预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理分析.pdf

学术 预应 力钢筒混凝土管裂缝控制 机理分析 新疆国统管道股份有限公司 一 李杰 摘要 ： 为了能够有效的提高钢筒混凝土管的安全性能 ， 本文通过对 P C C P 裂缝产生的机理、分类以及国内外的裂缝控制规范进行分析 ， 从设计、 原材料、生产工艺、吊装运输、后期养护等进行裂缝控制机理分析。 引 言 预应力钢筒混凝土 P C C P在我国的工程应用 领域占据着很重要的作用 卜2 。由于受到整体 的技术水平以及恶劣环境 的影响，尤其是在运 输环节与生产过程中，不 良的养护手段 以及生 产工艺设计，会造成 P C C P很容易出现一些安全 性问题，其 中管道内衬混凝土很容易产生裂缝 问题，对 P C C P安全性能产生很大影响。裂缝问 题 即使通过对 管芯制作流程优化、混凝土选料 与配 比最优，养护等措施处理，但是该 问题也 会出现。在 P C C P管道的正常工作中，由于受到 内外载荷的作用，很容易受到 内外挤压 力产生 裂缝 ，当该问题 出现后，会造成钢丝与钢筒发 生腐蚀，整个钢筒的结构承载性能下降，钢筒 的整体寿命下降，很容易发生爆管安全问题。 因此对 预应力钢筒混凝土管裂缝控制机理进行 分析具有重要的工程意义。 1 P P C P裂缝产生的原因与控制标准 1 1 裂缝成因分析 对 于 P C C P来 讲， 有两 种 型 式，分 别 为 P C C P E和 P C C P L两种，由于其生产与制作的工艺 的不同，造成其裂缝的形式也不同。由于 P C C P E 具有更广泛的应用范围，裂缝 出现更为 明显， 且后果更加严重，为此本文将对 P C C P E裂缝 的 成因进行分析。 对于该型号钢筒 内壁裂缝可以分为沿管道 纵轴线呈 l 5 度内的纵向裂缝与靠近插 口处的环 向裂缝。其 中第一种裂缝主要的成因在于受到 外力 的作用下或者养护方法不合理造成管芯混 凝土性能下降形成裂缝；第二种裂缝成因在于 受到管道缠丝后具有一定的拉应力，混凝土位 于插 口处厚度不足以及 吊运环节、养护不合理 等原因造成。 1 2 裂缝分类 1 2 L 干燥收缩裂缝。此裂缝主要是由水 泥石的脱水 收缩造成的，管道在脱模后，水泥 石的 内部毛细孔表面张力增大，以及在凝胶孔 隙里 的吸附水被蒸发引起 收缩现象。干缩裂缝 可 以导致贯穿性裂缝和表面性裂缝的发生。 1 2 2 应力裂缝。此裂缝的产生与钢筒卷 制方式有关因钢筒合缝约束混凝土的收缩， 使采用螺旋焊钢筒 的管芯产生螺旋式裂缝 ，采 5 8 M a c h in e C h in e中国机械 用拼接制钢筒的管芯形成纵向裂缝 。 1 2 3 插口裂缝。此裂缝一般产生于钢圈 和钢筒搭接处，一般为横向环状裂缝。在现场 打压试验 中，插 口裂缝会使管道发生串皮，不 利于管道的正常使用。 1 3 裂缝的国内外控制标准 目前国内设计、制造及安装 P C C P 主要参考 A N SI A W W A C 3 0 1和 A N S I A W W A C 3 0 4、A 1 】lrW A M 9， 以及 国内G B T 1 9 6 8 5 及 C E C S 1 4 0等相关标准。 管道在通水后，管芯内表面裂缝发生 自愈 合，这属于混凝土的一种特性。因此，管道 内 表面的环向裂缝只要符合下述条件均能自愈合 有充足的水分 ： 引起环向开裂的作用力消 失 ： 在无渗漏时，裂缝宽度不大于 1 5 m m； 有 渗泄时，裂缝宽度不大于 0 5 m m 。P C C P E不存在 渗泄，因此裂缝宽度不大于 1 5 m m时，同时存 在上述两个条件，此裂缝就可 以自愈合。