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PCCP管道
成套施工工艺的应用项目
编制单位:中建八局安装公司
吴江市区域供水工程项目经理部
编制人:陈四川
曾爱民
时间:二OO五年十月十二日
一、工程概况
由于吴江地区自来水长期以来一直靠各乡镇的小水厂供水,随着经济的
高速发展,工农业污染越来越重,造成各镇水厂供水水量不足且水质恶化,
给人民身体健康带来不利影响,吴江市政府为此投资7亿元建设区域供水工
程,其中净水厂部分总造价为亿元。吴江市区域供水工程(净水厂部分)地
处太湖边的吴江市庙港镇联强村,设计总规模为50万吨/日,一期工程生产
规模为30万吨/日,是吴江地区唯一的大型水厂,该工程投产后将提供吴江
全市100万人口的生产及生活用水。吴江市政府将该工程列为2003年度一号
重点工程,是政府实事工程,也是民心工程。
净水厂联接线管道安装工程由上海市市政设计研究院设计,为吴江市区
,全长公里。本管线管径为DN2000PCCP管,DN2000
的钢管为辅。接口方式为双胶圈接口。管线铺设有的在公路边施工,有的要
穿越公路和在农田居民住宅处施工,地形复杂多变。所以我们重点介绍过太:.
浦河顶管及工作井和接收井的施工工艺。
二、环境和地质情况
本工程地处太浦河边。现场地面标高为,筑有6m宽施工便道接至防汛道
路,交通条件较为便利,但是来往车辆也较多。地质情况大致分为六层,从
上至下分别为:①素填土层厚;②粉质粘土层厚;③淤泥粉质粘土层厚;④
粉质粘土层厚;⑤粉质粘土夹粉砂土层厚;⑥粘土。
现场由于无就近电源,项目部专门配置一台120KW柴油发电机组进行电
力保障。由于开挖土方较多,且一边是主干道,一边是农田,土方堆土有限,
为保护周围环境不受污染和不影响交通,通过和业主协商,我们把多余土方
全部外运到业主指定堆土点。
三、本工程特点、重点、难点:
本工程基本沿公路施工,施工前管道要预先排放在公路边,施工时吊车要停
放在公路上,克服交通与施工的矛盾是本工程管理的难点之一。
管道沿公路开挖,消除管道沿线施工过程中管沟造成的安全隐患是本工程制
定施工工艺时的重点考虑之处。
由于管线在太湖边,跨越不同土质地段的情况较多,解决沿线不同土质可能
导致的管道不均匀沉降的问题是本工程的施工重点之一。
长江中下游地区雨水较多,本工程预防雨水或农田排水引起“浮管”是本工
程管理的重点。
管是一种新型管种,施工时要采用相应施工方法进行安装和试压。:.
四、PCCP管道的分类、用途和优点
预应力钢筒混凝土管(PrestressedConcreteCylinderPipe)简称
PCCP,是一种新型的钢性管材。它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠
绕预应力钢丝,喷以水泥砂浆保护层,采用钢制承插口,同钢筒焊在
一起,承插口有凹槽和胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头,是钢板、
混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构,具有钢材和
混凝土各自的特性。根据钢筒在管芯中位置的不同,可分为两种:内
衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)、埋置式预应力钢筒混凝土管
(PCCPE)。预应力钢筒混凝土管(PCCP)具有合理的复合结构、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,广泛应用于长距离输水干线、
压力倒虹吸、城市供水工程、工业有压输水管线、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、运行费用低,基本不漏水等优
点。
五、PCCP管道生产的工艺流程
PCCP管工艺流程大体为:
钢板加工车间内利用钢板剪切机将热轧薄钢卷材按需要长度和宽度进行剪
切。剪切后的钢板按规定高度堆积包装后运到钢筒加工车间。
接环加工车间内将热轧低碳钢按需要长度用剪切机切割加工后滚压成圆形,
两端利用专用对焊接机进行焊接做成承口环和插口环,成型后的承口环和插:.
