何維華

1．概況

　　預應力鋼筒鹼管是在帶鋼筒（薄鋼筒的厚度約1.5mm見左右）的砼管芯上，纏繞一層或二層環向預應力鋼絲，并作水泥砂槳保護層而制成的管子。它的砼管芯上，纏繞個多世紀的歷史，這一技術是法國Bonna公司最先研制的，到上世紀四十年代歐、美競相開發，目前美、法各國的年產量達數十萬公里，其中美國、加拿大是世界上推廣使用預應力鋼筒政管最多的國家，廣泛應用于城市輸配水干管、火電站供水管、水利工程、雨污水于管、工業供水及廢水管線等方面，目前世界上規模最大的利比亞“人工河”第一期工程，全長1900km，就是使用直徑4m、工壓2.8MPa的預應力鋼筒砼管敷設，工程全部完工后運行情況良好。
　　世界上主要制造預應力鋼筒砼管的廠家有美國“Ameron”公司（DN1200-4000mm），美國的“Price Brather”公司（DN1200～4000mm），法國的“Bonna”公司（DN600-2500mm），德國的“Dyckerhoff－Widann”公司（DN600～2500mm）。
　　二十世紀八十年代末，隨著我國城市供水、工業用水、農田水利建設的迅猛發展，對于輸水管材提出更高的要求，山東電力管道有限公司、無錫華毅管道有限公司先后從美國“AIneron”公司引進技術及關鍵設備，深圳太陽管道公司從美國的“Price　Brather”公司全套引進該公司的制管技術及設備。經過近十年對引進技術與設備的消化，完全己能國產化了，且于1996年此類管材在我國建材行業頒布了《預應力鋼筒砼管》行業標準（JC625－1996）。近年由成都市自來水總公司和四川金煒集團公司共同出資興建的“PCCP”企業—成都金煒制管有限責任公司，就是使用國內的技術與設備裝備PCCP生產線的一個范例，它的設計規模為年制造ON800～DN4000mm的預應力鋼簡砼管25-35km，管材的檢驗壓力可達2.6-3.0Mpa，該公司從投產至今沒有出現一根廢管，實現了從管材設計、制造、檢測到運輸、安裝、使用等方面的規范化、系列化服務。
　　與此同時，原生產三階段預應力管的成都市雙流水泥制品廠亦通過技術改造，依靠自身的技術力量，也興建了一條預應力鋼筒砼管生產線，完成了產品更新，這為我國現有預應力管廠家的產品換代開創了先河。
　　近幾年來不完全統計，全國已安裝此類管材達200多km，在廣東、江蘇、江西山東等省使用情況良好，通常試壓檢驗一次成功，通水后沒有發現大的故障。

2．預應力鋼筒砼管的制造

　　此種管材分兩個類型：內村式管及埋置式管。內襯式（Lined Cylinder Iype）和埋置式（Embedded Cylinder Type）的區別，前者系指在鋼筒內壁成型砼層后，在鋼筒外表面上纏繞環向預應力鋼絲，并作水泥砂槳保護層而制成的管子；后者系指在鋼筒內、外側成型砼層后，在管芯檢外表面上纏繞環向預應力鋼絲，并作水泥砂槳保護層而制成的管子。前者采用離心工藝成型，口徑偏小（DN≤1200mm），后者采用立式振動工藝成型，口徑偏大（DN≥1200mm）。此種管材抗滲壓力很高，工作壓力通常為1.5——3.0Mpa，
可達5．OMPa。此種管材的管徑范圍是DN400～4000mm，最大可達DN7600mm。
　　在行業標準中，產品型號以代號PCCPL表示內襯式結構；以代號PCCPE表示埋置式結構。管子壓力級別以靜水壓力將力將產品分為九級（0．4、0．6、O．8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.OMPa），以大寫羅馬字母表示。管子的產品標記以管子代號、公稱內徑、
壓力等級、行業標準號組成，如公稱內徑1600mm、靜水壓力為1.0MPa、埋置式預應力鋼筒砼管，則標記為PCCPE1600ⅣJC625。
　　埋置式PCCP生產線的關鍵設備有螺旋制筒設備、鋼筒水壓檢驗設備、管芯立式振動成型及蒸養設備、立式差速纏繞預應力鋼絲的設備、立式輥射噴漿設備、承插口環成型設備（采用分層手工對接焊）、薄鋼板埋弧焊設備。以上設備現國內均能自制，多數廠家僅焊接設備外購。
　　內襯式PCCP生產線，除山東電力管道工程公司有進日的螺旋制筒設備外，均采用平板直縫焊接卷筒設備，其它設備有鋼筒臥式水壓檢驗設備、管芯臥式離心成型設備。蒸養設備、臥式差速纏繞預應力鋼絲的設各、臥式輥射噴漿設備、承插口環成型設備（采
用分層手工對接焊）、薄鋼板埋弧焊設各。
　　以上兩條生產線的設備，主要是仿制美國“Ameron”公司的工藝。致于美國的“Price Brather”公司的工藝，采用平板直縫焊接卷筒設備，管芯成型、纏繞預應力鋼絲、輥射噴漿等均采用臥式設備，承插口環成型采用了高頻對接焊設備。
　　預應力鋼筒砼管（“Ameron”公司埋置式制管）的工藝流程如圖1。

