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钢制承插口预应力混凝土管简称SPCP,是一种复合型管材。它是在钢筋混凝土管芯外壁缠绕预应力钢丝,喷以水泥砂浆保护层,接头采用钢制承插口。承插口和滑动式胶圈相互配合形成了具有良好密封性的柔性接头,是钢筋混凝土、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、维护方便等特性的新型管材。
可用于城市给水排水干管、工业输水管线、农田灌溉、工厂管网、电厂补给水管及冷却水循环系统、倒虹吸管、压力隧道管线及深覆土涵管等。工作压力不超过0.6MPa。
目前钢管接口形式主要有螺纹连接、佛兰连接及焊接连接等,其中螺纹连接只适用于小直径钢管,而佛兰连接虽然质量可靠而且适用于较大直径的钢管,但需增加佛兰等配件,成本很高,难以普遍使用。焊接连接是指通过焊接工艺,使钢管实现连接。这种方法在中大型直径钢管管道中普遍使用,但由于接口是现场人工焊接,所以存在工艺复杂落后、焊接工人劳动强度大、施工效率低、焊缝质量受环境、天气及操作者的操作质量直接影响以及接口的焊缝无法消除残余应力,当地形、温度或载荷发生变化,有缺陷的接口焊缝就会出现应力集中,这是钢管通常出现裂事故的主要原因。在国外,为了提高接口的质量,在一些重要的接口,也有采用外加套管焊接接口的方法(如图1所示)。这种方法是把原接口的对接焊缝变搭接焊缝,所以接口的强度得到一定的提高,但必须增加套管及增加近3倍的焊缝焊接的工程量,使施工成本明显增加、工效更低。因此没有被大量使用。此外,由于这同样是一种刚性连接,当地基变化时,管道承受的外力仍然无法消除。
承插式柔性接口连接,在水泥管和铸铁管中普通使用,它具有安装方便、工效高和施工质量容易保证等优点。但柔性接口的弱点是管道的转弯、三通、变径和堵头的管段需捣制混凝土止推加固墩,防止管道位移。因此这成为制约大型管道采用柔性接口的关键技术,因此如何采用低成本,把每根钢管制成具有承插式柔性和刚性(焊接)两用的接口的,满足不同环境对接口形式的需要,从根本上解决原钢管的安装存在的薄弱环节,充分发挥钢管管材的优势,这是钢管管道发展的方向。
京石段PCCP管线长56.409公里
南水北调京石段惠南庄至大宁段PCCP管线长56.409公里(单线长约112公里),占北京段总干渠全长的70%,是南水北调中线北京段工程的重要组成部分,是保证京石段全线于2008年通水的关键工程。
北京河山引水管业有限公司在工程中承担着51公里的管材生产、运输工作。为了确保工程质量、工期,该公司从2006年3月18日起,按照北京市南水北调工程建设管理中心的要求,开始进行试验性生产工作,以期在试生产过程中对PCCP原材料、厂家生产能力、设备能力、生产工艺、配件制作、质量保证体系、管材运输等相关问题进行试验与探索,对各种技术参数进行验证。至6月30日,共完成400根DN4000PCCP成品管及6个钢结构配件的生产,并顺利通过了验收,产品质量完全满足工程要求。
据北京河山引水管业相关技术人员告诉记者,他们在试验生产过程中进行了各种试验性工作,在标准管、钢配件的生产和技术工作中取得了大量宝贵的数据和成功经验,相继解决了承插口密封系统、胶圈长度及性能指标、阴极保护方案、饮水舱漆原材料及施工方案、混凝土配合比优选试验、外阜与本地原材料对比试验等大量的、有针对性的技术问题,并对预缠丝系统、管身放倒装置、专用吊具、DN4000PCCP专用驮管车、成型工序噪声抑制方案等设备和方案进行了投入和研究,圆满达到了试验目的,为全线工程的顺利实施起到了科学的指导作用。