1、预应力钢筒混凝土管(PCCP)安装简介摘要：本文介绍了预应力钢筒混凝土管（简称 pccp）的安装过程，从 PCCP 管的特点、主要吊装方法、管道漏水原因分析、管道安装期间误差调整方法、阴极保护设计原理进行阐述，可供同类安装工程参考。 关键词：预应力钢筒混凝土管（简称 pccp） ；特点；吊装方法；分析；误差调整；阴极保护设计原理 中图分类号：TU755 文献标识码：A 工程概述 预应力钢筒混凝土管（简称 pccp）是将高强钢丝的抗拉、混凝土的抗压和钢板的防渗有机结合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力学特性的高品质的输水管材。预应力钢筒混凝土管是在带钢筒（薄钢筒的厚度约 1.52mm）的混凝
2、土管芯上缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并用水泥砂浆保护层而制成的管子。它的开发应用已有半个多世纪的历史。这一技术是法国宝纳公司最先研制的，到 20 世纪 40 日年代欧、美竞相开发，目前美、法各国的年产量达数 10 万 km，其中美国、加拿大是世界上推广使用预应力钢筒混凝土管最多的国家，城市输配水干管、火电站供水管、水利工程、雨污水干管、工业供水及供水管线等方面。 20 世纪 80 年代末，随着我国城市供水、工业用水、农田水利建设的迅猛发展，对于输水管材提出更高的要求。山东电力管道有限公司等公司从美国公司引进了制管技术及设备，经过十几年对引进技术及设备的消化，已完全国产化，南水北调工程采用 P
3、CCP 管输水方案，其 PCCP 管均为国产管。 南水北调北京段 PCCP 输水干线采用直径 4m 的双排布置管线，单节管最大外径为 4852mm，长 5m，单节最大重量约 77t。该工程是我国目前采用 PCCP 管径最大、单节管道最重、首次采用外外防腐涂层与阴极保护结合的防护、防腐针蚀措施的水利工程。 PCCP 管的特点 2.1 由于管芯中嵌入了一层薄壁钢筒，具有较好的抗渗性 2.2 承插端的工作面是定型钢制口环，承插工作面间隙仅 12mm，O型胶圈占满凹型槽内，密封性能良好，对于大口径管的承口，可设计成双胶圈。 2.3 管材的承插接口是半柔性，可减缓或克服一定程度上的土壤应力影响。 2.4
4、 由于预应力钢丝可多层重叠，管材承受内水压力高、埋土深度大，随内水压力可达 23MPa，最高可达 5MPa。 2.5 由于钢筒在混凝土的包裹之中，处于钝化状态，减缓腐蚀。由于管体这间的钢筒端面用导线容易连接，施加阴极保护更方便。 2.6 管材的管件配套齐全、简便、可靠。而不依赖大量金属配套管材转换，既方便、可靠，又节省造价。 2.7 此类管材虽非金属管材，但它是复合管材，埋于土中巡管定位容易。 主要吊装方法 PCCP 管因重量较大，运输及安装施工难度大，其运输、吊装、安装就位方法是 PCCP 工程施工难点之一。 管道的吊装主要大型履带吊吊装及龙门吊吊装两种方法，其中龙门吊吊装又包括槽底龙门吊、
5、骑槽龙门吊、高低跨龙门吊、固定龙门吊等，目前针对大型 PCCP 管，还专门研制出了驮管运输车。 各种吊装方法的特点： 3.1 大型履带吊吊装 优点：机动性强、适用性广、安装或卸车速度快； 缺点：租赁不便、租金较高、大吨位吊车进场、转场不方便。 3.2 龙门吊 优点：费用低廉，一次性投资后无后续费用； 缺点：对地形及地质要求高，仅适用于地质条件良好的地段。 3.3 驮管运输车 是针对 PCCP 管道研制的专用车辆，可自行卸管、不需设备辅助，针对大型管道可穿膛运输，对较小管道可直接自装自卸，但针对本项目3200 直径管道两种车型均不适用。 管道漏水原因分析 由于每节 PCCP 管道安装完成后，均要
6、进行打压试验，打压合格后，方可进行下一节管道的安装。由于 PCCP 管采用两道止水胶圈，所以管道安装完成后，如果管道工程运行正常，在双胶圈的双重防护下管道是不会漏水的。但如果管基发生不均匀沉降或管道上浮，就在可有造成 PCCP管的位移与变形；当管道的差异沉降、位移与变形超过一定的量值时，就有可能造成管道承插口的变形与在破坏、止水胶圈的过量变形与移位、管道承插口脱开等情况的发生；从而发生漏水事故。因此说，管基的不均匀沉降或管道上浮的原因，主要有以下几方面的方面。 4.1 由不良地质造成的不均匀沉降。 由于输水管线线路长，沿路有许多管道镇墩、阀井、排气井或排空井等构筑物，如遇不良地质，在地下水的作
