何維華

1．概況

　　預(yù)應(yīng)力鋼筒鹼管是在帶鋼筒（薄鋼筒的厚度約1.5mm見左右）的砼管芯上，纏繞一層或二層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子。它的砼管芯上，纏繞個(gè)多世紀(jì)的歷史，這一技術(shù)是法國Bonna公司最先研制的，到上世紀(jì)四十年代歐、美競相開發(fā)，目前美、法各國的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬公里，其中美國、加拿大是世界上推廣使用預(yù)應(yīng)力鋼筒政管最多的國家，廣泛應(yīng)用于城市輸配水干管、火電站供水管、水利工程、雨污水于管、工業(yè)供水及廢水管線等方面，目前世界上規(guī)模最大的利比亞“人工河”第一期工程，全長1900km，就是使用直徑4m、工壓2.8MPa的預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管敷設(shè)，工程全部完工后運(yùn)行情況良好。
　　世界上主要制造預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管的廠家有美國“Ameron”公司（DN1200-4000mm），美國的“Price Brather”公司（DN1200～4000mm），法國的“Bonna”公司（DN600-2500mm），德國的“Dyckerhoff－Widann”公司（DN600～2500mm）。
　　二十世紀(jì)八十年代末，隨著我國城市供水、工業(yè)用水、農(nóng)田水利建設(shè)的迅猛發(fā)展，對(duì)于輸水管材提出更高的要求，山東電力管道有限公司、無錫華毅管道有限公司先后從美國“AIneron”公司引進(jìn)技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，深圳太陽管道公司從美國的“Price　Brather”公司全套引進(jìn)該公司的制管技術(shù)及設(shè)備。經(jīng)過近十年對(duì)引進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的消化，完全己能國產(chǎn)化了，且于1996年此類管材在我國建材行業(yè)頒布了《預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC625－1996）。近年由成都市自來水總公司和四川金煒集團(tuán)公司共同出資興建的“PCCP”企業(yè)—成都金煒制管有限責(zé)任公司，就是使用國內(nèi)的技術(shù)與設(shè)備裝備PCCP生產(chǎn)線的一個(gè)范例，它的設(shè)計(jì)規(guī)模為年制造ON800～DN4000mm的預(yù)應(yīng)力鋼簡砼管25-35km，管材的檢驗(yàn)壓力可達(dá)2.6-3.0Mpa，該公司從投產(chǎn)至今沒有出現(xiàn)一根廢管，實(shí)現(xiàn)了從管材設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)到運(yùn)輸、安裝、使用等方面的規(guī)范化、系列化服務(wù)。
　　與此同時(shí)，原生產(chǎn)三階段預(yù)應(yīng)力管的成都市雙流水泥制品廠亦通過技術(shù)改造，依靠自身的技術(shù)力量，也興建了一條預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管生產(chǎn)線，完成了產(chǎn)品更新，這為我國現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力管廠家的產(chǎn)品換代開創(chuàng)了先河。
　　近幾年來不完全統(tǒng)計(jì)，全國已安裝此類管材達(dá)200多km，在廣東、江蘇、江西山東等省使用情況良好，通常試壓檢驗(yàn)一次成功，通水后沒有發(fā)現(xiàn)大的故障。