实际 工程表明，裂缝一般在通水后 卜2 个月内愈合 ， 正常运行中管道的使用性能与完好管道相同。 2 P C C P E内表面裂缝控制措施 管道裂缝成因较复杂，相关的质量控制存 在争议，要对裂缝实施有效的控制措施需要从 设计、原材料控制、制造工艺、后期养护及装 载运输等各个方面进行 。 2 1 从设计上进行设计控制 国内生产设计的 P C C P大多采用 A N s I A w w A C 3 0 1 和 A N S I A W W A C 3 0 4及 A W W A M 9等 相 关标 准。因此在设计时，严格遵照相关规范的规定， 控制管道开裂。A N s I A w w A c 3 O 4中有 1 3 条控制 准则，都必须符合准则要求。如果设计采用国 内标准 C E C S 1 4 0 ： 2 0 1 1 ，需要对在正常使用状态 下的标准组合和准永久组合进行控制开裂计算， 必须满足裂缝控制要求。 2 2 从原材料上进行控制 合格的原材料是生产 P C C P的基础，同时混 凝土技术又是 P C C P生产的关键技术之一，混凝 土的质量 直接影响到管道的质量。因此 ，P C C P 生产前， 必须对原材料的质量严格控制， 对水泥、 砂石骨料、高强钢丝和钢板、密封胶圈等原材 料的进行严格的检查。 2 3 从生产工艺过程上进行控制 P C C P生产工艺过程包括管芯成型、混凝土 拌制、钢筒制作、预应力钢丝缠丝及砂浆保护 层辊射等。对各个生产工艺的过程进行严格 的 控制 ，比如承插 口钢板圈的胀圆尺寸；承插口 钢 圈和钢筒焊接时 的端面倾斜度等。此外，在 管道插 口端内壁混凝土成型过程中，放置适量 的纵 向加强钢筋是为了加强管芯内壁混凝土抗 拉区域的配筋面积，钢筋长度为 5 0 0 6 0 0 m m ，间 距为 5 0 1 O O m m 。 2 4 从后期养护上进行控制 加强混凝土 的浇水养护，比如增加浇水的 次数，延长浇水的时间。对 炎热或干燥等不利 环境，应采取综合保护措施，比如砂浆保护层 最小的含 水量为干料总重的 7 5 在管道 的外 围加养护罩 以阻止砂浆保护层中的水分蒸发， 养护罩应 为浅色 ： 在管外壁涂刷 白色涂料或其 他材料以减少阳光辐射。上述措施可 以单独或 者组合应用，根据各工程的实际情况而定。 2 5 从吊装运输上进行控带 I 管芯脱模时，避免吊运造成的冲击破坏和 碰撞，否则表面会 出现裂缝。搬运过程 中，必 须使用尼龙带、宽帆布吊索、宽加垫叉斗以及 经过特殊设计的滑动垫木装车设 备。长途运输 时， 管道的承插 口端要妥善包扎 ， 以防滚动破坏。 3 结语 对于 P C C P E来讲，其在生产 与运行管理的 环节，出现裂缝 问题是不可避 免的，一般来讲 一 定范围内的环形裂缝对钢筒管的性能以及安 全性的影 响较小，且能够对内壁裂缝的自动愈 合很有利 。为此，P C C P E管道经过一段运行和回 水养护过程后，内壁环 向裂缝能够愈合。通过 从设计、原材料、生产工艺、吊装运输、后期 养护等方面，全面的对管道进行质量控制，提 高管道的运行寿命具有重要的作用。 参考文献 ： 1 孙绍平 ， 王贯明 预应力钢筒混凝土 管的特性 J 市政技术， 2 0 0 6 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 2 卜1 2 5 2 张社荣 预应力钢筒混凝土管 ( P C C P ) 设 计 方 法 探 讨 J 水 利 水 电技 术，2 0 0 5 ， ( 4 ) ： 5 3 5 5 3 胡少伟 超大口径预存裂缝的预应力 钢筒混凝土管结构分析与试验研究 J 水利学 报 ， 2 O 1 O ， 4 1 ( 7 ) ： 8 7 6 8 8 1