　　2．1鋼筒的制作和檢驗：
　　鋼筒是在螺旋制筒機上卷焊制作，制作好的承插口漲圓到規定尺寸后，組裝到螺旋制筒機芯模兩端，鋼帶從小車自動送進，自動卷筒、焊接，制好的鋼筒經水壓檢驗合格后方可使用。
　　2.2 管芯成型
　　管芯采用立式振動成型工藝，管模整理好后，將合格的鋼筒放入管模內，砼沿鋼模內外壁澆入，在澆注砼的同時，開動振動器以利于砼密實，管芯成型后采用蒸汽養護，達到脫模強度后拆模。
　　2．3 纏環向預應力鋼絲
　　脫模后的砼管芯，采用立式纏絲機，使用5～7高強鋼絲，按設計的張拉力及螺距進行纏絲，張拉力記錄儀連續記錄鋼絲張力。
　　2．4 砂漿保護層制作
　　砂漿保護層由輥射機完成，28天后砂漿強度不低于30MPa，噴射好的砂漿保護層采用蒸汽或自然養護。

3．預應力鋼筒砼管的特點

　　3.1 此類管材由于管芯中嵌入了一層薄壁鋼筒，實質上是一種鋼板與預應力砼的復合管材，它比一階段、三階段預應力管具有較好的抗滲性。
　　3．2此類管材由于承插端的工作面是定型鋼制日環，幾何尺寸誤差小，承插工作面間隙僅1-2mm，O型膠圈占滿凹型槽內，密封性能良好，在內水廠力下，膠圈無法沖脫，往往滴水不漏，從而改善了一階段、三階段管膠圈安裝不到位則容易沖脫、承插日容易滴水的問題。
　　此類大口徑管材的承插口，可設計成雙膠圈，在逗管后可在承插口雙膠圈之間的小孔處，用小型人工試壓的方法檢驗接口的密封性，有利及早發現問題，及時進行返工。致于接口試壓后，管道可免作水壓檢驗的問題，在一些水司目前還有保留看法。
　　3．3 此類管材的承插接口是半柔性接口，盡管承插鋼制口環作了衛生級的環氧樹脂刷涂，通常為1道底漆、2－3道面漆，刷涂總厚度≥0．4m。若是采用非衛生級的帶銹防銹漆是欠妥的。
　　刷涂環氧樹脂的防腐效果與鋼板端面除銹的效果關系密切，防腐作業往往在管材最后一道工序完成，除銹方式受多方面的限制，畢竟會影響效果，因此管材承插逗接后，在接日內外間隙處要用水泥砂漿灌注封回，鋼板則在高堿度的鈍化區內，從而不易發生腐蝕。
　　但半柔性接口承擔不均勻沉降引起接口處的應力集中，將比柔件接口較大，故管道基礎及管胸腔的回填，比一階段、三階段預應力管要求較嚴，通常在較硬的溝底應作砂墊層。如同一階段、三階段預應力管在逗管前，溝底是要挖接頭坑的。
　　3．4此類管材承內水壓力高、埋十深度大，山于管材是復合管材，承受內水壓力可達2－3MPa，最高可達5MPa，由于預應力鋼絲可多層重疊，故可適應埋土的較大深度。
　　3．5此類管材可適應腐蝕性土壤的惡劣環境，在一般性土壤中敷設，由于砼、砂槳使鋼筒四周受高堿性環境保護，鋼材處于鈍化狀態，可以減緩腐蝕。若埋設在腐蝕性強的土壤中，通常管外壁應作防腐處理，必要時將管體之間的鋼筒端面用導線連接在一起，采取犧牲陽極的陰極保護措施進行更好的保護，此類管材采用陰極保護方法比一階段、三階段預應力管更容易實施，這也是此類管材的一個優點。
　　3.6 此類管材的管件配套齊全、簡便、可靠。在推廣使用一階段、三階段預應力管時，成都水司己成熟地采用相應的專用管件，引接分支管一律使用套管三通后開孔措施，從而使預應力管可用于配水管線上，而不依賴大量金屬配套管材轉換，既方便、可靠，又節省造價，這一經驗在預應力鋼筒砼管道上可以同樣適用。由于此類管材具有鋼板口環及鋼筒，使推廣復合轉換管件的接口性能可靠，若在工廠里管材開孔接分支時，只要在鋼筒上作加強處理，可免用套管三通，節省費用，這對此類管材的推廣使用將是重要的因素。
　　3．7 此類管材雖屬非金屬管材，但它是復合管材，埋于土中容易巡管定位。