2．預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管的制造

　　此種管材分兩個(gè)類型：內(nèi)村式管及埋置式管。內(nèi)襯式（Lined Cylinder Iype）和埋置式（Embedded Cylinder Type）的區(qū)別，前者系指在鋼筒內(nèi)壁成型砼層后，在鋼筒外表面上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子；后者系指在鋼筒內(nèi)、外側(cè)成型砼層后，在管芯檢外表面上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并作水泥砂槳保護(hù)層而制成的管子。前者采用離心工藝成型，口徑偏小（DN≤1200mm），后者采用立式振動(dòng)工藝成型，口徑偏大（DN≥1200mm）。此種管材抗?jié)B壓力很高，工作壓力通常為1.5——3.0Mpa，
可達(dá)5．OMPa。此種管材的管徑范圍是DN400～4000mm，最大可達(dá)DN7600mm。
　　在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，產(chǎn)品型號(hào)以代號(hào)PCCPL表示內(nèi)襯式結(jié)構(gòu)；以代號(hào)PCCPE表示埋置式結(jié)構(gòu)。管子壓力級(jí)別以靜水壓力將力將產(chǎn)品分為九級(jí)（0．4、0．6、O．8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.OMPa），以大寫羅馬字母表示。管子的產(chǎn)品標(biāo)記以管子代號(hào)、公稱內(nèi)徑、
壓力等級(jí)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)組成，如公稱內(nèi)徑1600mm、靜水壓力為1.0MPa、埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管，則標(biāo)記為PCCPE1600ⅣJC625。
　　埋置式PCCP生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備有螺旋制筒設(shè)備、鋼筒水壓檢驗(yàn)設(shè)備、管芯立式振動(dòng)成型及蒸養(yǎng)設(shè)備、立式差速纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲的設(shè)備、立式輥射噴漿設(shè)備、承插口環(huán)成型設(shè)備（采用分層手工對(duì)接焊）、薄鋼板埋弧焊設(shè)備。以上設(shè)備現(xiàn)國內(nèi)均能自制，多數(shù)廠家僅焊接設(shè)備外購。
　　內(nèi)襯式PCCP生產(chǎn)線，除山東電力管道工程公司有進(jìn)日的螺旋制筒設(shè)備外，均采用平板直縫焊接卷筒設(shè)備，其它設(shè)備有鋼筒臥式水壓檢驗(yàn)設(shè)備、管芯臥式離心成型設(shè)備。蒸養(yǎng)設(shè)備、臥式差速纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲的設(shè)各、臥式輥射噴漿設(shè)備、承插口環(huán)成型設(shè)備（采
用分層手工對(duì)接焊）、薄鋼板埋弧焊設(shè)各。
　　以上兩條生產(chǎn)線的設(shè)備，主要是仿制美國“Ameron”公司的工藝。致于美國的“Price Brather”公司的工藝，采用平板直縫焊接卷筒設(shè)備，管芯成型、纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲、輥射噴漿等均采用臥式設(shè)備，承插口環(huán)成型采用了高頻對(duì)接焊設(shè)備。
　　預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管（“Ameron”公司埋置式制管）的工藝流程如圖1。

　　2．1鋼筒的制作和檢驗(yàn)：
　　鋼筒是在螺旋制筒機(jī)上卷焊制作，制作好的承插口漲圓到規(guī)定尺寸后，組裝到螺旋制筒機(jī)芯模兩端，鋼帶從小車自動(dòng)送進(jìn)，自動(dòng)卷筒、焊接，制好的鋼筒經(jīng)水壓檢驗(yàn)合格后方可使用。
　　2.2 管芯成型
　　管芯采用立式振動(dòng)成型工藝，管模整理好后，將合格的鋼筒放入管模內(nèi)，砼沿鋼模內(nèi)外壁澆入，在澆注砼的同時(shí)，開動(dòng)振動(dòng)器以利于砼密實(shí)，管芯成型后采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，達(dá)到脫模強(qiáng)度后拆模。
　　2．3 纏環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲
　　脫模后的砼管芯，采用立式纏絲機(jī)，使用5～7高強(qiáng)鋼絲，按設(shè)計(jì)的張拉力及螺距進(jìn)行纏絲，張拉力記錄儀連續(xù)記錄鋼絲張力。
　　2．4 砂漿保護(hù)層制作
　　砂漿保護(hù)層由輥射機(jī)完成，28天后砂漿強(qiáng)度不低于30MPa，噴射好的砂漿保護(hù)層采用蒸汽或自然養(yǎng)護(hù)。

3．預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管的特點(diǎn)

