朔州神头泉水置换厂预应力钢筒混凝土管（PCCP）安装施工中所遇问题和处理对策

郝东红

（山西省晋中市水利建筑工程总公司 山西晋中 030600）

预应力钢筒混凝土管（PCCP），是一种新型的刚性管材。它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以高标号砂浆保护层，采用钢制承插口，同钢筒焊接在一起，插口上有凹槽和胶圈形成滑动式胶圈的柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，兼具钢材和混凝土各自特性。

因为PCCP具有合理的复合结构，承受内外压较高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便、适用范围广、经济寿命长、运行费用低等特点。所以在2010年，朔州伸头泉水置换厂输水管道工程选用了PCCP管材。该工程2010年6月开工，于2011年7月竣工试水。一次性通过试水试验，无任何质量缺陷和隐患，经得起实践的检验。

1 神头泉水置换厂输水工程概况

朔州市神头泉水置换水厂工程是通过引黄河水入朔州到神头电厂，让用水、耗水大户用上黄河水然后把神头泉的优质泉水置换出来的一项保护地下水资源的利民工程。由成都西南设计研究院设计，其中的输水管线工程由山西省晋中市水利建筑工程总公司总承包。管线工程包括原水管（从引黄入朔水源——耿庄水库至净水厂）和清水管线（从净水厂至用户——神头电厂），原水管线长3.6km，清水管线长7.5km，整条管线采用双管线布置（其中一条为检修备用），管材为内衬式PCCP、管内径1200mm、双胶圈。双管中心距2000mm，原水管工作压力0.4MPa，实验压力为工作压力的1.5倍（0.6mPa），清水管工作压力0.6mPa实验压力0.9mPa。

整个工程位于市郊的大路旁或农田中，地势平坦、交通方便，但工程穿越农田，横跨铁路公路，最难的是有5km长的管线在神朔大道人行道上施工，干扰颇多，组织管理难度很大。其地质条件为湿陷性黄土，针对此情况设计在不同的地段采用700～1200mm厚不等的三七灰土，以上再做250mm厚的天然沙砾碾压垫层，管件安装完成后，从管中心以下再做天然沙砾回填，要求用轻型夯击机械夯实。管中心线以上到管顶500mm以下用素土回填，轻型机械夯实。杜绝用重型机械碾压。

本工程地处山西雁北地区，气候干燥多风、昼夜温差大，较大的温差带给PCCP施工安装一定不利影响。

2 安装施工中所遇问题和经验探讨

2.1 橡胶密封圈规格的选择

PCCP接头由连续实心胶圈密封，它具有一个直径公差为±0.40mm的圆形截面。安装管接头时，选择胶圈应保证其体积足以填满插口预留的凹槽，形成挤压密封。胶圈是确保接头不漏水的唯一条件。

在神头泉水置换水厂输水管线工程的PCCP采用双胶圈密封，管内径1200mm。插口环直径均为1353mm。在开始安装时，建设方选定供货商（北京河山管业有限公司朔州分公司）提供的配套橡胶圈规格为1040mm (以胶圈的胶条轴心线为圆的直径尺寸)，在一切准备妥当的基础上，安装时却苦头吃尽还没有成功。首先在插口进入承口时就特别的费劲，用两个10t的手板葫芦费九牛二虎之力将插口拉入承口后，已经将承口钢板上的砂浆保护层撑的裂缝甚至剥落。等打压试验时却屡屡漏水，再拔出来，一检查，胶圈破损了。就这样在焦灼中度过了一周时间，此时更多的质疑是施工队伍安装不专业，为此专门请了一队在引黄管线工程安装很出色的工人到现场示范，问题依然没有任何的改善。经过一个星期的反复拆装却连两根管子也没能安装合格，胶圈却报废了几十条。在无计可施之时，有人怀疑是否所供管子不合格，但是从现场检测的各种数据都符合标准，况且该供货商给引黄管线工程全线供货，情况一直良好。当时谁都没有怀疑胶圈问题（因为胶圈安装上去后表面看没有任何不合适，而且是一个柔性的小部件，不会引起人们注意）。

没办法，最后工程暂停，从引黄总部请了一个技术专家到工地，他详细听了描述，又仔细查看了现场，认真思索之后，提出问题可能出在胶圈上。于是将1040mm的胶圈换成1020mm的胶圈。这一换问题迎刃而解，从此安装步入正常，特别在凉爽的日子里，一班工人10h能安装40根管子，令人刮目。

1200mm内径的管子，胶圈直径差那么区区的20mm，反映到周长上也就差6cm多，,就无法安装，这一细节不容忽视。

仔细思考，不同规格胶圈影响安装难度的因素就在于胶圈套上插口时被拉伸变细的差别。周长越长的胶圈在套上抽口时被拉伸变细量就越小，相对的挤压力和摩擦力就越大，也就越难安装。反之则容易。但是胶圈的作用是止水，理论上应该是越粗、挤压力越大止水效果越好。如此安装的难易和止水效果就是一对矛盾，在操作中就需要平衡这矛盾。在选用胶圈时，既要满足施工可行性又要保证设计的实验压力。

实际操作中，胶圈的规格不是绝对的，在后来的施工中还选用过1015mm规格的胶圈，也能满足设计的实验压力。

2.2 承插口接头钢环椭圆度对安装的影响

PCCP管最精密的部位就是其承口和插口的钢环，它的圆度不是绝对的，其承插口接头钢环椭圆度允许偏差为0.5%，在制作过程中有严格的控制，出厂也进行严格的检验，但是在实际施工中还是常常遇到因接头钢环不标准而导致安装困难。

