1 PCCP管的特点
1.1 PCCP管可承受高的内压和外部荷载
PCCP管属于工厂化生产,钢板卷成管状,经过打压试验,可保证其不渗漏,保证管身的不透水性能。管件接口采用钢环承插口,钢环与管身钢管焊接。钢环承插口的加工精度较高,承插口嵌入橡胶圈,可防止渗漏。
1.2 PCCP管对地基适应性好
由于PCCP管的半刚性接头使管道既有一定的刚性,又有一定的柔性,使其能转一定的角度。所以适应地基变化的性能比其它管材为好,也就是适应不均匀沉降能力高。
1.3 PCCP管耐腐蚀性能好
由于构成PCCP管的所有钢材都被良好密实的混凝土所包裹,经防腐处理的承插口安装后其外露部位又用砂浆灌注封口,混凝土或砂浆提供的高碱性环境使得构成PCCP管内部的钢材钝化,从而防止其腐蚀,故其防腐性能比较好。
1.4 PCCP管通水能力强,社会综合效益好
PCCP管属于工厂化生产,内表面非常光滑,不形成瘤节,表面不结垢,使得管线在运行服务期内保持较高的通水能力。PCCP管有其独特的复合结构和独特的接头形式,又采用橡胶圈受压反弹密封机制,产品在工厂中质量得到控制,建成的管线又经泵压试验等检验,管线的性能有保证。既不会出现管身渗水,接头漏水现象;更不会出现爆管、断管等事故。该种输水管线在长期运行中,管路损失极小,输水成本低,使用寿命长,其社会综合效益好。
2 大口径输水工程中管材的选用
根据经验,一般的给水工程,其输配水工程投资约占工程总投资的50%~60%,长距离输水的给水工程占的比例就更大些。因此,在整体布局合理的前提下研究输水管材的经济性和可靠性就显得十分必要。现在,常用的大口径输水管道有球墨铸铁管、钢管、预应力混凝土管、PCCP管、玻璃钢复合管、现浇钢筋混凝土暗渠等。
管材的比选,我们认为要从以下几个因素考虑:
第一,管材的安全可靠性。
大口径的输水管线,均为城市或企业的生命线。国内引水工程多为单条管线,虽然引水工程中有蓄水设施,但蓄水量均有限,允许管线抢修时间都很短,因而不允许管线出现爆管,发生大量漏损事故,所以管材质量应作为第一比选因素。
天津的引滦工程,上海的黄埔江上游引水工程都是采用长宽尺寸在3m以上的方形现浇钢筋混凝土暗渠。渠道的施工难度较大,在渠道的沉降缝之间必须慎重处理,防止因沉降不均引起止水带漏水。这两个大型暗渠引水工程都发生多次漏水事故,且维修都相当困难。另外,渠道的施工周期较长,投资也较高。因此,能够采用管道的工程,最好不要采用暗渠,要优先考虑采用成品管。
预应力混凝土管在国内输水工程中已使用多年,生产厂家大多采用振动挤压成型,管体中存在空鼓或出现裂缝引起渗漏问题,也出现过承口为不规则圆形引起的接口不严问题。在已建管线中出现的爆管事故和漏水情况屡见不鲜,因此,对于安全性要求而言,大口径的输水工程不能采用该类管道。
钢材有极好的机械强度,钢板制成的管道可以承受极高的内压和外压;且可以加工成各种管件,在穿越障碍较多,地形复杂的地段时,钢管有很强的适用性。输水管径大于1.2m以上的管道,应大量采用钢管。
第二,管材的价格、施工费用。
管材的价格要综合考虑,钢管费用要计入其防腐费用,预制的混凝土管要计入运输费。施工费中土方费几种管材相差不多;运输费和吊装费,预制的混凝土管较多,电费、排水费,钢管较多。
球墨铸铁管和玻璃钢复合管的防腐、运输、吊装管性能均很好,但管径大于1.5m的管道其价格昂贵,且需要从国外进口。PCCP管自重较大,运输、吊装费用较高,但综合所有建设费用,PCCP管并不比其它管材的建设费用高。
第三,管道运行费用、维护管理费用。
用钢管作为输水管道必须做好管内、管外的防腐蚀,钢管的外防腐一般采用涂层保护和电化学保护的作法。由于操作技术、现场条件、材料质量等因素影响,仅采用涂层保护方法其接口处现场防腐质量难于保证,通常还得采用阴极保护(外加电流阴极保护或牺牲阳极保护)等电化学防腐方法。电化学保护要增加钢管敷设的投资,增加管理维护费用和工作量。在现场焊接以及接缝处的内外防腐及检验,均要求有电源,也增加了排水时间。因此,钢管在现场的工作量也要大一些。
经过多方面因素的比较,在较大型输水工程中,应把PCCP管作为首选管材,在过河、过铁路及多障碍等工程难点区段采用钢管。
3 PCCP管的敷设
下面以直径4 000mm的PCCP管为例阐述PC CP管敷设过程中的注意事项和基本方法,以便于今后在PCCP管敷设过程中对其管理和进行质量监控。
3.1 垫层的回填和修整
(1) 垫层材料要求没有有机物质和有害物质,也不准有施工废渣,最大的材料尺寸为50.8mm。填用之前,垫层材料还要求做湿度检查,以确保夯实后达到所需要的密度;如果需要,在填用材料上还要洒一些水。
