(天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 天津 300061)

天津南水北調(diào)中線市內(nèi)配套PCCP制造與質(zhì)量控制措施

楊釗

(天津市水務(wù)工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站， 天津 300061)

本文以南水北調(diào)工程PCCP管制造的質(zhì)量監(jiān)督工作為例，對(duì)PCCP管原材料的質(zhì)量、生產(chǎn)工序質(zhì)量、廠內(nèi)試驗(yàn)以及成品管的質(zhì)量等環(huán)節(jié)進(jìn)行了論述。通過(guò)對(duì)PCCP原材料和制作工序等進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，保證了管道的穩(wěn)定和運(yùn)行安全。

PCCP制造； 質(zhì)量； 控制

天津市南水北調(diào)中線濱海新區(qū)供水工程起自天津干線末端擬建的曹莊泵站，終點(diǎn)為北塘水庫(kù)和大港區(qū)水廠，擬采用內(nèi)徑1.8～2.8m的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPE)和鋼管輸水形式，其中PCCP約占80%。為了有效控制PCCP管的生產(chǎn)質(zhì)量，需要對(duì)PCCP管制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制。本文從質(zhì)量控制入手，結(jié)合從事南水北調(diào)工程PCCP管制造的質(zhì)量監(jiān)督工作經(jīng)驗(yàn)和工作體會(huì)，介紹PCCP管原材料的質(zhì)量控制、PCCP管生產(chǎn)工序質(zhì)量控制、PCCP管的廠內(nèi)試驗(yàn)控制以及成品管的質(zhì)量控制方法。通過(guò)對(duì)PCCP原材料、制作工序(包括承插口焊接、 鋼筒制造、管芯成型及養(yǎng)護(hù)、纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲和輥射)等進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì) PCCP 質(zhì)量的有效控制。

1 原材料的質(zhì)量控制

PCCP管質(zhì)量在很大程度上取決于原材料，要想把好質(zhì)量關(guān)，就要嚴(yán)格控制好原材料的質(zhì)量。主要包括：水泥、水、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑、承插口型鋼、鋼筒薄鋼、高強(qiáng)鋼絲、橡膠圈、防腐材料等。由于材料品種多、用量大，質(zhì)量變異的可能性增大，只有在原材料質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，才能保證管道質(zhì)量并加快生產(chǎn)進(jìn)度。

1.1 原材料特殊要求

鑒于工程的重要性，對(duì)PCCP管的主要原材料指標(biāo)提出了更高、更明確的規(guī)定：

1.1.1 水泥

天津市南水北調(diào)中線濱海新區(qū)供水工程全線經(jīng)過(guò)地區(qū)均為結(jié)晶類硫酸鹽地下水類型，且75%以上具有強(qiáng)腐蝕性，其余為中弱腐蝕性。土壤電阻率測(cè)試值幾乎均在10 Ω·m 以下，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕為強(qiáng)腐蝕。土壤中氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕為中等腐蝕。為避免PCCP發(fā)生堿活性破壞或者鋼材腐蝕，用于管芯混凝土及保護(hù)層砂漿的水泥應(yīng)采用滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB175—2007)【1】標(biāo)準(zhǔn)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度不低于42.5MPa，同時(shí)堿含量不大于0.6%，C3A含量不大于8%。

1.1.2 骨料

粗、細(xì)骨料除滿足國(guó)標(biāo)要求外，還應(yīng)采用非堿活性骨料，細(xì)骨料質(zhì)地應(yīng)堅(jiān)硬整潔、級(jí)配良好，砂料的細(xì)度模數(shù)在2.4～2.6范圍內(nèi)，含泥量不大于1%，不允許有泥塊含量，且符合《建設(shè)用砂》(GB 14684—2011)標(biāo)準(zhǔn)【2】。碎石最大粒徑為25mm，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%，針片狀含量小于15%，且符合《建設(shè)用卵石、碎石》(GB 14685—2011)標(biāo)準(zhǔn)【3】。同時(shí)每m3混凝土中堿含量不大于2.5kg，禁止使用堿活性骨料。