　　3.1 此類管材由于管芯中嵌入了一層薄壁鋼筒，實(shí)質(zhì)上是一種鋼板與預(yù)應(yīng)力砼的復(fù)合管材，它比一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管具有較好的抗?jié)B性。
　　3．2此類管材由于承插端的工作面是定型鋼制日環(huán)，幾何尺寸誤差小，承插工作面間隙僅1-2mm，O型膠圈占滿凹型槽內(nèi)，密封性能良好，在內(nèi)水廠力下，膠圈無法沖脫，往往滴水不漏，從而改善了一階段、三階段管膠圈安裝不到位則容易沖脫、承插日容易滴水的問題。
　　此類大口徑管材的承插口，可設(shè)計(jì)成雙膠圈，在逗管后可在承插口雙膠圈之間的小孔處，用小型人工試壓的方法檢驗(yàn)接口的密封性，有利及早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行返工。致于接口試壓后，管道可免作水壓檢驗(yàn)的問題，在一些水司目前還有保留看法。
　　3．3 此類管材的承插接口是半柔性接口，盡管承插鋼制口環(huán)作了衛(wèi)生級(jí)的環(huán)氧樹脂刷涂，通常為1道底漆、2－3道面漆，刷涂總厚度≥0．4m。若是采用非衛(wèi)生級(jí)的帶銹防銹漆是欠妥的。
　　刷涂環(huán)氧樹脂的防腐效果與鋼板端面除銹的效果關(guān)系密切，防腐作業(yè)往往在管材最后一道工序完成，除銹方式受多方面的限制，畢竟會(huì)影響效果，因此管材承插逗接后，在接日內(nèi)外間隙處要用水泥砂漿灌注封回，鋼板則在高堿度的鈍化區(qū)內(nèi)，從而不易發(fā)生腐蝕。
　　但半柔性接口承擔(dān)不均勻沉降引起接口處的應(yīng)力集中，將比柔件接口較大，故管道基礎(chǔ)及管胸腔的回填，比一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管要求較嚴(yán)，通常在較硬的溝底應(yīng)作砂墊層。如同一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管在逗管前，溝底是要挖接頭坑的。
　　3．4此類管材承內(nèi)水壓力高、埋十深度大，山于管材是復(fù)合管材，承受內(nèi)水壓力可達(dá)2－3MPa，最高可達(dá)5MPa，由于預(yù)應(yīng)力鋼絲可多層重疊，故可適應(yīng)埋土的較大深度。
　　3．5此類管材可適應(yīng)腐蝕性土壤的惡劣環(huán)境，在一般性土壤中敷設(shè)，由于砼、砂槳使鋼筒四周受高堿性環(huán)境保護(hù)，鋼材處于鈍化狀態(tài)，可以減緩腐蝕。若埋設(shè)在腐蝕性強(qiáng)的土壤中，通常管外壁應(yīng)作防腐處理，必要時(shí)將管體之間的鋼筒端面用導(dǎo)線連接在一起，采取犧牲陽極的陰極保護(hù)措施進(jìn)行更好的保護(hù)，此類管材采用陰極保護(hù)方法比一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管更容易實(shí)施，這也是此類管材的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
　　3.6 此類管材的管件配套齊全、簡便、可靠。在推廣使用一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管時(shí)，成都水司己成熟地采用相應(yīng)的專用管件，引接分支管一律使用套管三通后開孔措施，從而使預(yù)應(yīng)力管可用于配水管線上，而不依賴大量金屬配套管材轉(zhuǎn)換，既方便、可靠，又節(jié)省造價(jià)，這一經(jīng)驗(yàn)在預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管道上可以同樣適用。由于此類管材具有鋼板口環(huán)及鋼筒，使推廣復(fù)合轉(zhuǎn)換管件的接口性能可靠，若在工廠里管材開孔接分支時(shí)，只要在鋼筒上作加強(qiáng)處理，可免用套管三通，節(jié)省費(fèi)用，這對(duì)此類管材的推廣使用將是重要的因素。
　　3．7 此類管材雖屬非金屬管材，但它是復(fù)合管材，埋于土中容易巡管定位。

4．預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管村使用中的注意事項(xiàng)

