沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110180）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的型式試驗檢測方法

沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110180）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)，是一種新型的鋼性管材，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性，廣泛應(yīng)用于市政及水利行業(yè)等的長距離輸水工程等。文中預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的質(zhì)量檢測采用外荷載三點(diǎn)法外荷載試驗和內(nèi)水壓試驗方法進(jìn)行檢驗檢測，試驗成果符合設(shè)計要求，滿足工程需要。

PCCP；三點(diǎn)法荷載試驗；內(nèi)水壓試驗；接頭轉(zhuǎn)角試驗；型式試驗

1 工程概況

遼寧省某重點(diǎn)工程預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管采購六管廠位于阜新市阜蒙縣大巴鎮(zhèn)杜代營子村，中標(biāo)單位為山東龍泉管道工程股份有限公司，中標(biāo)價總額為13.958億元人民幣。

管廠規(guī)劃用地440 887 m2，長1 148 m，寬400 m，總建筑面積17 500 m2。購置各種主要生產(chǎn)設(shè)備262臺套；主要試驗設(shè)備466臺套。

管廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)管徑DN3400的管道長度87.523 km，標(biāo)準(zhǔn)管共計17 110節(jié)；管徑DN3800的管道長度80.72 km，標(biāo)準(zhǔn)管共計16 001節(jié)，管道總長度168.243 km，PCCP標(biāo)準(zhǔn)管共計33 111節(jié)，各類管件共計810節(jié)。管道內(nèi)壓0.6～1.4 MPa，管道覆土深度1.5～10.0 m。

管廠3條PCCP主生產(chǎn)線、2座鋼筒車間、1條管配件（含頂管）生產(chǎn)線及其他輔助設(shè)施，年生產(chǎn)能力90km/年，占地面積和產(chǎn)能均創(chuàng)亞洲之最。

2 PCCP管及其用途

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管簡稱PCCP，是一種新型的鋼性管材。它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊在一起，承插口有凹槽和膠圈形成了滑動式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。廣泛應(yīng)用于長距離輸水干線、壓力倒虹吸、城市供水工程、有壓輸水管線、電廠循環(huán)水工程下水管道、壓力排污干管等。隨著PCCP管材應(yīng)用越來越廣泛，對管材內(nèi)在質(zhì)量的要求也越來越高，除了在生產(chǎn)過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制之外，對成品管材的質(zhì)量檢驗就顯得尤為重要。由于管材是分節(jié)制造的，不可能對管材逐節(jié)進(jìn)行檢驗，按照一定的管材批量進(jìn)行相關(guān)檢驗，進(jìn)行試驗的管材能夠準(zhǔn)確地反映該批管材的總體質(zhì)量情況，保證該批管材的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 型式試驗檢測方法

型式試驗即是為了驗證產(chǎn)品能否滿足技術(shù)規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗。它既是新產(chǎn)品鑒定中必不可少的一個環(huán)節(jié)，也是定型后產(chǎn)品在有改進(jìn)時或經(jīng)過一定時效后需要進(jìn)行的一種全面性能試驗。型式試驗的依據(jù)是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

型式檢驗前提：合同范圍內(nèi)的管材在批量生產(chǎn)前及出現(xiàn)以下情況之一時，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗：

1）正式生產(chǎn)后，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絲層數(shù)改變、水泥品種或來源改變、外加劑作重大調(diào)整、對規(guī)定的養(yǎng)護(hù)工藝作重大調(diào)整等情況之一，有可能影響產(chǎn)品性能時；

2）管材停產(chǎn)半年以上恢復(fù)生產(chǎn)時；

3）出廠結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異，工程師認(rèn)為有必要時；

4）國家質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出進(jìn)行型式檢驗要求時。

3.1 三點(diǎn)法荷載試驗

三點(diǎn)法荷載試驗，就是通過上支承梁三點(diǎn)同步施加荷載，通過機(jī)械壓力的傳遞，試驗管的裂縫荷載和破壞荷載。并對其試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析的試驗過程。試驗裝配、加載過程、數(shù)據(jù)記錄嚴(yán)格按照GB/16752中要求進(jìn)行。

注意事項：試驗壓力下管體預(yù)應(yīng)力區(qū)水泥砂漿保護(hù)層不應(yīng)出現(xiàn)長度大于300 mm、寬度大于0.25 mm裂縫或局部剝落現(xiàn)象，管材內(nèi)壁不得開裂。

3.1.1 試驗設(shè)備、材料

設(shè)備為外壓試驗機(jī)、壓力表、讀數(shù)顯微鏡。試驗用管為工況相同的標(biāo)準(zhǔn)管10根，由監(jiān)理人隨機(jī)抽取一根進(jìn)行試驗，管齡期不少于28 d。

3.1.2 試驗步驟

1）檢查設(shè)備狀況，設(shè)備無故障時方可使用；

2）用標(biāo)準(zhǔn)管放在外壓試驗裝置2個平行的下支承梁上，然后將上支承梁放在試驗管上，使試驗管與上、下支承梁的軸線相互平行，并確保上支承梁能在通過上、下支承梁中心線的垂直平面內(nèi)自由移動，上、下支承梁應(yīng)覆蓋試驗管平直段全長，加荷點(diǎn)在平直段的中點(diǎn)；

3）通過上支承梁加荷，采用三點(diǎn)同步加荷；

4）開動油泵，使加壓板與上支承梁接觸，施加荷載于上支承梁，加荷速度約30 kN/（m·min）；

5）連續(xù)勻速加荷至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的裂縫荷載的80%，保持1 min，觀察有無裂縫，用讀數(shù)顯微鏡測量其寬度，若沒有裂縫或裂縫較小，繼續(xù)按裂縫荷載的10%加荷，保持1 min，加荷至裂縫荷載，保持3 min，若裂縫寬度仍小于0.2 mm，需測定裂縫荷載時，繼續(xù)按裂縫荷載的5%分級加荷，每級保持3 min直至裂縫寬度達(dá)到或超過0.2 mm，并記錄破壞荷載；