1.1.3 外加劑

所用外加劑應(yīng)符合《混凝土外加劑》(GB/T 8076—2008)標(biāo)準(zhǔn)【4】，不應(yīng)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生有害影響。嚴(yán)格控制氯離子含量，以保證混凝土、砂漿保護(hù)層中水溶性氯離子含量不超過(guò)水泥重量0.06%。

1.1.4 預(yù)應(yīng)力鋼絲

采用冷拉鋼絲，鋼絲力學(xué)性能滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》(GB/T 5223—2002)【5】的規(guī)定。按設(shè)計(jì)預(yù)定的拉力值，在管芯外壁均勻纏繞一層或多層后，采用錨固塊牢牢固定在管芯兩端；預(yù)應(yīng)力鋼絲應(yīng)表面光滑，無(wú)銹斑、剝蝕、微孔、橫向裂縫、壓痕、劃傷等缺陷，直徑偏差為±0.05mm，最小抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于1470MPa，反復(fù)彎曲不低于5次，同時(shí)避免鋼絲發(fā)生氫脆性破壞，必須滿足氫脆性靈敏度檢驗(yàn)的要求。

1.1.5 膠圈

PCCP管承插口采用雙道密封圓形實(shí)心橡膠圈止水，膠圈的材質(zhì)采用聚異戊二烯材料，膠圈直徑為(20±0.02)mm，抗拉強(qiáng)度不小于18.6MPa，伸長(zhǎng)率不小于400%，表面光滑，無(wú)砂眼、凹坑、氣泡及其他缺陷。

1.1.6 防腐涂料

管道的防腐材料采用超厚膜重防腐蝕環(huán)氧煤焦瀝青，其各種性能指標(biāo)都應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

1.1.7 鋼板

薄鋼筒嵌入在內(nèi)外層管芯混凝土之間，厚度不得小于1.5mm，屈服強(qiáng)度不應(yīng)低于215MPa。

1.2 原材料的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

1.2.1 原材料供應(yīng)單位的資質(zhì)審查

PCCP生產(chǎn)廠家將材料供應(yīng)單位的相關(guān)資質(zhì)報(bào)監(jiān)造單位，監(jiān)造單位對(duì)供應(yīng)單位的資質(zhì)進(jìn)行審查，在審查前會(huì)同相關(guān)單位對(duì)材料生產(chǎn)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，確定其生產(chǎn)能力能否滿足工程需要。同時(shí)原材料供應(yīng)單位的資質(zhì)要在監(jiān)督站進(jìn)行備案。

1.2.2 原材料的檢驗(yàn)

生產(chǎn)管材前，生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及合同相關(guān)規(guī)定，編制檢測(cè)方案，明確檢測(cè)內(nèi)容、方法、標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)量。監(jiān)造單位對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料的合格證及材質(zhì)證明進(jìn)行核準(zhǔn)，PCCP生產(chǎn)廠家按合同規(guī)定的數(shù)量、試驗(yàn)方法對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)合格后的原材料方可用于PCCP管的生產(chǎn)。

2 PCCP管生產(chǎn)工序質(zhì)量控制

PCCP管生產(chǎn)工序分為：承、插口環(huán)的生產(chǎn)，鋼筒的制作、焊接，管芯混凝土澆筑，纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，輥射水泥砂漿保護(hù)層，保護(hù)層砂漿防腐等。

2.1 承、插口環(huán)的生產(chǎn)

承插口鋼環(huán)是管材連接、止水的重要部件，也是PCCP管道最薄弱的部位，用承口鋼板與插口異型鋼制成，屈服強(qiáng)度應(yīng)不低于205MPa，在管體兩端承插口范圍內(nèi)與鋼筒焊接而成?？刂坪贸胁蹇诃h(huán)的生產(chǎn)質(zhì)量，最關(guān)鍵的是承插口尺寸及兩者之間的配合間隙。在配有定型膠圈時(shí)能夠保證接頭自動(dòng)對(duì)中，并確保管材在各種設(shè)計(jì)工況條件及規(guī)定試驗(yàn)條件下不漏水；承插口的直徑和允許偏差必須控制在±0.5mm內(nèi)，管道承插口的最大橢圓度偏差控制在0.5%以內(nèi)。