4．預應力鋼筒砼管村使用中的注意事項

　　 盡管在前面述及了此類管材的特點，使用它的程造價雖比三階段預應力管高，但它的綜合質量比后者強得多；它的工程造價比鋼管低，它的敷設速度、防腐性能等方面比后者好，它是大口徑輸水管材中比較理想的管材。在選用此類管材時希能關注以下問題：
4．1采購須知
　　采購合同中明確以下技術參數及要求：
　　管徑、管材長度、工壓、覆土深度、地面荷載、土壤類別、土壤腐蝕性、密封膠圈具體要求（單條或雙條）、運輸中的護管措施（包括二次搬運）、到貨日期、數量、價格、驗管細則等。
4．2 驗管質控要點
　　在管材運至目的地時應進行以下質檢：
　　管徑、管材長度、工壓、標記、制管日期、管內外表面質量（應包括平整度，無殘缺、裂縫、空鼓、剝落、浮渣、露石，承插日金屬面防腐良好及光潔、無臟）、砼與鋼筒之間無裂隙現象。
　　此類管材的空鼓問題是至關重要的，若鋼筒與砼之間出現空鼓或裂隙，將會使接觸鋼筒面砼中的堿析出，最終導致鋼筒銹蝕，管材報廢。
　　砼與水泥砂漿表面出現裂縫是常見的，若管子內表面出現的縱向裂縫寬度小于0.1mm，裂縫軸向長度小于150mm；螺旋狀和環狀裂縫寬度小于0.25mm，距管端300mm以內的環向裂縫寬度小于0.4mm通常是容許的。若管于外表面裂縫寬度小于0.8mm，裂縫軸向長度小于管子周長且小于2m時是允許的。它在管道覆土及通水后會自行愈合，否則應修補；若管子內表面出現的縱向裂縫寬度大于0．5mm時，該管應報廢。
4．3 管材苯重不是管道安裝的重大障礙
　　此類管材的重量類同三階段預應力管，比其它管材重，在山區人工安裝時是困難的，但在平原地區采用機械化安裝時，問題就不那么嚴重，這是由于大口徑管道安裝都得用起重機械的。
4．4 管溝基礎是重要條件
　　此類管材是半柔性接口，它要求管道基礎局部變形不應過大，在砂夾石的管基上應作砂墊層，在松軟粘土層上應作砂夾石過渡層，使管道敷設過程中較少產生局部應力集中。因此在敷設此類管材時，不重視管基處理是不好的，當然其它管材敷設中，管基處理同樣也不可忽視。
4．5 管材不應閑置過久
　　購置的管材應力求盡早敷設，閑置于堆場數月時，應定期用水噴灑，不使砂漿與砼干裂；閑置過久又未噴水養護，管材質量會受嚴重影響，甚至報廢。
　　復合式鋼板、砼管件運至工地以及安裝過程中，均應用濕麻袋遮蓋保護，定期灑水養護。
4．6 主管道水平向引出分支短管時，應配法蘭盤，以便與分支管的平承柔性接口組合，通過柔性接口，使分支管道局部沉降時不使主管分支開孔部位承受過大的彎矩應力與剪切應力。對于較大的分支管，主管分支口部位的背向應作排墩。
4．7 此類管材類同一階段、三階段預應力管，在敷設中每根管材可弧形借轉一定角度，DN600——1000mm時允許相對轉角1.5°；DN1200－2000mm時允許相對轉角1.0°；DN2200－3000m時允許相對轉角0．5°。借轉時，亦是軸向逗管，然后借轉。借轉角度過大，使承插日環相碰，在受力狀況下容易產生應力腐蝕，管道損壞。

5．后記

　　在推廠使用預應力鋼筒砼管的同時，并不認為自應力管、一階段預應力管、三階段預應力管應立即退出市場。
　　自應力管雖易折斷、承口易發生二次膨脹等缺點，但它價廉，它在村鎮供水及農田改水工程上有廣闊的適用前景。
　　一階段預應力管、三階段預應力管管道在多次大地震中經受了考驗，只要不斷提高制管質量、精心敷管，供水故障是可減少的，在中小城市供水、農田改水工程等方面仍有用武之地。

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　　作者單位：成都市自來水總公司
　　地 址：成都市十二橋街16號
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