李杰

摘要：為了能夠有效的提高鋼筒混凝土管的安全性能，本文通過對PCCP裂縫產生的機理、分類以及國內外的裂縫控制規(guī)范進行分析，從設計、原材料、生產工藝、吊裝運輸、后期養(yǎng)護等進行裂縫控制機理分析。

關鍵詞：預應力鋼筒混凝土管，裂縫，控制，措施

引言

預應力鋼筒混凝土PCCP在我國的工程應用領域占據著很重要的作用[1-2]。由于受到整體的技術水平以及惡劣環(huán)境的影響，尤其是在運輸環(huán)節(jié)與生產過程中，不良的養(yǎng)護手段以及生產工藝設計，會造成PCCP很容易出現一些安全性問題，其中管道內襯混凝土很容易產生裂縫問題，對PCCP安全性能產生很大影響。裂縫問題即使通過對管芯制作流程優(yōu)化、混凝土選料與配比最優(yōu)，養(yǎng)護等措施處理，但是該問題也會出現。在PCCP管道的正常工作中，由于受到內外載荷的作用，很容易受到內外擠壓力產生裂縫，當該問題出現后，會造成鋼絲與鋼筒發(fā)生腐蝕，整個鋼筒的結構承載性能下降，鋼筒的整體壽命下降，很容易發(fā)生爆管安全問題。因此對預應力鋼筒混凝土管裂縫控制機理進行分析具有重要的工程意義。

1. PPCP裂縫產生的原因與控制標準

1.1.裂縫成因分析

對于PCCP來講，有兩種型式，分別為PCCPE和PCCPL兩種，由于其生產與制作的工藝的不同，造成其裂縫的形式也不同。由于PCCPE具有更廣泛的應用范圍，裂縫出現更為明顯，且后果更加嚴重，為此本文將對PCCPE裂縫的成因進行分析。

對于該型號鋼筒內壁裂縫可以分為沿管道縱軸線呈15度內的縱向裂縫與靠近插口處的環(huán)向裂縫。其中第一種裂縫主要的成因在于受到外力的作用下或者養(yǎng)護方法不合理造成管芯混凝土性能下降形成裂縫；第二種裂縫成因在于受到管道纏絲后具有一定的拉應力，混凝土位于插口處厚度不足以及吊運環(huán)節(jié)、養(yǎng)護不合理等原因造成。

1.2.裂縫分類

1.2.1.干燥收縮裂縫。此裂縫主要是由水泥石的脫水收縮造成的，管道在脫模后，水泥石的內部毛細孔表面張力增大，以及在凝膠孔隙里的吸附水被蒸發(fā)引起收縮現象。干縮裂縫可以導致貫穿性裂縫和表面性裂縫的發(fā)生。

1.2.2.應力裂縫。此裂縫的產生與鋼筒卷制方式有關，因鋼筒合縫約束混凝土的收縮，使采用螺旋焊鋼筒的管芯產生螺旋式裂縫，采用拼接制鋼筒的管芯形成縱向裂縫。

1.2.3.插口裂縫。此裂縫一般產生于鋼圈和鋼筒搭接處，一般為橫向環(huán)狀裂縫。在現場打壓試驗中，插口裂縫會使管道發(fā)生串皮，不利于管道的正常使用。

1.3.裂縫的國內外控制標準

目前國內設計、制造及安裝PCCP主要參考ANSI/AWWA C301和ANSI/AWWAC304、AWWA M9，以及國內GB/T 19685及CECS 140等相關標準。

管道在通水后，管芯內表面裂縫發(fā)生自愈合，這屬于混凝土的一種特性。因此，管道內表面的環(huán)向裂縫只要符合下述條件均能自愈合：①有充足的水分；②引起環(huán)向開裂的作用力消失；③在無滲漏時，裂縫寬度不大于1.5mm；有滲泄時，裂縫寬度不大于0.5mm。PCCPE不存在滲泄，因此裂縫寬度不大于1.5mm時，同時存在上述兩個條件，此裂縫就可以自愈合。實際工程表明，裂縫一般在通水后1-2個月內愈合，正常運行中管道的使用性能與完好管道相同。