口环的焊接部位经修整后,挂在环压力机上做精密的环曲度测试。加工后的
承/插口环利用专用机械运到钢筒加工车间。
钢筒加工车间内利用平焊机将已按要求加工成型的钢板,经液压成型做成圆
筒。而后把钢筒垂直运输到专用加工区进行钢筒与承口环及插口环的焊接(此
道工序纯人工焊接)。完成焊接后再把锚杆、钢杆及钢丝网焊接到连接环上,
之后把钢筒送到水压实验装置内进行水压实验。特别需要提到的是在各工序
作业之间的物体移动使用的全部是专用机械(单轨起重机、门式起重机、钢
筒运输车等)。
自混凝土浇筑开始大场面的室外作业。当钢筒从车间运至浇筑地点后,在生
产线的工位处套上混凝土模具及顶板,然后把气动混凝土溜槽安在顶板模具
上做浇筑准备。模具及顶板的运输、安装,钢筒的运输、安装均使用内燃起
重机。混凝土在配料站搅拌后装在混凝土吊罐内,用混凝土运输车运来后,
用内燃起重机吊运吊罐进行混凝土浇筑。浇筑的同时用装在模板上的风动振
捣器进行密实。完成混凝土浇筑后,对管芯进行两次蒸汽养护。特别要求两
次蒸汽养护后管芯的强度应高于规定的预应力缠丝的强度。养护温度在45~
55℃,第一次养护的时间在12小时左右,第二次养护时间在18小时左右,
温度上升要防止拌和用水的损失及收缩裂缝,温度下降时要防止因与外界空
气接触急剧的温差造成的裂缝。
缠丝车间,钢丝绑扎连接的过程:预应力钢丝以盘装运到钢丝存储场后重新
解开缠绕在大容量的钢丝线轴上,把它挂在缠丝专用设备上。从钢丝线轴扯
出的预应力钢丝通过专用设备的拉紧装置伸张到缠丝的位置,从而产生预应
力。回转盘使管芯旋转,把预应力钢丝缠在管芯上。管芯在完成缠丝后由机
车起重机运到涂层车间。:.
涂层车间内把已完成缠丝的管芯利用机车起重机放在专用的回转盘上,管随
回转盘的旋转而旋转,将搅拌配料好的水泥砂浆从管上均匀地喷射在已缠钢
丝的管芯上,之后喷涂环氧煤沥青进行PCCP外防腐。PCCP完成涂层后,管需
要1次为期18小时左右针对水泥砂浆的蒸汽养护。完成养护后的成管经机车
起重机运至水平翻转装置上。
用大型专用设备将成品管从垂直转换为水平放置。
工厂内为了方便成品管储备而设置了大面积的PCCP暂存场。成品管水平放置
后由重型铲车运至存储场,并在管的上部区域受日光直射的部位涂抹白色的
石灰浆,以防止太阳暴晒后温度升高从而破坏表面环氧煤沥青防护层。
另外,PCCP管所用的胶圈是用用排水法来量橡胶圈所需橡胶绳长度,橡
胶绳粗细均匀,两管连接承口与插口之间水密性能好。
六、PCCP管施工前管材的运输、存放和检验工作
管道装车运输
管子在装车运输时采取必需的防止震动、碰撞、滑移措施,在车上设置支
座或在枕木上固定木楔以稳定管子,并与车厢绑扎牢稳,避免出现超高、
超宽、超重等情况。另外在运输管子时,对管子的承插口要进行妥善的包
扎保护,管子上面或里面禁止装运其它物品。另外在PCCP管装车前,PCCP
管内增加一个带十字支撑钢环内套的保护构件,以防止在管子的运输和吊
装过程中引起管子承插口的变形。:.
