中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題及對策(中篇)文章根據(jù)孟晉忠先生2023年7月25日在中國水利學會組織的“PCCP管線安全提升學術(shù)沙龍”上所作主題報告整理,經(jīng)作者本人2024年8月審核并局部修改定稿,作者同意在本號上發(fā)表以供技術(shù)交流之用。 全文共分四部分,分三篇刊登: 上篇:一、中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀; 中篇:二、PCCP發(fā)展中存在的問題; 下篇:三、針對存在問題的對策;四、PCCP工程常見問題及處理。 歡迎讀者閱讀。 作者簡介 ![]() 孟晉忠,男,漢族,中共黨員,教授級高級工程師。退休前一直在山西省水利水電勘測設(shè)計研究院從事工程設(shè)計工作,先后任設(shè)計組長、水工專業(yè)負責人、設(shè)計室主任、院副總工程師、副院長等。具有國家注冊土木工程師和注冊監(jiān)理工程師執(zhí)業(yè)資格,全國鋼標準化技術(shù)委員會鑄鐵管分技術(shù)委員會委員。2004年受聘南水北調(diào)中線PCCP輸水工程咨詢專家和國務(wù)院南水北調(diào)評標委員會專家。近30年主要從事供水管道工程設(shè)計和咨詢工作,曾主持了山西省萬家寨引黃、廣州市西江引水、山西省辛安泉供水改擴建等10余項大中型引調(diào)水工程的設(shè)計工作;主持了南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水、遼寧大伙房二期、河北省南水北調(diào)配套、淮水北調(diào)等20余項PCCP供水管道工程的技術(shù)咨詢工作。獲山西省優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎2項;水利部優(yōu)秀工程設(shè)計銅質(zhì)獎1項;山西省科技進步一等獎、三等獎各1項。山西省百佳勘察設(shè)計工程師,2009年和2019年分別獲中國混凝土與水泥制品協(xié)會“PCCP行業(yè)發(fā)展20周年特殊貢獻獎”和 “PCCP產(chǎn)業(yè)發(fā)展30周年終身貢獻獎”榮譽稱號。 ![]() 中國PCCP發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題及對策 (本期閱讀時間大約9分鐘) 這部分內(nèi)容主要包括:PCCP發(fā)展中需要規(guī)范的問題;PCCP 結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題;輸水管道工程設(shè)計中幾個常見問題。 PCCP發(fā)展中需要規(guī)范的問題 行業(yè)發(fā)展初期門檻低,發(fā)展過熱,盲目建廠,缺乏嚴格的質(zhì)量監(jiān)管。特別是一些“三無”小企業(yè)將生產(chǎn)出的不合格PCCP產(chǎn)品應(yīng)用于部分工程; 與PCCP相關(guān)的設(shè)計、制作、安裝標準,存在行業(yè)管理交叉、要求不統(tǒng)一; PCCP陰極保護研究深度不夠; 管道接口處理不規(guī)范; 接口水壓試驗壓力選擇偏大(標準不統(tǒng)一); 部分工程設(shè)計工作壓力、試驗壓力、水錘壓力選擇不合理; 無針對PCCP管材的安裝標準,導(dǎo)致部分工程安裝、回填不規(guī)范,質(zhì)量差; 現(xiàn)有標準對水壓試驗分段、合格標準的規(guī)定不適用。 PCCP 結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題 PCCP設(shè)計荷載及設(shè)計壓力取值 設(shè)計內(nèi)壓:按美國供水工程協(xié)會ANSI/AWWA C304規(guī)定了三種內(nèi)壓: 工作壓力Pw 、試驗壓力Pft 、水錘壓力Pt; 同時還規(guī)定,在買方?jīng)]有特別規(guī)定時試驗壓力Pft取工作壓力Pw的1.2倍,水錘壓力Pt取0.4倍工作壓力(或0.276MPa)。 