2.PCCPE 內表面裂縫控制措施

管道裂縫成因較復雜，相關的質量控制存在爭議，要對裂縫實施有效的控制措施需要從設計、原材料控制、制造工藝、后期養(yǎng)護及裝載運輸等各個方面進行。

2.1.從設計上進行設計控制

國內生產設計的PCCP大多采用ANSI/AWWA C301和ANSI/AWWA C304及AWWA M9等相關標準。因此在設計時，嚴格遵照相關規(guī)范的規(guī)定，控制管道開裂。ANSI/AWWAC304中有13條控制準則，都必須符合準則要求。如果設計采用國內標準CECS 140：2011，需要對在正常使用狀態(tài)下的標準組合和準永久組合進行控制開裂計算，必須滿足裂縫控制要求。

2.2.從原材料上進行控制

合格的原材料是生產PCCP的基礎，同時混凝土技術又是PCCP生產的關鍵技術之—，混凝土的質量直接影響到管道的質量。因此，PCCP生產前，必須對原材料的質量嚴格控制，對水泥、砂石骨料、高強鋼絲和鋼板、密封膠圈等原材料的進行嚴格的檢查。

2.3.從生產工藝過程上進行控制

PCCP生產工藝過程包括管芯成型、混凝土拌制、鋼筒制作、預應力鋼絲纏絲及砂漿保護層輥射等。對各個生產工藝的過程進行嚴格的控制，比如承插口鋼板圈的脹圓尺寸；承插口鋼圈和鋼筒焊接時的端面傾斜度等。此外，在管道插口端內壁混凝土成型過程中，放置適量的縱向加強鋼筋是為了加強管芯內壁混凝土抗拉區(qū)域的配筋面積，鋼筋長度為500-600mm，間距為50-100mm。

2.4.從后期養(yǎng)護上進行控制

加強混凝土的澆水養(yǎng)護，比如增加澆水的次數，延長澆水的時間。對炎熱或干燥等不利環(huán)境，應釆取綜合保護措施，比如砂漿保護層最小的含水量為干料總重的7.5%；在管道的外圍加養(yǎng)護罩以阻止砂漿保護層中的水分蒸發(fā)，養(yǎng)護罩應為淺色；在管外壁涂刷白色涂料或其他材料以減少陽光輻射。上述措施可以單獨或者組合應用，根據各工程的實際情況而定。

2.5.從吊裝運輸上進行控制

管芯脫模時，避免吊運造成的沖擊破壞和碰撞，否則表面會出現裂縫。搬運過程中，必須使用尼龍帶、寬帆布吊索、寬加墊叉斗以及經過特殊設計的滑動墊木裝車設備。長途運輸時，管道的承插口端要妥善包扎，以防滾動破壞。

3.結語

對于PCCPE來講，其在生產與運行管理的環(huán)節(jié)，出現裂縫問題是不可避免的，一般來講一定范圍內的環(huán)形裂縫對鋼筒管的性能以及安全性的影響較小，且能夠對內壁裂縫的自動愈合很有利。為此，PCCPE管道經過一段運行和回水養(yǎng)護過程后，內壁環(huán)向裂縫能夠愈合。通過從設計、原材料、生產工藝、吊裝運輸、后期養(yǎng)護等方面，全面的對管道進行質量控制，提高管道的運行壽命具有重要的作用。

參考文獻：

[1] 孫紹平，王貫明.預應力鋼筒混凝土管的特性[J].市政技術，2006，24 （2）：121-125.

[2] 張社榮.預應力鋼筒混凝土管（PCCP）設計方法探討[J].水利水電技術，2005，（4）：53-55.

[3] 胡少偉. 超大口徑預存裂縫的預應力鋼筒混凝土管結構分析與試驗研究[J].水利學報，2010，41（7）：876-881.