2.2 鋼筒的制作

鋼筒是管體防滲的主要部分，因此鋼筒的焊縫必須承受一定的壓力而不滲水。根據(jù)技術(shù)要求規(guī)定鋼筒的厚度為1.5mm，表面凹凸與基準(zhǔn)面偏差應(yīng)小于10mm，生產(chǎn)鋼筒時(shí)，采用搭接直縫焊，焊縫可為縱向縫，嚴(yán)禁出現(xiàn)十字形焊縫。鋼筒卷制過(guò)程中必須確保鋼板搭接尺寸和緊密接觸。鋼筒生產(chǎn)完成后，須進(jìn)行靜水壓試驗(yàn)，在達(dá)到0.23MPa檢驗(yàn)壓力后，恒壓3min，檢查所有焊縫是否漏水。如有滲漏必須卸除水壓，對(duì)滲漏處進(jìn)行補(bǔ)焊。

2.3 管芯混凝土澆筑

PCCP管芯混凝土的作用是承受內(nèi)水壓及外載荷，若抗?jié)B性不能滿足設(shè)計(jì)要求，在內(nèi)外壓力作用下，長(zhǎng)期處于保水狀態(tài)，將有可能發(fā)生滲漏，造成預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筒的腐蝕，影響安全性及耐久性，因此必須嚴(yán)格控制混凝土的澆注質(zhì)量。根據(jù)美國(guó)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土壓力官》(AWWA301-99)【6】技術(shù)要求，管芯的厚度不小于管道直徑的1/16，因此南水北調(diào)管道的最小壁厚在250mm以上，混凝土的抗壓強(qiáng)度不低于50MPa。為保證管道的經(jīng)濟(jì)性，在保證強(qiáng)度的前提下，合理使用水泥，減少水化熱，在澆筑之前需要進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)。管芯澆筑過(guò)程中，鋼筒內(nèi)外混凝土上料高度的高差要控制在500mm以內(nèi)；蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)按要求控制好溫度和蒸養(yǎng)時(shí)間，升溫速度小于22℃/h，恒溫時(shí)間要達(dá)到規(guī)定12h的要求；嚴(yán)禁在管芯成型后6h內(nèi)脫模，養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)的溫度控制在30～50℃之間。拆模時(shí)要控制管芯混凝土溫度和環(huán)境溫度差小于20℃，以避免管芯混凝土出現(xiàn)裂縫。管材內(nèi)表面出現(xiàn)的環(huán)向裂縫或螺旋狀裂縫寬度應(yīng)不大于0.25mm(浮漿裂縫除外)；距管材插口端300mm范圍內(nèi)出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度應(yīng)不大于0.5mm；成品管材內(nèi)表面沿管材縱軸線的平行線成15°夾角范圍內(nèi)不允許存在長(zhǎng)度大于150mm的縱向可見裂縫。

2.4 纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲

管道纏絲作業(yè)是管道質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，鋼絲纏繞質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到管道承受水壓的高低，影響管道的工作狀況。管道纏絲工序是管道生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制的一個(gè)重點(diǎn)。纏絲前管芯混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于28MPa，同時(shí)纏絲對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力應(yīng)不超過(guò)22MPa；嚴(yán)格控制鋼絲接頭的綁扎和端部鋼絲錨固作業(yè)；每節(jié)管道纏絲預(yù)應(yīng)力必須滿足設(shè)計(jì)要求，整個(gè)過(guò)程拉力的波動(dòng)范圍不得大于設(shè)計(jì)值的±5%。纏絲螺距在任何一段600mm范圍內(nèi)不得低于設(shè)計(jì)要求的圈數(shù)，任何一段最小纏絲螺距不得小于鋼絲直徑，最大中心間距不得大于38mm。鋼絲接頭必須使用機(jī)械綁扎，且鋼絲接頭保持平直，不得扭翹，鋼絲接頭距離管端的距離不應(yīng)小于300mm。同時(shí)在纏絲的過(guò)程中連續(xù)噴射水泥凈漿，以便對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲防腐起到臨時(shí)的保護(hù)作用。

