安波

（寧夏青龍管業(yè)股份有限公司，寧夏 吳忠751600）

1 引言

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡(jiǎn)稱“PCCP”）是一種復(fù)合型管材結(jié)構(gòu)，是在帶有鋼筒和混凝土內(nèi)襯組成的管芯外側(cè)或在由鋼筒和鋼筒內(nèi)、外兩側(cè)混凝土層組成的管芯混凝土上纏繞鋼絲，并在鋼絲表面再噴制一層水泥砂漿，從而制作成為PCCP。PCCP 管材的內(nèi)、外抗壓能力非常好，且防滲能力和密封能力較好，使用壽命較長(zhǎng)，因此，非常適合用作水利工程中的輸水管道，我國(guó)的南水北調(diào)工程中大量使用了PCCP。PCCP 產(chǎn)生裂縫的原因主要是鋼筒的焊接工藝導(dǎo)致的其內(nèi)壁應(yīng)力不均勻，在荷載的作用下便會(huì)開裂，PCCP的內(nèi)壁裂縫（尤其是縱向裂縫）會(huì)對(duì)其質(zhì)量帶來較大影響，因此，控制其裂縫對(duì)于提升水利工程的質(zhì)量至關(guān)重要。

2 PCCP 內(nèi)壁裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 混凝土干縮變形

混凝土主要指的是由通過水泥作為膠凝材料，以砂石作為集料，通過加水按照一定比例進(jìn)行拌合膠結(jié)成為一個(gè)整體的復(fù)合材料的一類統(tǒng)稱，也稱之普通混凝土，其是現(xiàn)階段的土木工程當(dāng)中最常見的材料。從上述分析可知，混凝土自身含有較多的水分，因此，當(dāng)制作好的PCCP 被放置在露天通風(fēng)的環(huán)境下時(shí)，空氣的流動(dòng)便會(huì)帶走混凝土內(nèi)的水分，失去水分的混凝土便會(huì)出現(xiàn)體積縮小的情況。水分流失較多時(shí)，混凝土自身的形狀也會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做混凝土的干縮變形。對(duì)于PCCP 來說，當(dāng)內(nèi)壁混凝土干縮變形時(shí)，會(huì)對(duì)其內(nèi)部的鋼筒產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力一般不會(huì)對(duì)完整的鋼筒產(chǎn)生影響，但如果應(yīng)力點(diǎn)在鋼筒的焊接處，則鋼筒焊接處會(huì)受到焊接與混凝土變形的雙重應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土在鋼筒焊接處開裂。

2.2 纏繞鋼絲直徑過大

鋼絲的纏繞是生產(chǎn)PCCP 時(shí)的重要環(huán)節(jié)，可以增加PCCP的內(nèi)、外部抗壓能力，而纏繞的鋼絲也會(huì)對(duì)鋼筒產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。一般來說，為提升PCCP 結(jié)構(gòu)的可靠度，纏繞的鋼絲往往采取很大拉應(yīng)力，按照一定的鋼絲螺距纏繞的方式，會(huì)產(chǎn)生沿鋼筒周長(zhǎng)的環(huán)形應(yīng)力，這種環(huán)形應(yīng)力會(huì)對(duì)鋼筒產(chǎn)生沿周長(zhǎng)方向上的拉伸作用，如果鋼筒生產(chǎn)環(huán)節(jié)焊接得不夠牢固，焊縫在鋼絲的環(huán)形鋼絲的應(yīng)力作用下便會(huì)開裂[1]。這種由鋼絲應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)壁裂縫較為普遍，且這種裂縫會(huì)沿著鋼筒的焊縫螺旋分布，距管材插口端300mm 范圍內(nèi)出現(xiàn)的環(huán)向裂縫寬度大于1.5mm，內(nèi)壁環(huán)形裂縫大于0.5mm[2]，則會(huì)對(duì)PCCP的質(zhì)量造成一定的負(fù)面影響。

