PCCP 在施工过程中的质量控制及破损抢修研究

2021-04-01柳彬彬尹永进黄玉琢

工程建设与设计 2021年4期

柳彬彬，尹永进，黄玉琢

（合肥供水集团有限公司，合肥230000）

1 背景

钢筒混凝土压力管（RCCP）最早由北美提出并制造，其作为压力管道的一类，具有抗渗性好、耐久性强、安装简单快捷、经济性好等优点，在20 世纪40 年代初被广泛应用于输水工程中。后来法国帮纳公司研制了预应力钢筒混凝土管（PCCP），由于其能承受更高的内压，管道规格更广，逐渐取缔了RCCP并推广应用于水利工程、雨污水干管、工业供水和废水排放管道等方面[1]。

近年来，随着合肥市城市规模的不断扩大，供水需求的不断提高，给水管材的用量日益增长。其中合肥市磨墩水库至七水厂供水工程管道工程设计从磨墩水库聚星岛沿线途径4 个乡镇（含17 个村庄）蜿蜒铺设到七水厂内，工程日输水规模为4.4×105m3，输水管单线长约38.6km。工程主要采用2 根DN1 600mm 的PCCP 管道并行敷设，双管净距为1m，单根管道长6 000mm，管道结构及接头形式为PCCPDE1 600mm，配筋1 423mm2/m，沟槽下口宽度为7.1m，开挖深度为3.2～7.68m。在局部穿越河道、大面积经济林地及省级公路时，采用同口径的钢管和JPCCP（预应力钢筒混凝土顶管）进行替换。项目的总体平面走向如图1 所示，PCCP 的设计参数如表1 和表2 所示[2]。

图1 项目总体平面图

表1 PCCP 管结构计算参数表

表2 JPCCP 管外层骨架结构计算参数表

2 PCCP 的施工流程和质量控制

2.1 PCCP 的施工流程

根据本项目的施工组织情况，本次PCCP 管道关键的施工流程确定如下：场地整平→测量放线→沟槽土方开挖→管道垫层施工→管道吊装就位→管道安装→接头打压、阴极保护、内外接缝密封→土方回填→管道试压。施工阶段关键工序如图2 所示。其中在管道的吊装和安装阶段，结合现场条件和计算依据，采用内拉法安装PCCP 管，吊车为75t 履带吊。

图2 施工阶段关键工序

2.2 PCCP 施工准备阶段质量控制

2.2.1 沟槽开挖

本工程局部沟槽开挖深度超过5m，属危险性较大工程。开挖前，先将表层耕植土清除集中堆放，方便后期集中处理。现场堆土高度超过1.5m 应采取外运形式减轻坡顶土压力，坡顶1m 范围内不允许堆土及运输车辆通行，防止因受外力导致边坡出现坍塌现象。沟槽成型后在坡顶设置观察桩，每天不少于2 次测量桩身是否产生下沉或移位，并做好记录。最后利用水准仪或其他专用仪器对管道轴线及高程进行拉线放样设置定位桩，并在垫层上部撒管道安装位置的石灰线，方便工人在安装时及时校正管道走向。若遇软弱基础，采用级配砂砾石换填处理，经检测合格后方可进行下一道工序施工。

2.2.2 管材验收和胶圈的安装

管材到场后，针对出厂证明书及每根管身编号对PCCP 管的外观质量进行逐根检查验收，验收完成后单层存放，不允许叠放。

在PCCP 管道吊装前，由工人将插口处2 根“O”形橡胶圈安装到位，使用外观光滑的螺丝刀或类似工具分别插入2 根橡胶圈下绕整个管身一周连续转动2～3 圈，避免橡胶圈在安装过程出现扭曲、翻转现象。此外，严禁使用对橡胶圈具有腐蚀性的石油类润滑油（剂）。

2.3 PCCP 施工阶段质量控制

2.3.1 管材安装

管材安装时，前一管节在吊装就位后做稳固处理，待后一管节被缓慢而平稳吊至和前管大致齐平、管口相距20～30cm时，在两管口空隙处填塞2 根方木防止管道碰撞造成管口破损。这时使用吊车调整管道的上下、左右位置，直至管道达到就位状态。采用特制金属槽钢梁分别卡在已安装完毕的管道缝隙与待安装的管道末端，在管内水平、对称位置分别采用2 根圆形钢筋制成的拉杆（钢丝绳）和1 个10t 手动葫芦将2 处特制金属槽钢梁连接起来后，两侧操作人员在管内同步、匀速地拉紧2 副葫芦装置的拉链，并仔细观察管道接口使管道缓缓均匀地进入防止损坏胶圈。期间用直尺或自制限位块检查、控制管口间环向间隙，最大轴向间隙不得大于2.5cm，若在安装过程中发现胶圈有异常或出现脱槽、挤坏现象，应立即将管道拆除更换橡胶圈后重新安装[4]。

在每根管道安装完成后及时用全站仪和水准仪复测管道轴线、高程数值，并预测下一管节的校正值，确保单个接头处的偏转角度不大于1°，保障管道的安装质量。

2.3.2 管道水密性试验

本工程PCCP 运行时的设计水压为0.6MPa，试验水压为0.9MPa，管道的水密性试验应进行3 次：（1）在每节管道安装完成后进行；（2）在每安装5 节PCCP 管（含该节管道）后进行；（3）在管道回填完成后进行。其中前2 次采用接头打压的形式，检查管节的安装质量，第三次为静水压力测试，检查管道整体水密性能。

