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提高预应力钢筒混凝土管PCCP工程安全可靠性的主要措施

文档作者：毛文明，文勇，杨婷文档来源：新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局		点击数：	更新时间： 2022年10月19日
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第47卷第9期
2011年9月
甘肃水利水电技术
GansuW aterConservancy andHydropowerTechnology
Vol_47．No．9
Sep．，2011
· 设计与研究·
提高预应力钢筒混凝土管(PCCP)
工程安全可靠性的主要措施
毛文明，文 勇，杨 婷
(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆鸟鲁木齐830000)
摘要：以新疆北疆某引水工程中已安全运行5 a的大口径PCCP为例，围绕提高PCCP工程安全可靠性这一重点，主
要论述该工程在施工和运行管理中所采取的经验和做法。
关键词：预应力钢筒混凝土管(PCCP)；施工；管理；安全；技术
中图分类号：TU528．73 文献标识码：B 文章编号：2095—0144(2011)09—0030—02
“预应力钢筒混凝土管”(以下简称PCCP)是指
在带钢筒的混凝土管芯上缠环向预应力钢丝并制作
水泥砂浆保护层而制成的管子(图1)，具有高密封
性、高强度、高抗渗性的技术特征，以其适用范围广、
经济、寿命长、抗震性能好、安装方便、运行费用低等
优点，成为大口径、长距离高压输水工程的首选管
材。
砂浆保护层 密封圈
图1 预应力钢简混凝土管结构图
预应力钢丝
钢筒
管芯混凝土
1 工程概述
新疆北疆某引水工程采用PCCP倒虹吸设计是
从7种方案中优选出来的最佳方案。该倒虹吸工程
采用PCCP和钢管组合连接方式，设计流量30．5 m3／s。
加大设计流量35 m3／s；倒虹吸跨度10．627 km，总水
头损失28．6 m；倒虹吸为平行双线布置，管道压力
>1．4 MPa采用钢管，单线管长3．39 km，内径为2．7 m；
管道压力≤14MPa采用PCCP管，单线管长7．25km，
内径为2．8m。该引水工程主要用于解决乌鲁木齐经
济区、北疆油田城市和工业用水及沿线生态用水，一
旦因任何原因导致PCCP发生爆管，将对社会效益
和经济效益产生巨大的影响。基于预防可能产生各
种爆管的考虑，本文将重点论述该PCCP工程在建
设期和运行管理中所采取的一些主要措施。
2 建设期采取的主要措施
由于本工程布置在强腐蚀性土与弱腐蚀性土交
替的地基中，制作PCCP管道所需各种材料的参数
控制较严格。为确保PCCP出厂质量符合工程需要。
要求生产企业对材料质量采取分批和定期自检．并
派人驻生产企业监造，监检人员还要监督抽样试验
及进行送检工作。
(1)控制制管原材料质量
PCCP中管芯混凝土采用普通硅酸盐水泥配
制，水泥标号不低于42．5 MPa。要求碱含量不大于
0．6％；制作砂浆保护层的水泥采用高抗硫酸盐水泥，
砂浆配合比为1：2～1：3；采用的预应力钢丝质量控制
执行AsTM A648(预应力混凝土管用冷拉钢丝》、GB
2103—88(钢丝验收、包装、标志及质量证明书的一
般规定》标准，并要求符合该工程PCCP结构设计的
要求：制作钢简筒体采用的热轧薄钢板、冷轧薄钢板
的质量执行GB／T 192—89《碳素结构钢和低合金结
构钢、热轧、冷轧钢板及钢带》标准，每批进厂的薄钢
板均有质量证明书和供应商提供的检验报告；制作
承口环的型钢质量执行GB／T 700—88(碳素结构钢》
标准，并要求符合PCCP结构设计要求；制作插口环
的型钢质量要求符合供应商的企业标准和PCCP结
构设计要求。
(2)控制承插口胶圈质量
收稿日期：2011-07—30
作者简介-毛文明(1984一)，男，安徽六安人，助理工程师，主要从事工程建设管理。
· 30 ·
第9期 毛文明，等：提高预应力钢筒混凝土管(PCCP)SE程安全可靠性的主要措施 第47卷
考虑到承插口密封圈在使用过程中老化失效，
大量漏水导致管道沉陷造成安全隐患，该工程