6）裂縫寬度達(dá)到0.2 mm時的荷載為管的裂縫荷載，加壓結(jié)束時裂縫寬度達(dá)到0.2 mm，裂縫荷載為該級荷載值，加壓結(jié)束時裂縫寬度超過0.2 mm，裂縫荷載為前一級的荷載值。

3.1.3 外壓荷載計算

按GB/T19685標(biāo)準(zhǔn)6.3.5計算外壓荷載值

式中：Pc——管的抗裂外壓檢驗荷載，kN/m；D0——管內(nèi)徑，mm；tc——管芯壁厚，包括鋼筒厚度，mm；ω——管壁截面受拉邊緣彈性抵抗矩折算系數(shù)；Ap——每米管長度環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲面積，mm2；σpe——環(huán)向鋼絲最終有效預(yù)加應(yīng)力，N/ mm2；An——每米管長度管壁截面管芯混凝土、鋼筒、鋼絲及砂漿保護(hù)層折算面積，mm2；α——控制砂漿開裂系數(shù)，取1.06；ftk——管芯混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2。

不同荷載管材的計算結(jié)果見表1。

表1 外壓荷載計算成果表

3.2 內(nèi)水壓試驗

3.2.1 試驗設(shè)備、材料

設(shè)備為內(nèi)壓試驗機(jī)、壓力表、高壓泵。試驗用管為工壓1.0 MPa覆土6 m的標(biāo)準(zhǔn)管1根，管齡期不宜少于14 d。

3.2.2 試驗步驟

1）檢查水壓試驗機(jī)壓力表的量程是否滿足管的檢驗壓力要求，檢查水壓機(jī)的狀況，清理堵頭，確認(rèn)設(shè)備正常后，方可開始試驗；

2）清理管的承口和插口工作面，安裝圓形橡膠密封圈，將管放置在水壓試驗機(jī)上，管就位后，鎖緊水壓試驗機(jī)的加壓堵頭；

3）向管內(nèi)充水直到排凈管內(nèi)的空氣，浸泡24 h，然后按0.2 MPa的速度均勻升壓至規(guī)定的檢驗壓力，恒壓15 min；

4）在恒壓狀態(tài)下，檢查管體若無爆裂、局部凸起或出現(xiàn)其他滲漏現(xiàn)象，管體預(yù)應(yīng)力水泥砂漿保護(hù)層沒有出現(xiàn)長度大于300 mm、寬度大于0.25 mm的裂縫或其他的剝落現(xiàn)象，則該管道判定為合格。

3.2.3 內(nèi)水壓試驗壓力計算

按GB/T19685標(biāo)準(zhǔn)6.3.4計算抗裂檢驗內(nèi)壓

式中：Pt——管的抗裂檢驗內(nèi)壓，MPa；b——管軸向計算長度，1 000 mm；r0——管內(nèi)半徑，mm。

PCCCPDE工況1800/1.0/6，采用公式（2）計算出抗裂檢驗內(nèi)壓力值：

Ap=1 807 mm2；σpe=972.25 N/mm2；ftk=2.64 N/ mm2；An=201 480 mm2；b=1 000 mm；r0=900 mm。

得Pt=2.58 MPa。

3.3 接頭轉(zhuǎn)角試驗

接頭轉(zhuǎn)角試驗：按照規(guī)定的轉(zhuǎn)角，依據(jù)現(xiàn)場實際安裝尺寸控制要求，完成兩節(jié)試驗管的對接組裝，然后采用手動或電動壓力泵進(jìn)行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗壓力時，停止加壓，檢查壓力表讀數(shù)變化，檢查接頭是否滲水、漏水的試驗過程。

3.3.1 試驗設(shè)備、材料

設(shè)備為壓力表、壓力泵。試驗用管從內(nèi)水壓試驗管中隨機(jī)抽取工壓1.0 MPa覆土6 m的標(biāo)準(zhǔn)管2根。

3.3.2 試驗步驟

1）按照規(guī)定的0.9°轉(zhuǎn)角，依據(jù)現(xiàn)場實際安裝尺寸控制要求，完成2節(jié)試驗管的對接組裝；

2）采用手動壓力泵進(jìn)行接頭膠圈間隙注水，壓力增加到規(guī)定試驗壓力時，停止加壓，恒壓5 min，檢查壓力表讀數(shù)變化，檢查接頭若無滲水、漏水，恒壓5 min，則判定該接頭合格。

3.3.3 轉(zhuǎn)角計算

管長5 000 mm，轉(zhuǎn)角0.9°時兩節(jié)管道軸線偏轉(zhuǎn)距離：

L=5 000×tg0.9°=79 mm。

4 結(jié) 語

型式試驗項目比例行試驗項目多，而且更加嚴(yán)格和苛刻，分批進(jìn)行管材檢驗，為準(zhǔn)確反應(yīng)該批管材的質(zhì)量情況，管材的抽樣方法和試驗方法同等重要，進(jìn)行試驗的管材應(yīng)在該批管材內(nèi)隨機(jī)抽取，生產(chǎn)時間不能過于集中；根據(jù)管材的特點(diǎn)，尋找可靠、準(zhǔn)確的試驗方法，制定行之有效的試驗方案是管材質(zhì)量檢驗準(zhǔn)確性的重要前提。

［1］GB/T19685-2005，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管［S］.

［2］GB/16752-2006，混凝土和鋼筋混凝土排水管試驗方法［S］.

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2016-03-12