接头打压试验均采用注水打压软管与管材注水孔连接，向两道密封橡胶圈之间凹槽内注水，待有水从管道上口排气孔流出时，再将排气孔螺丝用螺丝刀将其拧紧，注水加压至1.0MPa 时，保持5min 压力不下降，即为合格，试验完成后将注水孔用螺丝封堵。

此外，在PCCP 管道上部回填完毕，弯头、后背混凝土支墩等达到强度后，还需分段进行水压试验。分段水压试验的长度一般不超过1 000m，管段两端设置试压堵板，禁止阀门作为试压后背。管道压力试验分3 步完成：（1）水泵加压使水处满管溢出或有压力状态，放置不少于48h，进行管道浸泡和排气；（2）加至约0.6MPa 放置不小于24h，检查管道安装是否存在局部渗漏或支墩不牢固的情况；（3）加压至0.9MPa，并在稳压后15min 内压力表降不大于0.03MPa，即试压合格[5]。

2.3.3 阴极保护处理

为了保护安装后的PCCP 管道在地下土层因发生电离反应，腐蚀管道内部的预应力钢绞线影响管道使用寿命，在PCCP 管道安装合格后，应把相邻承插口的接片采用铜芯电缆进行焊接，并按设计规范做好防腐处理。在单管道接头处每隔36m 处埋设一个阴极保护棒，考虑本项目为双道PCCP 管同槽安装，在每间隔1km 处使用均压电缆将同槽的双排管道进行电连接，沿线每2km 设置一个测试桩，测试桩同样用电缆与管道承插口的接片焊接串联在一起。

2.3.4 管道接缝处理

PCCP 管道的接头内、外部缝隙处，应根据输送水质及环境的要求，采用对应的材料进行嵌填。本项目内接缝采用防霉等级为“0”级的防霉聚硫密封胶填充，外接缝密封材料设计采用自流式水泥砂浆进行填充，砂浆表面涂刷一层聚氨酯沥青防腐漆的处理方式。

2.3.5 沟槽回填

管道安装完成后，首先对管基角120°回填范围使用特制管腔捣实器配合碾压机具将其振捣密实。土方回填部分根据试验确定的回填土最佳含水量后，针对现场使用的压实机具通过试验段的确定每层松铺厚度及压实遍数。进行分段回填长度宜控制在100～200m，回填材料应分布均匀，最大回填土颗粒不得大于每层回填厚度的1/3，以保证碾压密实。雨季施工时，当天安装的管道要保证当天回填压实完成，防止沟槽出现积水造成“漂管”事故[6]。

3 PCCP 的破损抢修

由于PCCP 管道口径较大，工作压力也较高，一旦出现管道漏水或爆管将会有大量的承压水涌出地面对周边环境造成巨大影响，甚至危及人们生命安全。发生爆管事故后，应第一时间对管网进行降压处理，最好使管道处于无压状态，以减少损失和便于抢修。同时按照有关应急预案出动抢险机械设备，到达现场对抢修点做到封闭围挡，采用水泵将水排入附近河道或下水管道，挖掘机将破损管道周围的覆土挖开查看漏损破坏情况，以便确定管道具体漏损位置、大小后做进一步处理。

PCCP 管的破损方式一般包含管身破损，管道整体破坏和接头失效3 种。结合本次工程的特点，推荐采用的抢修方式分别如下所述。

3.1 管身破损抢修

若管道破损位于管身，且破损最大尺寸不大于300mm，可以采用抱箍进行快速修补。即将管道破损处及管身安装抱箍范围用清水冲洗干净，在管身安装密封条位置用设备打磨平并用胶固定密封条；定位安装马鞍形加固铠甲及抱箍紧固后向灌浆孔灌注水泥砂浆，最后在马鞍形加固铠甲及抱箍四周全部浇灌混凝土抢修工作便完成。马鞍形加固铠甲及抱箍如图3 所示。

图3 马鞍形加固铠甲及抱箍

3.2 管道整体破坏抢修

若管道破损尺寸较大或者采用局部无法完成修复的情况下，可以采取2 节短管组成的特制转换管进行整根更换；其中一节替换管带有一个人孔，可以方便维修人员进入管内操作。特制转换管件如图4 所示。

图4 特制转换管件

3.3 接头破损抢修

如果钢筒未出现破损，仅接头出现漏水可先除去接头部分砂浆保护层，在钢制承插口的缝隙中嵌入一根约10mm 的钢筋焊于承插口之间，将凿开出用防水砂浆做包裹处理，即修补完成。管口嵌入钢筋焊接修补如图5 所示。

图5 管口嵌入钢筋焊接修补

3.4 PCCP 漏水或爆管的预防

建立定期检查制度，防患于未然，是解决PCCP 管道出现破损抢修的最重要手段。目前，国内外已出现并应用声波或电磁波检查管道的仪器设备进行管道钢丝或钢板腐蚀情况的检查，对出现问题的部位事先对管道进行加固处理，防止出现爆管现象。此外，国际上也出现了很多管道修补材料（如纤维增强树脂材料等）可用于管道修补，提高管道的结构性能和使用寿命。