2.5 輥射水泥砂漿保護(hù)層

工程沿線水土呈中—弱堿性，含硫酸鹽、氯化物，土壤電阻率低，對(duì)PCCP外壁砂漿和鋼結(jié)構(gòu)均具有較強(qiáng)的腐蝕作用。砂漿保護(hù)層的作用是保護(hù)高強(qiáng)鋼絲免受侵蝕破壞，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到管道使用壽命和工程效益發(fā)揮。砂漿保護(hù)層采用輥射法。保護(hù)層厚度應(yīng)不小于25mm，刮平過(guò)程應(yīng)確保砂漿不被擾動(dòng)，強(qiáng)度、密實(shí)度不被降低，輥射保護(hù)層過(guò)程應(yīng)連續(xù)噴射水泥凈漿，輥射水泥漿時(shí)管芯的表面溫度不低于2℃。每班均應(yīng)進(jìn)行砂漿吸水率測(cè)定，吸水率試驗(yàn)的平均測(cè)定值應(yīng)不超過(guò)9%，單塊的吸水率應(yīng)不超過(guò)11%，保護(hù)層水泥砂漿28d齡期的立方體強(qiáng)度不得低于45MPa，管材外保護(hù)層不應(yīng)出現(xiàn)任何空鼓、分層及剝落現(xiàn)象。

2.6 保護(hù)層砂漿防腐

根據(jù)PCCP管道所處的土壤環(huán)境，為了降低土壤中的有害物質(zhì)對(duì)管道的損傷，減少外界有害物質(zhì)對(duì)砂漿的侵蝕，延長(zhǎng)管道的使用壽命，在砂漿的外面進(jìn)行厚漿型環(huán)氧煤瀝青涂層防腐處理。涂層的厚度為600μm，采用高壓噴涂工藝，并利用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行干膜厚度的檢查。承插口接頭鋼圈表面設(shè)有厚度為200μm環(huán)氧飲水艙漆防腐層。該工程所使用PCCP保護(hù)層砂漿外表面均采用環(huán)氧煤瀝青涂料防腐層。增設(shè)環(huán)氧煤瀝青外防腐層后，不得降低保護(hù)層砂漿的厚度、強(qiáng)度、吸水率等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 PCCP管的廠內(nèi)試驗(yàn)控制

該工程使用的PCCP管在出廠前必須分批抽樣進(jìn)行抗裂檢驗(yàn)，即供貨方每生產(chǎn)出100根管就應(yīng)隨機(jī)抽出1根進(jìn)行抗裂試驗(yàn)。PCCP管型式試驗(yàn)包括：三點(diǎn)法荷載試驗(yàn)、內(nèi)水壓試驗(yàn)、接頭密封試驗(yàn)和接頭轉(zhuǎn)角試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)方法

a.內(nèi)壓法。選取不同的工壓、最大覆土的標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行內(nèi)水壓的試驗(yàn)。把試驗(yàn)管放到試驗(yàn)裝置中去，充滿水浸泡24h，使管道內(nèi)部混凝土充分吸水；再采用經(jīng)過(guò)率定的壓力泵(規(guī)格、型號(hào)應(yīng)與試驗(yàn)壓力相配套)加壓，壓力遞增速度為0.2MPa/min，直至壓力達(dá)到試驗(yàn)壓力，停止加壓。試驗(yàn)壓力作用下保持恒壓至少5min，管體不得出現(xiàn)爆裂、局部凸起或其他滲漏現(xiàn)象，管體預(yù)應(yīng)力區(qū)水泥砂漿保護(hù)層不應(yīng)出現(xiàn)長(zhǎng)度大于300mm，寬度大于0.25mm的裂縫或其他剝落現(xiàn)象。

b.外壓法。可采用三點(diǎn)法檢驗(yàn)管子的外壓抗裂性能。在設(shè)定壓力作用下，管體預(yù)應(yīng)力水泥砂漿保護(hù)層不應(yīng)出現(xiàn)長(zhǎng)度大于300mm、寬度大于0.25mm的裂縫或其他剝落現(xiàn)象，管子內(nèi)部不得開裂。