從多年從事PCCP輸水工程咨詢中發(fā)現(xiàn),國內(nèi)有些工程對這三種壓力取值差異性很大,部分是過于保守,將輸水管道可能發(fā)生的非正常工況下的瞬時最大壓力規(guī)定為PCCP的設(shè)計工壓,導(dǎo)致管材的壓力等級偏高,造成工程投資浪費。 也有的工程在某種工況下偏安全,如將在管道正常運行的壓力上再提高一個工壓等級規(guī)定為工作壓力Pw,但是又未對輸水管線進行水力過渡過程分析計算,也就不再對PCCP的水錘壓力進行特別要求,而輸水管線上的閥門(如蝶閥)關(guān)閉時間又不作規(guī)定,實際關(guān)閥過程水錘壓力遠大于0.4 Pw ,又出現(xiàn)了不安全工況。 正確選擇PCCP三個壓力,一定要緊密結(jié)合工程實際、閥門關(guān)閉時間和水力過渡過程分析計算成果。 按《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道技術(shù)規(guī)范》 SL 702,PCCP工作壓力Pw 與C 304相同;出現(xiàn)一個設(shè)計壓力P(作用在管內(nèi)壁上的最大瞬時壓力,相當于C 304的“Pw+ Pt”);關(guān)鍵是“試驗壓力Pft”在11.3.8條規(guī)定“管道水壓試驗壓力取值應(yīng)為1.2Pw”,與《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB/T 50268不一致,管道水壓試驗壓力取值應(yīng)為1.2Pw驗收存在問題,GB/T 50268表9.2.10-1規(guī)定PCCP“試驗壓力(P≤0.6MPa 1.5P;P>0.6MPa ,P+0.3)” 。 ![]() 采用不同標準PCCP標準管結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果比較 由于《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道技術(shù)規(guī)范》(SL 702)結(jié)構(gòu)設(shè)計(計算軟件)等同采用《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管設(shè)計標準》 ANSI/AWWA C 304(UDP),所以兩者計算結(jié)果差不多。 采用《給水排水工程埋地預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》CECS 140(取4種工況進行計算)計算結(jié)果與SL 702計算結(jié)果相比: 低工況管:CECS 140配筋量高于SL 702和C 304計算結(jié)果; 高工況管:CECS 140配筋量低于SL 702和C 304計算結(jié)果。 前期國內(nèi)有的工程采用ANSI/AWWA C 304,有的工程采用CECS 140或兩者取大值;近期有的工程采用SL 702、CECS 140分別計算取大值,采用ANSI/AWWA C 304復(fù)核。各種組合都有。 輸水管道工程設(shè)計中幾個常見問題 管材防腐 PCCP與其它金屬管材相比本身就具有較好的防腐性能,是否需要進行管線腐蝕控制,設(shè)計過程首先應(yīng)對管道沿線做以下探測工作: (a)測量管線周圍土壤的電阻率; (b)測量沿線土壤中的腐蝕性離子含量(如氯離子、硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等),然后根據(jù)測定結(jié)果判定是否需要采取防腐措施。 必須進行防腐保護時,首先考慮采用防腐涂層,其次再考慮陰極保護。 對于陰極保護宜采用犧牲陽極陰極保護,不宜選擇強制電流陰極保護。 