管现场存放
PCCP管只能单层存放,不允许堆放。长期(一月以上)存放时,必须采取
适当的养护措施。存放时保持出厂横立轴的正确摆放位置,不得随意变换
位置。
管到施工现场的检验工作
“○”形,使用前必须逐个检查,表面不得有气孔、裂缝、重皮、平面扭曲、
肉眼可见的杂质及有碍使用和影响密封效果的缺陷。生产PCCP管厂家必须
提供橡胶圈满足规范要求的质量合格报告及对应用水无害的证明书。
规范规定公称直径大于1400mmPCCP管允许使用有接头的密封圈,但接头的性
能不得低于母材的性能标准,现场抽取1%的数量进行接头强度试验。
七、PCCP管的施工工艺
施工工艺流程
场地平整→测量放线→管沟土方(石方)开挖→管道基础→施工降排水→PCCP
管吊装就位→PCCP管道安装、各种井施工→接口水压试验→填封接口缝→土
方回填→水压试验→竣工清理。
场地清理
对永久和临时工程、存弃土场等需要清理的地表进行清理,将施工区域
内的树根、杂草、垃圾、废渣及监理指明的其它有碍物等均按要求处理。所
有的清除物,必须按监理指定的地区进行弃置或掩埋,并不得妨碍自然排水:.
或污染环境。对于含细根须、草本植物及覆盖草等植物的表层有机土壤,按
开挖深度进行开挖,并将有机土壤运至指定地区,防止土壤被冲刷流失。合
理使用有机土壤,将之用于工程临时占地的表土恢复。
测量放线
(1)开挖前按坐标测设出管线、井位和镇墩位置,根据中线及计划边坡坡度
向两侧放出开挖上口线,开挖过程中用经纬仪控制开挖方向,用水准仪控制
开挖深度。
(2)开挖后用全站仪在槽底放出管线或井位中心桩,根据结构宽度和设计高
程放出基底边线及标高。
(1)对每一步施工测量成果进行复查校核,无误后申报上一级检查,监理现
场认可后进行下一步施工。
(2)凡属观测成果,均附有书面计算记录和草图。
(3)做好测量日志,保证资料的完整。
基坑开挖
开挖过程中用经纬仪监控中线位置,用水准仪随时监测槽底高程,避免超挖
或欠挖,并保证设计基槽底部的尺寸。为防止扰动槽底原状土层,机械开挖
在槽底留20cm保护层由人工挖除,开挖的土方除现场备土回填外,均用自卸
汽车运至监理指定弃土场。挖至槽底标高后,约请监理、设计等部门验槽,
检查合格后方可进行下道工序施工。
为了便于管道的铺设和作业,基槽底宽度按管外侧留600mm考虑。
开挖过程中应及时排水,基槽开挖至设计标高后,应及时组织验收,验收合:.
格后立即进行下道工序施工。考虑到基槽暴露时间过长会引起基槽变形,应
尽可能减少晾槽时间(不超过2~3h)。施工时应掌握天气变化,严禁基槽泡水。
管道基础
管基包角弧座(即管子与原土接触的圆心角)应按设计要求挖好,有间隙时应
用砂垫实。
承插口部位应局部挖成槽坑,坑的深度和宽度应便于安装接口和接口灌浆。
管线土质不一样或差异较大时,应会同设计部门按设计要求做好土质变异地
段的地基处理。
PCCP管的质量较大,可根据施工地点的土质情况铺设砂垫层作为管道基础,
砂基要求夯实,并保持最佳含水量。
胶圈的安装
管的吊装就位及安装
管的吊装就位根据管径、周边地形、交通状况及沟槽的深度、工期要求等
条件综合考虑,选择施工方法。根据工程的特点,大致有二种不同的方法可
供选择,一种为吊车直接吊装就位,一种为有轨龙门台车吊装就位。具体根
据现场实际情况进行选择。
由于本工程工期紧张,所以只要施工现场具备吊车站位的条件,就采用吊
车吊装就位,本工程中选用80吨履带吊站位于沟边,用两组导链和钢丝绳将
管子吊至沟槽内,用手扳葫芦配合吊车,对管子进行上下、左右微动,通过
下部垫层、三角枕木和垫板使管子就位,该种施工方法速度较快且安全性高,
但对场地情况要求高,同时费用较高。:.
