ区 K＝80%－87%； Ⅳ区与道路设计路基重合，按道路回填要求执行。
（六）管道系统试验
管道系统试验包括强度和严密性试验，压力试验时，应根据现场情况及管段位置编制试压方案。
（1）管道压力试验采用水压试验，管道水压试验考虑到各种因素比如工期、引水/排水条件等因素，可采用分段试压或整体试压，分段试压每段不小于1千米。
（2）水压试验时，采用的设备、仪表规格及其安装应符合GB50268-97 的规定。
（3） 管道水压试验时，应做好水源接引及排水疏导路线的设计，水压试验前应符合下列条件：管道试压要在管沟回填至管顶以上500mm 后才能进行；管道的支墩、锚固设施已达设计强度；试验管段所有敞口应堵严，不得有渗水现象；试验管段不得采用阀门作堵板，阀门及附件不参加试压。
（4）管道灌水应从下游缓慢灌入，在试验管段的上游管顶及管段中的最高点应设排气阀，将管道内的气体排除。试验管段灌满水后，应充分浸泡48h。
（5）升压应缓慢分级进行，每升一级都要检查后背、支墩、管身及接口，无异常后再升压，若试验压力在10 分钟内的压力降不大于0.02Mpa，免做严密性试验；若压力降大于0.02MPa，则试压还必须做严密性试验。