中國PCCP發展現狀和存在的問題及對策(下篇)

編者按


文章根據孟晉忠先生2023年7月25日在中國水利學會組織的“PCCP管線安全提升學術沙龍”上所作主題報告整理,經作者本人2024年8月審核并局部修改定稿,作者同意在本号上發表以供技術交流之用。

全文共分四部分,分三篇刊登:

上篇:一、中國PCCP發展現狀;

中篇:二、PCCP發展中存在的問題;

下篇:三、針對存在問題的對策;四、PCCP工程常見問題及處理。

歡迎讀者閱讀。

作者簡介

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孟晉忠,男,漢族,中共黨員,教授級高級工程師。退休前一直在山西省水利水電勘測設計研究院從事工程設計工作,先後任設計組長、水工專業負責人、設計室主任、院副總工程師、副院長等。具有國家注冊土木工程師和注冊監理工程師執業資格,全國鋼标準化技術委員會鑄鐵管分技術委員會委員。2004年受聘南水北調中線PCCP輸水工程咨詢專家和國務院南水北調評标委員會專家。近30年主要從事供水管道工程設計和咨詢工作,曾主持了山西省萬家寨引黃、廣州市西江引水、山西省辛安泉供水改擴建等10餘項大中型引調水工程的設計工作;主持了南水北調中線京石段應急供水、遼甯大夥房二期、河北省南水北調配套、淮水北調等20餘項PCCP供水管道工程的技術咨詢工作。獲山西省優秀工程設計一等獎2項;水利部優秀工程設計銅質獎1項;山西省科技進步一等獎、三等獎各1項。山西省百佳勘察設計工程師,2009年和2019年分别獲中國混凝土與水泥制品協會“PCCP行業發展20周年特殊貢獻獎”和 “PCCP産業發展30周年終身貢獻獎”榮譽稱号。

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中國PCCP發展現狀、存在的問題及對策

(本期閱讀時間大約14分鍾)

三、針對存在問題的對策

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主要從幾方面着手:充分發揮行業協會作用,加強PCCP質量監管;嚴格控制PCCP質量;PCCP敷設與質量控制;管道系統水壓試驗。

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充分發揮行業協會作用,加強PCCP質量監管

1


PCCP制管企業應共同維護其行業的發展和産品質量,建議中國混凝土與水泥制品協會PCCP質量創新工作委員會每年對加入PCCP質量創新工作委員會的制管企業進行質量檢查、評定,定期向全社會公布質量排名靠前幾名的企業。讓生産質量差甚至生産不合格PCCP的企業無市場。

2


要求制管企業做到主要生産工序和設備的數字化控制,最好是全過程數控,每節PCCP均植入RFID芯片。

3


建議PCCP質量創新工作委員會對制管企業設立一定門檻,規定最低要求主要技術人員數量、制管設備、檢測設備、試驗設備等。

4


不定期對PCCP質量創新工作委員會成員的産品進行質量抽檢。



2

嚴格控制PCCP質量

1

從主要原材料質量控制抓起

(a)粗、細骨料:應注意堿活性和化學成分,汲取某工程細骨料氯離子含量超标的教訓。

(b)鋼材:嚴格控制高強鋼絲質量(核心原材料),除必須滿足GB/T 5223 “壓力管道用冷拉鋼絲”規定指标外,嚴格控制扭轉試驗和鋼絲氫脆敏感性應力腐蝕試驗。從源頭軋鋼廠盤條化學成分、物理性能控制做起;嚴格控制拔絲速度和溫度。

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扭轉試驗合格的鋼絲

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扭轉試驗不合格的鋼絲

承插口型鋼:除鋼材物理化學性能指标外,要注意承插口型鋼(特别是插口受模具損耗影響)的尺寸,影響接口密封。

配件用厚鋼闆:應采用C、D級,避免使用A、B 級鋼。

2

加強制管質量控制

(a)鋼筒制作

  一般有兩種工藝:螺旋焊、拼縫焊。

拼縫焊優缺點

優點:生産速度快,同一條生産線可同時生産多種管徑。

缺點:占用場地大,需要人員多,焊縫補焊多,生産出的鋼筒剛度相對小,規整度差。

螺旋焊優缺點

優點:生産出的鋼筒剛度相對大、較規整,焊縫質量穩定、占用場地小,需要人員少。

缺點:生産速度慢,同一條生産線對不同直徑适應性差(需更換芯模)。

鋼筒車間水壓試驗後鋼筒

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(b)纏絲

纏絲過程監理應該注意的問題:     