3 控制PCCP 內(nèi)壁裂縫的方式

3.1 提升焊接質(zhì)量

從上文可以看出，無論是由混凝土干縮引起的裂縫，還是鋼絲應(yīng)力引起的裂縫，其本質(zhì)是相同的，都是由于鋼筒的焊縫無法承受應(yīng)力導(dǎo)致的混凝土開裂。因此，提升鋼筒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的焊接質(zhì)量，是控制PCCP 裂縫的關(guān)鍵。

影響鋼筒焊接質(zhì)量的不僅有焊接的手段，由于不同鋼材的焊接特性不同，生產(chǎn)鋼筒所用的鋼材也會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，提升焊接質(zhì)量除了要使用更加先進(jìn)的焊接手段外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)生產(chǎn)鋼筒搭接寬度和焊縫質(zhì)量進(jìn)行控制。通常來說，鋼筒內(nèi)混凝土裂縫產(chǎn)生的位置大部分都是鋼筒表面不平整的部位——焊縫位置，焊縫在承受壓力時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力不均勻的現(xiàn)象，在長(zhǎng)時(shí)間的壓力作用下會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂。因此在焊接鋼板時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意控制對(duì)鋼板的搭接寬度和焊接過程。盡量保證搭接部位平整的對(duì)接，同時(shí)在不影響焊接效果的前提下，盡量減小鋼板搭接的寬度，盡可能減小焊縫高度，避免因鋼板搭接太寬和焊接太高導(dǎo)致混凝土的開裂問題。

3.2 縮小預(yù)應(yīng)力鋼絲直徑

對(duì)于PCCP的總預(yù)應(yīng)力來說，所纏繞鋼絲的直徑基本不會(huì)對(duì)總預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生影響，但單根鋼絲的直徑以及纏繞的螺距會(huì)影響分布在鋼筒表面的預(yù)應(yīng)力的均勻性。當(dāng)預(yù)應(yīng)力分布不均勻時(shí)，鋼筒出現(xiàn)裂縫的概率會(huì)增加。一般來說，直徑較小的鋼絲預(yù)應(yīng)力分布更加均勻[3]，鋼筒出現(xiàn)裂縫的概率更小。

為了找出適合進(jìn)行鋼筒纏繞的預(yù)應(yīng)力鋼絲，選擇了常用的5mm、6mm 與7mm 直徑的預(yù)應(yīng)力鋼絲進(jìn)行纏繞實(shí)驗(yàn)。PCCP管道共計(jì)10 節(jié)，內(nèi)壓為0.6MPa，分別用三種不同直徑的鋼絲進(jìn)行纏繞實(shí)驗(yàn)，在一段時(shí)間后觀察鋼筒的裂縫情況。

實(shí)驗(yàn)周期為7 天。到第7 天時(shí)，5mm 鋼絲出現(xiàn)裂縫的管道為1 節(jié)，而6mm 與7mm 均為2 節(jié)，三種鋼絲纏繞的鋼筒中裂縫的寬度基本一致，但5mm 鋼絲中裂縫的平均長(zhǎng)度更短，這說明較細(xì)的鋼絲有助于避免PCCP 裂縫的產(chǎn)生。

3.3 重視后期養(yǎng)護(hù)

由于混凝土自身在外部環(huán)境中會(huì)失去水分，因此，在PCCP 生產(chǎn)完畢后，對(duì)其內(nèi)壁的混凝土和外壁砂漿進(jìn)行后期灑水養(yǎng)護(hù)，及時(shí)地補(bǔ)充其水分，避免干縮變形導(dǎo)致內(nèi)壁混凝土開裂。生產(chǎn)完畢的PCCP 管道的兩端應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行封堵，避免管道內(nèi)部的“穿堂風(fēng)”帶走混凝土中的水分。

4 結(jié)語

本文對(duì)控制PCCP 內(nèi)部裂縫的方式進(jìn)行了研究，造成PCCP 內(nèi)部裂縫的主要原因是混凝土的干縮變形以及纏繞鋼絲的應(yīng)力?；诖?，本文從焊接質(zhì)量、鋼絲直徑和后期養(yǎng)護(hù)三個(gè)角度提出了控制PCCP 內(nèi)部裂縫的建議。