采用犧牲鋅陽極或鎂陽極對PCCP進行陰極保護時,要做好PCCP標準管和鋼配件、不同保護單元之間的絕緣隔離,避免對PCCP造成過保護。否則,會起到反作用。 犧牲陽極保護使用壽命只有25年左右,與工程壽命不匹配; 陰極保護設(shè)置不合理出現(xiàn)過保護問題; 導(dǎo)電鋼帶對高強鋼絲的影響等。 這些問題都應(yīng)引起我們技術(shù)人員的重視。 接頭試驗壓力 GB 50268規(guī)定: ![]() SL702規(guī)定: ![]() 部分工程在招標文件(或合同文件)中未規(guī)定接頭試驗壓力 ,質(zhì)監(jiān)部門就要求執(zhí)行GB 50268,還有的項目要求執(zhí)行SL702,因試壓壓力過大導(dǎo)致接口插口鋼圈變形破壞或第一、第二次檢驗合格,第三次不合格,將合格管材、安裝規(guī)范的接口造成不合格。(本人參與處理過的類似項目較多,如,大同自來水0.8MPa、陜西斗門水庫工程1.5MPa、1.7MPa等)。有興趣的請參考(《水利水電技術(shù)》PCCP輸水工程設(shè)計應(yīng)用常見問題研究,2013.3)。 ![]() 接頭水壓試驗情況示意圖 ![]() 管道運行工況示意圖 從管道運行時與接頭打壓時比較,接頭密封膠圈受力情況是不同的。 建議: 管道工作壓力小于等于0.6MPa時,取管道工作壓力Pw ; 管道工作壓力大于0.6MPa時,取0.6MPa,最大不要超過1.0MPa。 (美國規(guī)定雙膠圈水壓試驗壓力0.35MPa,2001年引黃工程采用0.6MPa)。 管基墊層設(shè)置 以某大型引調(diào)水工程PCCP縱裂問題的實例,據(jù)了解發(fā)生縱裂管道均在巖基管溝,說明管基墊層設(shè)計或施工存在問題。 只有合理設(shè)置管基墊層才能保證管道按其結(jié)構(gòu)設(shè)計均勻受力。 接口(內(nèi)外)縫隙處理及承插口防腐 一般做法:內(nèi)接縫,水泥砂漿填縫;外接口縫,流動性好的非收縮水泥砂漿灌縫。(國內(nèi)有多種做法,要求高強度、聚硫密封膠、聚乙烯發(fā)泡閉孔板,提出剛性柔性接頭概念等等)。 承插口鋼圈防腐為臨時防腐,涂層宜薄不宜厚,永久防腐靠水泥砂漿。 管道接頭觀測設(shè)備設(shè)置問題 有的工程安裝土壓力計、水平沉降位移、滲壓計等,對于地質(zhì)條件差(如煤礦采空區(qū))、安全要求高的重要管線段可以適當考慮,全線是否有必要設(shè)置有待研究。 PCCP在線斷絲檢測 南水北調(diào)中線干線京石段DN4000加裝了光纖在線監(jiān)測,一次性投入費用較多,后期運行費用也很高。目前國內(nèi)出現(xiàn)一股設(shè)置光纖在線監(jiān)測熱。 隨著監(jiān)測設(shè)備的國產(chǎn)化費用會逐步減小,對于口徑大、重要程度高的工程可以考慮,但對于小管徑、低工壓、重要性一般的工程,其必要性有待研究。 利用流量計和壓力計聯(lián)合檢測滲漏 流量計測流精度誤差±0.5%,不計安裝誤差,兩臺流量計之間相差1%屬于正常值;微小滲漏流量不可能檢測出的;至于小流量滲漏更不能夠引起壓力明顯變化。 記得在上世紀末我們也有類似想法,事實證明不現(xiàn)實。但目前還有較大的引調(diào)水工程再做類似工作。(最近172大型引調(diào)水工程中的某工程還在繼續(xù)) 各種地下閥井(室)防水 幾乎所有引調(diào)水工程高地下水區(qū)的地下閥井(室)均存在不同程度的外水內(nèi)滲問題,井(室)內(nèi)設(shè)備長期處于浸泡或潮濕環(huán)境,且需要經(jīng)常抽排水?;炷镣獗趹?yīng)做防水層。 適用于北方低溫地區(qū)甚至是嚴寒地區(qū)的抗低溫橡膠圈 有待研發(fā)。 來源:PCCP質(zhì)量創(chuàng)新工作委員會(公眾號)
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