◆管芯混凝土要達到纏絲前“合同規定的最低強度”;

◆纏絲初始壓應力≤纏絲時混凝土抗壓強度的55%;

◆管芯表面平整度;

◆纏絲時噴塗水泥淨漿;

◆管芯兩端部鋼絲錨固;

◆鋼絲應力穩定,應力波動值≤±5%;

◆絲距(均勻性);

◆多層纏絲、輥射,建議盡量減少或不用多層纏絲。

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不合格的纏絲

(c)水泥砂護漿保層

水泥砂漿保護層用來保護PCCP的核心部分——高強鋼絲,其質量非常重要,有很多工程中的PCCP使用的原材料質量、制作工藝和質量都沒問題,但就是水泥砂漿保護層沒做好,比如存在“空鼓、裂縫、分層及剝落”等問題之一或這些問題都存在,都有可能導緻斷絲,随着斷絲數量的增加,就有發生爆管的風險。

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制作PCCP水泥砂漿保護層

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管外壁保護層空鼓


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某工程PCCP處于腐蝕性環境運行7年後

做好水泥砂漿保護層應該注意的問題:

◆砂的質量(嚴格過篩,不允許含有小礫石,其危害性有三方面);

◆水泥砂漿配比;

◆保護層輥射機性能(高速輥射、均勻穩定、加大輥射輪直徑);

◆噴塗水泥淨漿工藝(注意輥射時同時向管芯噴塗一層水泥淨漿);

◆保護層輥射環境溫度、養護,質量檢驗:

強度:(取樣方法:随實際管子取樣或模拟管取樣);

吸水率:(從同一班拌制的砂漿中至少抽取三個樣品,其吸水率平均值不應大于9%,單個樣品不大于10%, 控制在7% 附近最好。)

砂漿安定性:(用錘子敲擊檢查空鼓,破壞後的砂漿塊狀)

◆輥射後的水泥砂漿保護層自然養護或在養護罩内養護。

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保護層用砂中含有大礫石的情況

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PCCP敷設與質量控制

管道敷設及質量控制,涉及溝槽開挖、管道安裝、溝槽回填、水壓試驗等諸多内容。

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溝槽開挖

正确理解開弧法與填弧法:

國内有些技術人員對開弧法的概念存在誤區,認爲在原狀土體上開出弧狀溝槽就是開弧法。實際上是不正确的。真正開弧法有好多優點,但大部分工程不具備開弧法的條件,所以,一般采用填弧法施工。

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開弧法施工示意圖

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開弧法安裝PCCP

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開弧法安裝PCCP

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填弧法安裝PCCP

兩種型式的區别和優缺點:

相同點:都是開挖同樣的溝槽。

不同點:

開弧法是在溝槽120°角高度範圍内先回填、壓實(方便大型設備行走,保證壓實質量),然後再開弧、安裝管道,再按壓實标準分層回填以上部分。

填弧法是先在溝槽内鋪設一層厚度不小于0.3m松散墊層,寬度爲管道外徑的2/3,然後安裝管道,回填中心角120°管基墊層,再按壓實标準分層回填以上部分。

2

管道安裝

管道安裝根據口徑大小、承包人熟練程度常用幾種方法:用吊裝設備直接頂進、專用設備輔助頂進、用牽引設備内拉或外拉。大口徑管道安裝多采用内拉法和專用設備輔助頂進。

要盡量使安裝接縫寬度均勻,以減少累積長度誤差。

對于高工壓大口徑管道,管芯厚度一般偏大,導緻承插口端部剛度偏大,安裝設備不合适容易損壞插口管芯混凝土。

對于堅硬地基設計無砂礫或碎石墊層情況,管道安裝時困難,後期會使PCCP産生裂縫。

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有經驗的管道敷設




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缺乏經驗的管道敷設

主要問題:左右彎曲對使用影響不大,關鍵問題是上下起伏,改變了管線的縱坡,從而改變了排氣閥設置的合理性,問題嚴重。

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管道接頭借轉

PCCP管線轉彎一般采用配件或标準PCCP接頭借轉方式來實現:

利用配件,可以實現任意角度的轉角。

利用異型管中的斜口管、半斜口管可以實現4°和2°的轉角(但目前國内設備不具備生産斜口管、半斜口管能力)。

對于較小角度轉折,可以利用标準PCCP接頭借轉實現。但應考慮預留足夠的接頭變形餘度,不能全部利用。比如說,PCCP最大允許轉角度數爲1.0°,但最大借轉角也不宜大于0.6°或者0.5°。留出地基不均勻沉陷變形或發生地震時接頭變形。

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PCCP水泥砂漿保護層損壞的修複

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規範吊裝-帶保護吊裝繩

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安裝承包人用裸鋼絲繩吊裝損壞PCCP表面環氧煤瀝青塗層



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「」

不規範吊裝

安裝承包人在PCCP運輸和安裝過程損壞水泥砂漿保護層的修複,最好在招标文件中規定由制管承包人修補。如果合同規定由安裝承包人完成,應該規定按制管承包人的作業指導書進行修補,否則修複不規範會留下安全隐患,影響管道壽命。

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某工程安裝承包人修補後的PCCP實例

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溝槽回填

a、回填壓實标準

針對不同回填材料規定壓實指标,如壓實度和相對密度,前者針對黏性土,後者針對無黏性土(砂礫石或砂),在多項工程中混淆。

b、管基墊層

影響安裝、管道結構受力。     

c、分層回填及壓實

現場監理和承包人一定要根據合同技術條款規定,嚴格分層回填,特别是管基墊層區,本身回填壓實難度大,但盡管壓實難度大,就越要嚴格要求。

靠近管周回填料粒徑要求(特别有外防腐塗層的管材)。

管道兩側對稱回填,防止擠偏管道。

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規範的PCCP管溝回填

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不規範的PCCP管溝回填



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不規範的PCCP溝槽回填

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管道系統水壓試驗

1

試驗目的


a、檢驗管材承受内能力;

b、檢驗安裝完成的管道承插口接頭在承受試驗壓力下是否合格;管道焊接接口是否合格;設備接口是否漏水等;

c、檢驗止推設計及施工質量。


2

試驗遵循的标準


a、《給水排水管道工程施工及驗收規範》GB 50268

b、《預應力鋼筒混凝土管道技術規範》SL 702

c、《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗收規範》GB 50766


3

管道水壓試驗分段


按GB 50268   9.1.9規定“管道的試驗長度除本規範規定和設計另有要求外,壓力管道水壓試驗的管段長度不宜大于1.0km;無壓力管道的閉水試驗,條件允許時可一次試驗不超過5個連續井段;對于無法分段試驗的管道,應由工程有關方面根據工程具體情況确定。”

這個規定不切合實際。

大部分工程都不執行或者說沒法執行;

有些工程在招标階段盲目地、死闆教條地執行GB 50268,給後期帶來很多麻煩。


建議結合管道管線地形、壓力、水源等條件确定,招标文件一定載明“由設計确定”

那麽,設計如何确定呢?

a)應結合地形條件;

b)應結合管材及工壓;

c)應結合管道工程止推系統設計;

d)應結合水壓試驗采用的堵頭條件、是否利用檢修閥、是否已在管線系統中安裝了水壓試驗管;

e)應結合水壓試驗水源條件;


   綜合分析了以上各種條件後合理地進行。

4

合格标準


《給水排水管道工程施工及驗收規範》GB   50268規定,水壓試驗合格标準分爲:允許壓力降值和允許滲漏量值。GB 50268是在市政給排水标準基礎上形成的,不适用現在的PCCP接口型式。


GB 50268第9章管道功能性試驗:

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允許滲漏量值法及存在的問題:


a、認爲每個接口沿管徑均勻滲漏,滲漏量與管徑有關。

b、認爲每個接口沿管徑均勻滲漏,且滲漏量與接口數量成正比,與試驗段長度成正比。


從前面我們對SP、PCCP等各種管材材質、接口型式等分析可以看出:以上這兩條假定或者說前提條件都不正确,導緻計算出允許滲漏量偏大。

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四、PCCP工程常見問題及處理

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PCCP工程常見問題:接頭漏水;閥件法蘭接口漏水;止推發生位移導緻接口拉開;PCCP接頭安裝不合格漏水;一條管線中含有兩種以上管材如何進行水壓試驗;易發生接頭漏水或管道結構破壞的情況;彎管接頭與鎮墩(或止推墩)澆築;排氣閥設計或安裝不到位的情況處理;管道埋深;安裝過程漂管;已裝完成後的管道接頭後期打壓不合格問題。

1

接頭漏水

南水北調某配套工程PCCP接口漏水(地基變形、試驗壓力偏大導緻)

2

閥件法蘭接口漏水

有些工程發生蝶閥與伸縮節法蘭接口嚴重漏水,漏水原因大部分爲安裝問題,少數爲法蘭盤強度、剛度不滿足。對于安裝問題可松開全部螺栓,重新均勻緊固;法蘭盤強度、剛度不滿足屬于設計或制作缺陷。但下圖中某工程接頭漏水的處理方式不可取。

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某工程接頭漏水的不可取處理方式

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止推發生位移導緻接口拉開

1)某輸水管道工程試壓過程中上凸彎頭脫落;

2)某PCCP輸水工程止推墩發生較大位移,導緻接口漏水;屬于工程缺陷,應針對性地進行處理。

4

PCCP接頭安裝不合格漏水

國内PCCP接頭水壓試驗不合格的實例很多,如,某工程小口徑PCCP輸水工程,其中一個接口兩道膠圈安裝均不到位,已出現嚴重漏水現象。但管道整體水壓試驗時,按允許滲漏量标準判定合格,按允許壓力降标準判定不合格。

5

一條管線中含有兩種以上管材如何進行水壓試驗

按GB 50268中9.1.8 規定執行。

1)穿河段;

2)穿鐵路、高等級公路;

3)水平定向鑽、頂管或沉管。

GB 50268 9.1.8管道采用兩種(或兩種以上)管材時,宜按不同管材分别進行試驗;不具備分别試驗的條件必須組合試驗,且設計無具體要求時,應采用不同管材的管段中試驗控制最嚴的标準進行試驗。

建議分不同情況進行實施,如沉管、水平定向鑽拖管和頂套管内穿管,應在實施前進行水壓試驗。

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易發生接頭漏水或管道結構破壞的情況

1)軟硬岩變化處;應做好過渡段設計與施工。

2)岩基敷設管道且未設墊層或墊層設置不合

理。

3)管基、管側回填質量差。

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彎管接頭與鎮墩(或止推墩)澆築

某工程鎮墩澆築未按設計圖紙澆築,導緻後期管道失事。

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不正确的鎮墩澆築

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排氣閥設計或安裝不到位的情況處理

排氣閥設置事關工程安全運行,發現後應及時增設。

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管道埋深

某工程管線穿過一片麥田,由于測量錯誤将管線整體擡高50cm,導緻管道埋深由原設計的2.0m減少到1.5m,考慮已經滿足了凍土深度,故業主爲了施工進度,決定就按1.5m埋深安裝。建成後對工程安全運行沒影響,但農民每年都找管理單位的麻煩。所以,原設計2.0m是有道理的。

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安裝過程漂管

高地下水區域或雨季常發生。

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雨季或高地下水區漂管

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安裝完成後的管道接頭後期打壓不合格問題

國内有多項工程發生過管道接頭後期打壓不合格問題,原因也是多方面的,處理措施應針對實際情況進行區别對待。

總之,設計、制作、安裝、回填都把好質量關,相信PCCP行業在我國會更加健康地發展。

來源:PCCP質量創新工作委員會(公衆号)

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