PCCP均采用双密封胶圈承插连接(图2)。为满足工
程实际需要，留够一定的安全系数，要求胶圈压缩永
久变形按以原始变形百分率表示的压缩永久变形的
20％控制。且胶圈老化后的抗拉强度不得低于老化
前抗拉强度的80％。
图2 管按头结构图
(3)确保PCCP整体防腐层完整性和连续性
PCCP管身采用沥青防腐，多次均匀涂刷环氧
煤沥青，厚度不小于1 mm。成品管接头部分、插口与
承口均采用喷锌防腐处理：承插口外露钢件部分均
涂刷无毒环氧系列防锈漆。涂层干膜厚度不小于
100 m。施工现场严格监督检查涂刷过程，防止因
涂刷不匀 防腐层产生的流痕及分层状、层间脱落等
问题6
为防止地下水中盐碱成分侵蚀管道镇墩，在基
础面铺设500 煤沥青油毛毡。镇墩四周涂刷4 mm
沥青防腐。镇墩内的其他各异型管件(三通管、钢短
管)外侧均采用强力胶砂浆防腐。另外，PCCP从生
产厂家拉运至工程现场铺设前，现场不仅要检查
PCCP质量问题，也要仔细检查防腐层损伤部位，发
现损伤后要及时进行涂刷修复处理，以保证PCCP
整体防腐层的完整性和连续性。
(4)排水
该工程管沟地下水中so?一含量为2 606 mg，L，
Mg2 含量为160 mg／m，C1一含量为1 725 megL，属于强
腐蚀性地下水。在满足地基承载力的基础上为防止
盐碱腐蚀PCCP，采取在管槽基础上铺设一层0．6
mm 的两布一膜(聚乙烯土工膜)的措施，并且在管
沟两侧两布一膜上铺设160 mm的滤水花管，同时
在管道地下水位较高段沿管沟两侧两布一膜下设滤
料排水体引出地下水。通过排水措施实际效果的观
测，有效降低了地下水位，减小了地下水强盐碱成分
对PCCP管道的危害程度。
3 运行管理措施
3．1 异常情况下及时进行打压试验
在管道安装完毕后。为检验管道的实体质量及
现场施工质量，分别对PCCP管线进行了试压，所有
渗水量均满足标准规定。该PCCP工程运行过程中
发现一管线管堤两处覆土出现塌陷、裂纹现象，倒管
运行过程中又发现另一管道管接头出现渗水现象。
在管道放空后对所有管接头均进行了打压试验，并
按照研究方案采取了弥补措施。截至目前，管道运
行正常，未出现异常现象。
3．2 PCCP保温
该PCCP工程所处地理位置极端最高气温
40．6 oC。极端最低气温_41．7℃。工程输水运行主要
集中在4—10月，为了减少因冬季极端温度变化影
响PCCP内部应力产生突变。该PCCP倒虹吸采用
珍珠岩保温方案，在PCCP进出口闸门全关闭的前
提下采用保温门帘保温。钢管与PCCP接头处采
取隔离保温，人工填筑珍珠岩保温墙，沿线排气阀
采用袋装珍珠岩堵孔保温，并在PCCP内部不同
部位安装2组最高最低温度计，观测冬季保温效
果。
3．3 引进PCCP钢丝探伤技术
为掌握PCCP内部缠绕钢丝的锈蚀情况．引进
了目前世界先进的PCCP预应力缠绕钢丝检测设
备— — 加拿大Pure Technologies公司的P—Wave电
磁波探测设备。对已运行5 a的预应力钢丝进行了
检测(表1)。通过实时监测，全面掌握了PCCP运行
5 a后钢丝的安全状态。同时也为我国检测、安全评
估已建成PCCP工程的钢丝断裂情况积累了宝贵的
经验。
表1 PCCP工程预应力钢丝探伤统计结果
统计项目 1·管线 管线 合计
探测数量席 1 200
探测距离 7 194
出现断丝的管节 6(0．50~,6)
数量及百分比
未出现断丝的管节1 194(99．50％)
数量及百分比
1 20o 2 4O0
7 190 14 384
12(1．00~,6) 18(o．75％)
1 188(99．O0％)2 382(99．25％)
4 结语
通过本工程实践．证明基于提高PCCP工程安
全可靠性的细节考虑、严格的施工质量控制和采取
积极的管理措施是确保PCCP-r程安全运行的有效
手段。目前，国内已建和在建的众多PCCP工程已将
阴极保护作为确保PCCP工程安全的又一重要措
施，相信随着PCCP应用范围的不断(下转第43页)
· 31 ·
盯丁 叮 引 厂_过上
第9期 尹彩琴：U型混凝土防渗渠在农田标准化建设工程中的应用 第47卷
上，可以有效的保证混凝土的后期强度。对于安装
完的勾缝抹面，要覆盖湿麻袋在渠道表面，为使砂浆
表面湿润要及时洒水。
3．5 较大U型渠的冻胀问题
3．5．1 冻胀的原因