(2) 填用的垫层材料用推土机、液压挖掘装载机、筛选机等配合均匀地散布到管道沟槽内,然后使用振捣压路机压实。
(3) 垫层的最小厚度为450mm,同时要求不超过500mm夯实一次,最小相对密度为70%。
(4) 夯实后的垫层还要做修整成形,以适应管件的弧度,达到最好的受力状态。成形的高度为300mm,在管道下的垫层最小厚度为150mm,所修整的圆弧直径要求比管件的外部直径小40mm。成形垫层的尺寸略小于管件的实际尺寸的目的是使两者之间接触更紧密,受力更均匀。有时需要对成形垫层进行修补,但扰动深度要求不大于40mm,成形后的垫层还要取样作相对密实度试验。同时注意修整成形的垫层的工作量要有一定的限制,不准超过300m长,也不准超过一天的管道敷设能力。
3.2 密封圈安装
(1) 润滑油和密封圈应避免受阳光直射的影响,并且防止接触灰尘、水和其它有害物。
(2) 彻底清扫管件插口的卡环后再放置润滑油。
(3) 安装密封圈:把密封圈先置放到管件的上部卡环内,然后在密封圈的下边插入一根棒子,用力向下拉曳它,使环绕在卡环槽内的密封圈伸展均衡。
(4) 在每根安装好的密封圈的外表面擦一层润滑油。
3.3 管件铺设
(1) 一般以管件承口端作为铺设管道的引导端,接下来的管件插口端放置在前面管件承口的端头,前面管件承口的端头朝向逆流还是顺流取决于管路的铺设方向。当铺设管道的坡度大于1.5%时,管道以升坡方向铺设。当铺设的管道不再进行时,应把开口端封堵上。
(2) 对于在管道垂直或水平方向转弯处需设置止推支墩,同时把PCCP管的钢质接口在现场焊接起来,以抵抗推力。
(3) 管沟回填在管道验收合格后,应抓紧进行管沟回填工作,这样有利于保护管道的正常位置,也有利于管道的附属部分不被损坏。另外,可减少突发性大雨而造成管道倾浮的危险。
(4) 管沟回填工作与管道安装同等重要,应正确地选择管区回填材料,正确地进行管区回填和夯实,为确保管道的施工质量,应特别注意管道底部两端三角区的回填和夯实。回填土前应清除管沟内杂物,并排出积水,不得在有积水情况下回填。管区应对称分层回填夯实,严禁单侧回填。每次回填厚度应根据回填材料、回填部位及回填的方法等确定。
3.4 靠近附属构筑物的管道敷设
(1) 附属构筑物包括流量计量室、分流阀室、截流阀室、管道的止推基座、溢流构筑物等。
(2) 构筑物的开挖一般要求与输水管线的管沟开挖同步进行,在开挖的过程中,测量和放线工作要紧密配合,以尽量减少过量的开挖和对其它原有设施的破坏或影响。
(3) 开挖的程度及挖深正常的基础处理:
对于土壤地段:机械开挖完成后,在基础底平面上留下150mm的不动原土层,该层在垫层回填施工前或做管支撑施工前时清除。
对于砂石、砾石、淤砂等地段:开挖后夯实,如果需要,在夯实前,用水加湿基础表面。在浇灌混凝土垫层前,厚200mm的夯实层相对密实度要求为80%。
对于粘土、岩石、泥石垫层的地段:可以在新开挖的干净表面上直接浇灌混凝土。
在设计的开挖水平面上,有露出材料作为基础是不行的,要通过加深开挖的方法清除露出了的材料,以适合管件安装的轮廓。
(4) 过量开挖管道基础处理:
对于岩石地段:由于爆破而引起的超挖,采用图1所示的处理方法,用C15混凝土作为管支撑。注意只有在第一个管件下面的基础要求采用做混凝土拱腋。
图1 岩石层地段超挖长度的处理
对于软土地段:如果过量开挖的范围在一根标准管件以内,可采用图2的施工方法,C15混凝土作为管支撑。第一段的混凝土为第一根管件提供刚性的支撑,第一个管件下面的基础要求采用做混凝土拱腋,注意第一个管道接缝要有旋转孔隙。
图2 软土层地段超挖的长度小于一根标准管长度时的处理
对于软土地段:如果过量开挖的范围在一根标准管长度以外,可采用图3的施工方法,用C15混凝土作为管支撑。第一段的混凝土为第一根管件提供刚性支撑,第一个管件下面的基础要求做混凝土拱腋,注意第一个管道接缝要有旋转孔隙。为了达到从坚硬的支撑到软弱的夯实回填的阶梯过渡,第一个管接缝与第二段管的1 000mm之间最小的夯实回填厚度为300mm,且要求回填材料为0%~25%的细砂,同时还要求回填混凝土的边坡比坡降不小于1/4,或者分阶梯浇筑混凝土,这样有利于回填土的夯实工作。
图3 软土层地段超挖的长度大于一根标准管长度时的处理
对于特殊大规模的和不正常的过量开挖,现场工程师把超挖的详细测量记录写成书面材料承送给有关主管部门,这些书面材料要包括开挖的轮廓。构筑物的简图和靠近构筑物的管道外形等,然后由主管部门负责召集有关技术人员一起研究解决。
3.5 管道的敷设
管道的基础满足设计要求后,其它的有关管道敷设工序部分同一般开阔地段的管道敷设。