3.2 試驗(yàn)壓力值

內(nèi)壓法或外壓法的試驗(yàn)壓力值均應(yīng)滿足確認(rèn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3.3 接頭密封和轉(zhuǎn)角試驗(yàn)

根據(jù)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)【7】第6.3.6條規(guī)定：“公稱直徑2200mm及2600mm的雙膠圈接頭PCCP允許相對(duì)轉(zhuǎn)角為0.5°”，但該條的表6又規(guī)定：“依管線工程實(shí)際情況，在進(jìn)行管子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)增加管子接頭允許相對(duì)轉(zhuǎn)角”。生產(chǎn)廠家應(yīng)對(duì)規(guī)定的管口尺寸作適當(dāng)、合理調(diào)整，使之在滿足抗?jié)B且便于安裝的條件下，接頭允許相對(duì)轉(zhuǎn)角增大至不小于1.5°。

管道的型式試驗(yàn)，必須有生產(chǎn)廠家、設(shè)計(jì)院、監(jiān)造單位、建設(shè)單位、監(jiān)督單位的代表共同參加，確保試驗(yàn)的過(guò)程和結(jié)果符合規(guī)范的要求，同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)和工藝的正確性?！?】

4 成品管的質(zhì)量控制

由于生產(chǎn)過(guò)程中的下道工序可能對(duì)上道工序造成一定的影響，以及管芯工序受模具質(zhì)量的影響，可能產(chǎn)生不合格產(chǎn)品。因此為防止不合格的產(chǎn)品進(jìn)入安裝現(xiàn)場(chǎng)，給工程質(zhì)量造成隱患，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行成品管質(zhì)量檢驗(yàn)。

出廠驗(yàn)收是全面檢查管道質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)質(zhì)量追溯表，整理每節(jié)管道生產(chǎn)用原材料檢驗(yàn)報(bào)告，工序生產(chǎn)質(zhì)量記錄，工序產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告(混凝土強(qiáng)度報(bào)告、砂漿保護(hù)層強(qiáng)度報(bào)告，砂漿吸水率報(bào)告)，成品管檢驗(yàn)報(bào)告，報(bào)監(jiān)造進(jìn)行審查合格后，簽發(fā)產(chǎn)品出廠合格證書。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，只有在PCCP管制造過(guò)程中嚴(yán)格控制好每一個(gè)環(huán)節(jié)及各道施工工序，同時(shí)制定完善的質(zhì)量保證體系和質(zhì)量控制措施，才能有效地控制PCCP管的制造質(zhì)量，打造精品工程。

[1] GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[S].

[2] GB 14684—2011建設(shè)用砂[S].

[3] GB 14685—2011建設(shè)用卵石、碎石[S] .

[4] GB/ T8076—2008混凝土外加劑[S].

[5] GB/T 5223—2002預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲[S].

[6] ANSI/AWWAC301預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土壓力管[S].

[7] GB/T 19685—2005預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管[S].

[8] 天津市南水北調(diào)工程建設(shè)委員會(huì)辦公室.天津市南水北調(diào)工程預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)管道工程優(yōu)質(zhì)管材評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

Tianjin South-.to-.North Water Transfer Midline Municipal Supporting PCCP Manufacturing and Quality Control Measures

YANG Zhao

(TianjinWaterWorksConstructionQualityandSafetySupervisionCenterStation,TianjinZipcode300061,China)

In the paper, quality supervision work of PCCP pipe manufacturing in South-.to-.North Water Transfer is adopted as an example. PCCP pipe raw material quality, production procedure quality, factory testing, quality of the finished pipe and other aspects were discussed. PCCP raw materials, manufacturing procedure and other links are strictly controlled, thereby ensuring pipeline stability and operation safety.

PCCP manufacturing; quality; control

TV52

A

1005-4774(2014)10-0000-03