管道安装时,将刚吊下的管子的插口与已安装好的管子的承口对中,使插
口正对承口。采用手扳葫芦外拉法将刚吊下的管子的插口缓慢而平稳地滑入
前一根已安装的管子的承口内就位,管口连接时作业人员事先进入管内,往
两管之间塞入挡块,控制两管之间的安装间隙在20~30mm之间,同时也避免
承插口环发生碰撞。特别注意管子顺直对口时使插口端和承口端保持平行,
并使圆周间隙大致相等,以期准确就位。
注意勿让泥土污物落到已涂润滑剂的插口圈上。管子对接后时检查胶圈位
置,检查时,用一自制的柔性弯钩插入插口凸台与承口表面之间,并绕接缝
转一圈,以确保在接口整个一圈都能触到胶圈,如果接口完好,就可拿掉档
块,将管子拉拢到位。如果在某一部位触不到胶圈,就要拉开接口,仔细检查
胶圈有无切口、凹穴或其他损伤。如有问题,必须重换一只胶圈,并重新连接。
每节PCCP管安装完成后,细致进行管道位置和高程的校验,确保安装质量。
管弯管施工
设计单位将弯管段设计成三维转角,即既有水平方向、又有垂直方向的弯
管,而生产厂家在管子的制作过程中,也未将方向和角度在管子上作出明显
标记。因此在安装过程中,由于管材较重,同时又必须考虑两个方向的角度,
吊装就位遇到了相当大的困难。若用两个二维管道来替代,则工程施工难度
会大大降低,不但进度有所加快,且有可靠的质量保证。在后续工程中的实
际应用也证实了其效果极好。
接口试压
管道对口时接口试压孔放在水平线以上45度左右,然后利用手动试压泵:.
注水进行接口试压。如放在底部,因施工中机具设备及施工人员的进出会带
入土渣等杂质,使进水孔堵塞,或进入胶圈中间的密封仓,从而使闭水通道
堵死而形成气阻,导致闭水试验不合格;接口试压的目的是检验‘0’形密封
圈效果。接口试压合格表明管道对接合格,拆除接口试压装置,用配套螺帽
加聚四***乙烯密封带将试压孔堵好。
接口外部灌浆
接口内部填缝
接口内凹槽用1∶~2的水泥砂浆进行勾缝并抹平管接口内表面。使之与管内
壁平齐。
接头处防腐
防腐采用管内壁及接头处均匀喷涂两道环氧煤沥青,厚度≥,管外壁防腐
不作要求。管道安装完成后,对接头处的内防腐还需补做,操作人员必须在
良好的通风环境和有效的防护措施下进行操作,以保证安全。
支墩的施工
在压力管道方向改变处、横截面面积改变处或管路终端会产生推力,如
果不对其进行充分限制,则可能导致接口拉开,为防止接口拉开,则需对这
些部位加设支墩,这样增加了接口圈和土壤之间的接触面积,提高了摩擦力
从而防止接口的移动而造成渗漏。
支墩大致可分为土质沟槽镇墩和石质沟槽支墩二种。石质沟槽支墩上下
游柔性接口以外二节管的范围为石屑过渡层,垫层由标准厚度渐变为50mm(柔:.