其情况有两种，第一、椭圆度方向问题；在出厂检验时，其椭圆度在规范允许偏差之内，但在吊装时，可能正好插口椭圆的长向遇上承口的椭圆短向，以致安装时插入困难，此时一定不要强行拉入，而是将吊起的管子下落，翻滚一定角度，将插口的长向尽量对准承口的长向，再试行安装，往往就容易了。否则强行拉入也会导致胶圈受损而试压不合格或者把接头部位砂浆保护层撑裂剥落。第二、接头钢环局部有凸起，此凸起会引起安装困难，此时同样不要强拉硬拽，而是用圆度卡板测得凸起所在，然后用便携式砂轮将凸起打磨平滑，问题可解决。如果上述两种方法仍不能解决则将此管返厂整修。

2.3 气温对安装的影响

本工程的安装施工历经炎炎夏日、干燥凉爽秋季和寒冷的冬季，此间表现出安装施工和气温有密切的关系，表现有以下几方面；

1）在盛夏时节，早上安装比较容易，省力省时，到中午时分则费力困难。究其原因主要有二：第一、胶圈的热胀冷缩造成承口阻力大小不同，气温高，胶圈膨胀，安装时挤压力相对较大，阻力就大，安装就困难。反之则容易。第二、气温高时，胶圈变得粘软，摩擦力加大。气温低时，胶圈则相对较硬，摩擦力自然就小点。摩擦力的大小决定了安装的难易。故而在此季节应该将胶圈泡在凉水里并放在阴凉处，以便使用。秋冬季节安装相对夏季要好插入。

2)在安装过程中，发现一个奇怪的现象，少数管子接头在刚安装时试压能承受较高的压力，而在第二天复压时承受压力就变小了，间隔时间再复压就又能承受较高压力。反复对比找出了一个共性：在气温较高的中午试压就能承受较高压力，在气温较低的早晨只能承受较低压力。这同样和胶圈的热胀冷缩有关。

3)夏天安装的管子当时试压能承压较高，到冬天复检是约有2%的管子接头承压就变小了。同理这现象和胶圈的热胀冷缩也有关系。

2.4 浇筑PCCP管包封混凝土所遇问题和经验

因为PCCP的结构决定了其耐内压而不耐外压，所以本工程在PCCP管线穿越公路或其被覆盖后要通过重车的范围，设计要求对安装好的PCCP管进行混凝土包封，即在安装好PCCP管后，每5根管子长30m为一单元，在周围绑扎钢筋，支模浇筑混凝土，最后形成一个管子周围包裹钢筋混凝土的四方体，以抗击外部的动压力，避免管子受损。本工程有总计长达1km的管子进行了混凝土包封，在开始的包封混凝土施工中曾发生两次管子漂浮，严重的一次，一个包封混凝土单元中间管子严重隆起，导致其中两根管子接头内缝超过60mm，打压漏水。最后不得不将快要浇筑完成的一单元混凝土全部挖除，管子也全部拆除，然后重新施工，造成了经济和工期的巨大损失。

究其主要原因是：采用商品混凝土浇筑强度太大，下部的混凝土还没有初凝仍处于流动状态，上部的混凝土紧接就入仓，经过振捣后，液态的混凝土就会产生巨大的浮力超过中空密封的管子重量，从而将其托起。

根据实践经验不仅流动的混凝土能将安装好的PCCP管浮起，甚至在长距离安装好的PCCP管不能及时回填时，一场突如其来的暴雨致沟槽积水，如积水达到一定的深度，也能将其浮起。故而在安装过程中应高度重视及时回填。

在PCCP管包封混凝土施工时，特别是在使用商品混凝土时，一定要严格控制其浇筑强度，要分层浇筑并逐层振捣密实。当浇筑至埋深PCCP管1/3一处，要暂停等待，等已浇筑的混凝土即初凝后再进行上部的浇筑，而且切忌在振捣上部混凝土时，再次将振棒插入管底部的混凝土进行猛振。

2.5 湿陷性黄土基础的处理

在本工程长11km的管线基础全部为湿陷性黄土，所以在基础处理设计时，不仅要考虑其地基承载力，而且要考虑其抗湿陷性能力。

本工程基础处理的设计方案根据不同地段的覆土厚度做了不同的处理，先做70～120cm的3:7灰土，然后到管子中心线部位做自然级配的砂卵石夯填（3:7灰土的压实系数为0.95）。

在实际施工中，用现有的材料配制的3:7灰土根本无法达到0.95的压实系数，后根据实验数据和实际情况将其调整为0.93。施工时，正逢雨季，多处基础在安装好的PCCP管后，还没有来得及回填，就遭遇了强降雨的袭击，安装好的管子基槽积水深达1m，天晴后将水抽排，其湿陷形变用水准仪几乎检测不出来，在有安装好的管子重压下又经受过雨水浸泡，基础形变极其微小，实践证明3:7灰土对湿陷性黄土基础的处理效果是非常好的。

在工程完成至1/3时，根据现场情况，在保证质量的基础上，为了降低造价，经过实验后，将灰土比例调降为2:8，经过现实考验其效果依然很好。其良好的设计方案保证了施工质量和进度。

本工程在2011年7月底进行了全线压水试验，无一处渗水，一次通过验收。同年10月净水厂竣工后，已经向神头一电、二电和大唐朔州电厂输水供水，运行良好。