(1)施工不善。在实施中，抗冻胀材料不符质量
要求或铺设中掺杂冻胀性的材料；质量不达标引起
沉陷裂缝和施工不当引起收缩裂缝，冻胀破坏加重；
防渗层施工没严格按工艺要求，防渗效能不好，冻胀
加剧；排水设施受堵失效，使土层中存水或长期滞水。
(2)管理不当。在操作运行中，渠道停水过迟，
土壤中水分不及时排除即开始冻结；放水时间太早，
基土还在冻结状态下放水，极易引起水面线附近部
位的强烈冻胀，或在冻结期放水后又停水，常引起滑
塌破坏；对冻胀裂缝不及时修补，造成裂缝年复一年
地扩大，变形积累从而被破坏。
3．5．2 冻害防治措施
防治冻害措施最主要的是针对产生冻胀的因
素，依据工程具体条件采用综合措施。即从渠床处
理、渠系规划布置、保温、排水、衬砌的结构型式、管
理维修材料、施工质量等着手。避免渠道衬砌工程
冻胀，在规划设计中避开易较大冻胀的自然条件，或
在冻胀性地区避开冻胀对渠道衬砌工程的作用。
削减冻胀的具体方法有：①在衬砌的下部铺设
土工膜料，隔断渠道渗水和大气降水对渠基的补给，
使渠基土在一定深度内的含水量低于起始的冻胀含
水量。同时土工膜料又隔断了冬季地下水毛细管的
迁移作用，减轻了冻胀；②在衬砌体下部铺一层隔寒
保温材料，使保温材料下部的渠床不受低温的作用，
也不产生冻胀力；③将化学材料注入或埋入渠底基
土中，使土中水的冰点降低，或者增强土的增水性，
使冻结时不会发生(或很少发生)水分迁移现象，大
大减轻或消除冻胀；④在冻结深度内将衬砌板下的
冻胀性土换成非冻胀性材料，通常铺设砂砾石垫层：
⑤采用碾压工具压实土料，提高渠床土密度．减少土
体空隙，使水分难以进入土体。
加强防冻胀管理措施。除设计、施工，管理也很
重要，特别是渠道的运行管理。冬季不过水的渠道，
应严格切断水源，减少渠道土体的含水量；冬季过水
渠道应及时注意渠道水结冰与排冰，防止冰冻破坏。
还可以定时改变渠道过水流量。造成渠道水流条件
变化，防止渠道结冰。预防渠道冻胀破坏。必须在设
计、施工、管理各方面注意，选择措施时根据当地气
温、地下水位、土质、多年(10 a以上)平均冻深等，使
其可行且投资最省。
4 结语
U型混凝土防渗渠是一种比较高效的农业灌溉
和输水方式，它比矩形渠道、梯形渠道具有很大的优
势：首先，它具有三大节约功能，即节约了建设用地。
增加了耕地面积；节约了建筑材料，整洁美观，具有
环保的功能；节约了水资源，提高了渠道输水能力，
缓解了疏勒河流域地区水资源紧缺的问题：其次。U
型混凝土防渗渠道还具有其他的优点，如施工速度
较快、有良好的整体性、使用寿命较长等。因此在疏
勒河项目灌区，U型混凝土防渗渠得到了广泛的应
用，为疏勒河项目灌区增加了供水量，扩大了灌溉面
积，为灌区农业发展创造了更好的前景。同时也积累
了有一定借鉴价值的设计和施工经验，值得在其它
灌区标准化农田建设中推广应用。
参考文献：
[1]华东水利学院主编．水工设计手册(第8卷，灌区建筑物)
[M]．北京：水利电力出版社，1984．
[2]GB 50288—99，灌溉与排水工程设计规范[S]，北京：中国
计划出版社，1999．
(上接第31页)推广和科学技术的不断发展，在提
高和评估PCCP安全性能等方面定会不断总结出更
加成熟的技术和经验。
参考文献：
[1]胡少伟，沈捷，刘晓鑫，王东黎．超大口径PCCP管内
水压承载能力试验[J]．水利水电科技进展，2009，29
(5)：9—12．
[2]李妮，王军，梁君．三个泉倒虹吸管道防腐处理的质
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[3]马芳，蒲振旗，梁君．预应力钢筒混凝土管(Peer')在
工程中的实际应用[J]．水利建设与管理，2006，26(10)：
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[4]王五平．大口径PCCP爆管预警新技术In]．南京：南京水
利科学研究院，加拿大Pure Teehnologies公司，2009．
(上接第4O页)Zk平衡、土壤盐碱化与沙漠化之间
的平衡、人工绿洲与天然绿洲的比例等综合研究，才
能实现绿洲农业的可持续发展。
参考文献：
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