性接口处)。柔口至支墩上下游立面之间开挖形成斜坡。石质沟槽支墩不设C10
混凝土垫层。
土质沟槽支墩范围如土质较软,经设计同意可在支墩及上下游各二节管
范围内换填砂砾料,换填厚度与地基荷载相适应。
支墩混凝土浇筑在开挖断面内满填混凝土,不允许支模浇筑。土质沟槽
支墩后背必须为原状土,并保证支墩和土体紧密接触,支墩与管道间做沉降
缝,缝内垫20mm浸油木板。需利用被动土压力的支墩受力侧的槽壁不得超挖,
如超挖用同标号混凝土回填。
基坑回填
管道及附件安装完成,经检验合格后,及时进行沟槽回填,避免将已
安装完成的管道长期外露不回填,更不允许将其跨越冬季。回填前根据现
场土质进行压实试验,确定最佳含水量、虚铺厚度及压实遍数等参数。回
填前清除沟槽内的杂物,并排除积水,不得在有积水的情况下进行回填。
严格控制回填土料的质量,回填土中不得含有淤泥、腐殖物、碎砖、石块
及大于10cm的硬土块。冬季回填时管顶以上50cm以内不得使用冻土,以
外可均匀掺入冻土,但控制数量不得超过填土总体积的15%,且冻块尺寸
不超过10cm。管道两侧至管顶的回填土必须对称分层夯实,严禁单侧回填
或用推土机从一侧向沟内推填,以免引起管顶轴线位移和接口变形。
回填土分层回填夯实,采用冲击夯作业,每层虚铺厚度不大于25cm,
填土夯实做到夯夯相连,确保无漏夯。沟槽两侧回填同步进行,高差不超
过30cm。管道与下方的土弧基础之间的三角区必须重点填筑密实,填筑时
管道两侧必须对称进行,注意不得使管道位移或损伤,将管道的椭圆度变:.
形控制在允许范围内。回填的分段处留设台阶,每步台阶宽度不小于50cm,
台阶从夯实后的土中切出,不得做假台阶。
回填土密实度要求如右图所示并不低于下列数值:Ⅰ—管区(管两侧
至槽边范围,自槽底到管顶以上500mm区域)回填土的压实度≥95%,Ⅱ—
管顶500mm以上区域回填土压实度≥85%,路基段如且路基要求大于以上要
求时按道路标准要求回填。
八、PCCP管管线强度试压及渗漏检验
三通、弯头后壁混凝土支墩达到设计强度后,回填土工作结束后进行管
道强度试压及渗漏检验。国家标准GB50268-97规定每段试压长度不超过
1000米。
管道末端试压后背施工
一般采用原土作后背。为增加原土受力面在原土面上安装钢木结构。钢
木结构以管中心为对称点安装。施工时原土壁上沿横向和立向安放两排道木
(道木尺寸根据施工现场情况定),再在道木前安放加勒钢板(加肋钢板厚度
根据施工现场情况定)作受力壁板。肋板以壁板中心为圆心向八个方向对称
焊接。试压时千斤顶垂直安装在管道盲板中心与壁板中心。为防止钢木结构
受力变形超过管道接口允许位移量,千斤顶要随钢木结构变形量增加而顶伸。
钢制盲板与PCCP转换接头后整体安装在PCCP管上,安装时先在盲板上
做好顶进长度标记,确保盲板安装质量。防止千斤顶过顶或盲板安装不到位。
强度试压时随着管内压力升高,盲板将被向外推移,及时顶伸千斤顶消除盲
板位移是确保试压成功的关键。:.
管道中间试压装置
管道中间试压装置管道在农田内或者公路边施工,不宜留下过长的原土
做试压后背。因为预留口存在结水、塌方的危险。中间试压装置如下图:
本工程采用5米长的DN2000×18的钢管两端与PCCP转换接头焊接,钢
管中间焊一20mm厚钢板将钢管分成不相通的两部分,施工管道时直接安装在
试压点,确保了管道连续施工。试压前在钢管上方安装DN50旁通管、阀门、
排气阀、压力表及进水管,并在钢管上方安装DN600人孔组成一个完整的中
间试压装置。装置将几段连接起来进行试压,既不影响分段验收又减少了试
压后背安装次数。而且确保了所有管道和接口的参加了强度试压。操作方法
如下:
(1)在系统注水,加压全过程中旁通阀全开启状态,自动排气阀排气,
保持全线水压均等,且一旦升压过程中有问题时,试压段的压力能及时调整
一致而中间装置不移动。
(2)全线压力均升到后。观察末端试压后背10分钟,无异常现象后,关
闭旁通阀分段进行渗漏量检验。渗漏量检验方法参照《给水排水工程施工及
验收规范》GB50268--97有关规定进行。
观察压力表并记录从试验压力保水状态自然压降所经时间T1(min);
将管道压力补到试验压力;
通过放水口人工放水,人为将压力下降,并收集人工放水量W(L),记录
人工放水时间T2(min);
实测渗漏量计算
L----试验管段长度(km):.