　　 盡管在前面述及了此類管材的特點(diǎn)，使用它的程造價(jià)雖比三階段預(yù)應(yīng)力管高，但它的綜合質(zhì)量比后者強(qiáng)得多；它的工程造價(jià)比鋼管低，它的敷設(shè)速度、防腐性能等方面比后者好，它是大口徑輸水管材中比較理想的管材。在選用此類管材時(shí)希能關(guān)注以下問題：
4．1采購須知
　　采購合同中明確以下技術(shù)參數(shù)及要求：
　　管徑、管材長度、工壓、覆土深度、地面荷載、土壤類別、土壤腐蝕性、密封膠圈具體要求（單條或雙條）、運(yùn)輸中的護(hù)管措施（包括二次搬運(yùn)）、到貨日期、數(shù)量、價(jià)格、驗(yàn)管細(xì)則等。
4．2 驗(yàn)管質(zhì)控要點(diǎn)
　　在管材運(yùn)至目的地時(shí)應(yīng)進(jìn)行以下質(zhì)檢：
　　管徑、管材長度、工壓、標(biāo)記、制管日期、管內(nèi)外表面質(zhì)量（應(yīng)包括平整度，無殘缺、裂縫、空鼓、剝落、浮渣、露石，承插日金屬面防腐良好及光潔、無臟）、砼與鋼筒之間無裂隙現(xiàn)象。
　　此類管材的空鼓問題是至關(guān)重要的，若鋼筒與砼之間出現(xiàn)空鼓或裂隙，將會(huì)使接觸鋼筒面砼中的堿析出，最終導(dǎo)致鋼筒銹蝕，管材報(bào)廢。
　　砼與水泥砂漿表面出現(xiàn)裂縫是常見的，若管子內(nèi)表面出現(xiàn)的縱向裂縫寬度小于0.1mm，裂縫軸向長度小于150mm；螺旋狀和環(huán)狀裂縫寬度小于0.25mm，距管端300mm以內(nèi)的環(huán)向裂縫寬度小于0.4mm通常是容許的。若管于外表面裂縫寬度小于0.8mm，裂縫軸向長度小于管子周長且小于2m時(shí)是允許的。它在管道覆土及通水后會(huì)自行愈合，否則應(yīng)修補(bǔ)；若管子內(nèi)表面出現(xiàn)的縱向裂縫寬度大于0．5mm時(shí)，該管應(yīng)報(bào)廢。
4．3 管材苯重不是管道安裝的重大障礙
　　此類管材的重量類同三階段預(yù)應(yīng)力管，比其它管材重，在山區(qū)人工安裝時(shí)是困難的，但在平原地區(qū)采用機(jī)械化安裝時(shí)，問題就不那么嚴(yán)重，這是由于大口徑管道安裝都得用起重機(jī)械的。
4．4 管溝基礎(chǔ)是重要條件
　　此類管材是半柔性接口，它要求管道基礎(chǔ)局部變形不應(yīng)過大，在砂夾石的管基上應(yīng)作砂墊層，在松軟粘土層上應(yīng)作砂夾石過渡層，使管道敷設(shè)過程中較少產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。因此在敷設(shè)此類管材時(shí)，不重視管基處理是不好的，當(dāng)然其它管材敷設(shè)中，管基處理同樣也不可忽視。
4．5 管材不應(yīng)閑置過久
　　購置的管材應(yīng)力求盡早敷設(shè)，閑置于堆場數(shù)月時(shí)，應(yīng)定期用水噴灑，不使砂漿與砼干裂；閑置過久又未噴水養(yǎng)護(hù)，管材質(zhì)量會(huì)受嚴(yán)重影響，甚至報(bào)廢。
　　復(fù)合式鋼板、砼管件運(yùn)至工地以及安裝過程中，均應(yīng)用濕麻袋遮蓋保護(hù)，定期灑水養(yǎng)護(hù)。
4．6 主管道水平向引出分支短管時(shí)，應(yīng)配法蘭盤，以便與分支管的平承柔性接口組合，通過柔性接口，使分支管道局部沉降時(shí)不使主管分支開孔部位承受過大的彎矩應(yīng)力與剪切應(yīng)力。對(duì)于較大的分支管，主管分支口部位的背向應(yīng)作排墩。
4．7 此類管材類同一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管，在敷設(shè)中每根管材可弧形借轉(zhuǎn)一定角度，DN600——1000mm時(shí)允許相對(duì)轉(zhuǎn)角1.5°；DN1200－2000mm時(shí)允許相對(duì)轉(zhuǎn)角1.0°；DN2200－3000m時(shí)允許相對(duì)轉(zhuǎn)角0．5°。借轉(zhuǎn)時(shí)，亦是軸向逗管，然后借轉(zhuǎn)。借轉(zhuǎn)角度過大，使承插日環(huán)相碰，在受力狀況下容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，管道損壞。

5．后記

　　在推廠使用預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管的同時(shí)，并不認(rèn)為自應(yīng)力管、一階段預(yù)應(yīng)力管、三階段預(yù)應(yīng)力管應(yīng)立即退出市場。
　　自應(yīng)力管雖易折斷、承口易發(fā)生二次膨脹等缺點(diǎn)，但它價(jià)廉，它在村鎮(zhèn)供水及農(nóng)田改水工程上有廣闊的適用前景。
　　一階段預(yù)應(yīng)力管、三階段預(yù)應(yīng)力管管道在多次大地震中經(jīng)受了考驗(yàn)，只要不斷提高制管質(zhì)量、精心敷管，供水故障是可減少的，在中小城市供水、農(nóng)田改水工程等方面仍有用武之地。

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　　作者單位：成都市自來水總公司
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