7、用下，就有可能发生管基的不均匀沉降，从而千成管线的弯曲变形和漏水。 4.2 造成管道上浮的主要原因。 当管道空置、地下水位较高和管道上部荷载不足时，就有可能发生管道的上浮，从而造成管道变形和漏水，其变形的表现形式可用地表沉降造成的不均匀沉降的反向过程来模拟。 4.3 本项目 PCCP 管道的允许借转角度为 0.3 度，如果因地质不均匀沉降或“漂管”引起的管道转角超过 0.3 度，就有可能引起漏水。 管道安装期间误差调整方法 PCCP 管道安装允许误差一般在 30mm 左右，包括高程和轴线，在实际安装时，有可能超过误差允许范围，一般情况下，超出允许误差范围的就要拔管重新安装，也有个别不宜或不必要
8、拔管的情况下，要进行安装轴线或高程的逐步调整，使其回归设计中心线。 管道方向调整用的是管道安装中的“借转” ，如图所示借转情况： 借转调整看起来简单，操作起来经常会调节成为“蛇形” 管道安装中，调整时的关键不是看偏差多少，而是要注意管道的“走向” ，就是说，要测量管道的两端，算出走向，才可以确定如何借转，或要不要借转。 如图所示的情况下，怎么用“借转”实现轴线调整？ 如下图呢？方法一样吗？ 6 阴极保护设计原理 6.1 腐蚀和抗腐蚀原理 从腐蚀的定义及分类，我们知道腐蚀主要是化学过程，我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理：化学机理和电化学机理 电化学腐蚀是最常见的腐蚀，金属腐蚀中的绝大部分
9、均属于电化学腐蚀。如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。 从电化学腐蚀的观点讲，将两种不同性质的金属置于同一电解质中，每种金属便产生不同的电位。两种金属的电位差，使高电位金属的电子向低电位金属上移动，形成回路。如果用导电性能比电解质更好的导体将两种金属直接连接起来，电流流通，电子移动，两种金属本身的平衡就被打破。这时，就会发生下面的情况： 在负电位较大的金属上（阳极）金属离子溶解，有腐蚀。 在正电位较大的金属上（阴极） ，有剩余电子，阳极正金属离子溶解，因此无腐蚀。 6.2 阴极保护原理： 如上所述，凡产生金属离子溶解的因素，都可以引起腐蚀。那么
10、，我们如果将一种负电位较大的金属置于一种相对来说正电位较大的金属与电解质中间，降低金属与电解质之间的电位差，以防正电位较大的金属正离子离开而溶解，从而阻止化合反应，就可拒腐蚀，这就是阴极保护的设计原理。 所谓阴极保护，就是选用两种在同一电解质中电位差较大的金属，将负电性较大的金属的电子，通过导线，引入正电性较大的金属上，使之产生抗腐蚀作用，从而得到保护。这样，奉献电子的金属结构，称为阳极；接受多余电子的金属结构，称为阴极。阴极保护的名称就由此而来。 镁金属对管子的保护： 管厂生产的管子多为钢筋混凝土管或钢芯混凝土管，在地下水位高于管底高程的情况下，土壤中的酸、碱、盐等化合物溶解于水形成电解质，
11、混凝土管处在电解质的包围中，容易受到腐蚀。所谓管道阴极保护，就是保护混凝土管中的钢材不受腐蚀。 为了降低钢同电解质之间的电位差，可将一种原具有负电性的金属，引入同一介质中，并与钢连接成回路，使钢得到保护，使负电性大的金属受到腐蚀。 下表给出几种常用金属和合金在中等条件下的瞬间电位： 金属或合金 用埋入土壤 CuSO4 溶液中的 Cu 电极所测的电位(v) 在海水 AgCl 介质中 Ag 电极所测的电位(v) 镁和镁合金 -1.35 -1.5-1.7 锌和锌合金 -1.1 10.8-1.05 铝 -1.2 -0.75-1.05 碳钢 -0.6 -0.4-0.5 生铁 -0.2-0.7 铅 0.1
12、4 青铜 -0.30+0.40 不 锈 钢 -0.10+0.40 从上表可以看出，在常用金属中，镁和镁合金负电性最大，因而起阴极保护的作用最强。 因此，将负电性很强的金属镁或合金镁，连接到钢结构上，那么，整个结构将取钢与镁的平均电位，从而降低了钢同土壤电解质之间的电位差。使钢处与免疫状态，这就是镁阳极对管子的保护作用。只要埋没足够数量的镁阳极块，就能使钢的电位值达-0.85v 以下，钢本身就能够拒腐蚀，受到良好的保护。 7 结束语 预应力钢筒混凝土管（PCCP）具有公道的复合结构、承受内外压较高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便等特性，被工程界所关注，广泛应用于长间隔输水干线、压力倒虹吸、城市供水工程、产业有压输水管线、电厂循环水工程下水管道、压力排污干管等。与以往管材相比，PCCP 具有适用范围广，经济寿命长、抗震性能好、安装方便、运行用度低，基本不漏水等优点。 参考文献 预应力钢筒混凝土管(PCCP)的设计、生产、施工及数值分析 ，作者张社荣，中国水利水电出版社 2009 年 8 月出版。 2、 预应力钢筒混凝土管（PCCP）工程中国水利水电出版社，国务院南水北调工程建设委员会办公室建设管理司编,2012 年 6 月出版。