W---人工T2时间内放水量(L)
本工程设计允许渗漏量5L/min*km。
(3)渗漏量检验时为了保证中间装置不因为两边压差过大引起纵向移动,
渗漏量检验时严格控制钢隔板两边压力,本工程实施时钢隔板两边压差控制
在范围内。
(4)渗漏量检验完毕后,将所有中间装置的旁通阀打开,进行均压后进
行降压。压力降到零时打开末端放空阀进行组织排水。
(5)管道内水排完后,从中间装置的人孔进入管内将钢隔板割除掉,并
将注水管割除封焊完毕。
注:由于试压段之间有旁通管,选用全线注水方便,且有河流的地方注水
及排水。
该中间装置的作用
九、水压试验的注意事项
压力实验必须根据管道不同段的工作条件和设计要求制订完善的压力试
验技术方案。
向管内灌水时,应打开管道各高处的排气阀。待水灌满后关闭排气阀和进
水阀,停止供水后,系统静止24小时左右,以使管道达到机械、热力和化学
上的平衡。
管道升压时,管道的气体应排除,升压过程中,当发现弹簧压力表计表针
摆动、不稳,且升压较慢时,应重新排气后在升压。
试压应分级进行,每升一级应检查后背、支墩、管身及接口,当无异常时,:.
再继续升压。
水压试验过程中,后背顶撑及管道两端严禁站人。
水压试验时,严禁对管身、接口进行敲打或修补缺陷,遇有缺陷时,应作
出标记,卸压后修补。
十、PCCP管新工艺应用
传统工艺的弊病
如果按照传统的施工方法施工(强度试压后再回填),工期长、管道沿线
安装隐患多、遇大雨时如排水不及会引起“浮管”、强度试压时管道无法固定
等缺点、如回填时留下接口处,不能保证回填土密实度,而且接口处产生的
淤泥很难处理。
为了解决上述问题,经过研究采用开挖、装土、在完成接口试压(接口
检验)后就进行回填土的施工新工艺。
先回填土后强度试压的优点及可行性
“浮管”,确保了工程质量。及时回填避免解决了管线强度试压时管道固定难
度。及时回填能缩短成品保护时间和施工周期。
执行该施工工艺的施工有点-地基处理
由于管线长,各段土质不可能相同,施工时采用等强度地基和缓变地基的处
理方法解决沿线不同土质可能导致的管道不均匀沉降。
管道局部穿过河塘时,将淤泥清除,挖至原土层后用沙石回填分层夯实至管:.
底标高(等强度地基处理方法)。
管道由黄土地基过渡到沙土地基时采用过渡区梯变换土的方法处理地基(缓
变地基处理方法);黄土地基稳定性好,受压后沉降小;沙土地基稳定性差,
受压后沉降大、PCCP管可以“借角”度(沿直线方向每节可以偏差4cm)。处
理地基时沟槽开挖后采用静压试验,获得相关数据后确定换土范围。利用8%
灰土替换沙土,并压实达到95%密实度。
十一、经济效益分析
材料、人工和机械
,共计
节省人工费261000元,管理费用54500元,机械费210000元,结
算总价480万元,科技进步效益率%。
工期
采用沉井顶管施工时间累计158天(包括业主原因延误工期60天),节
约工期31天。
十二、综合评价
预应力钢筒混凝土管(PCCP管)从问世到使用,已经历了半个多世纪。目前,
从管道的设计、制造、检测到安装、验收、使用等各方面,均实现了规范化、
系列化,已在城市建设的输水工程中得到了较好的应用。实践证明大口径埋
地管施工开挖、装管、回填同时进行的施工方法是可行的。