摘 要:本文简要介绍了预应力钢筒混凝土管( PCCP) 的结构特点,分析了其与传统管材相比的优势,综述了其在国内外的发展情况,全面介绍了预应力钢筒混凝土管在内蒙古自治区给水工程中的应用情况,最后对预应力钢筒混凝土管在内蒙古自治区的使用现状进行了总结并对未来的发展情况进行了预期。
关键词:预应力钢筒混凝土管;结构特点;给水工程;应用
中图分类号: TU757. 3 (226) 文献标识码:A 文章编号:1007 —6921 (2006) 21 —0086 02
1 预应力钢筒混凝土管的结构
预应力钢筒混凝土管( Prest ressed ConcreteCylinder Pipe ,以下简称为PCCP) 是一种目前世界上广泛使用的大口径压力管材。从结构上看,PCCP是钢—混凝土复合管材。PCCP 采用薄钢板卷制的钢筒与钢制承、插口钢圈焊接成完整的钢筒体,口径不大于DN1400mm 时,采用离心法在钢筒内浇筑一层混凝土内衬层构成管芯; 口径大于DN1400mm时,采用立式振动成型法在钢筒内外同时浇筑混凝土构成管芯,接着在管芯外圆上缠绕高强度预应力钢丝,最后在钢丝上均匀的喷射一层水泥砂浆保护层而组成。
图1 PCCP 结构图
2 预应力钢筒混凝土管相比传统管材具有的优点
PCCP 能够在世界上得到广泛应用,得益于其相比传统管材所具有突出的优点,总结起来,有如下6 项优点:
2. 1 抗腐蚀、寿命长
由于构成PCCP 的所有钢材均被密实的混凝土所包裹,经防腐处理的承、插口安装后其外露部分又用砂浆灌注封口,由混凝土和砂浆提供的高碱性环境使PCCP 内部的钢材钝化,从而有效的防止了钢材的腐蚀,避免水质的二次污染。目前国内业界公认的PCCP 的使用寿命可达50 年。在国际上,各国通常采用美国水工协会耐腐蚀委员会的研究数据,认为PCCP 的使用寿命可达到75～100 年。如美国普莱斯. 兄弟公司于1943 年生产的PCCP 至今仍在正常使用。相比之下,金属管材只有20～30 年的设计使用寿命。
2. 2 抗内、外压能力强
PCCP 属于刚性管材,除了结构本身的刚度外,管芯外缠的高强预应力钢丝为管材施加了预加刚度,增加了管体抵抗内水压力与外荷载压力的能力,而管芯中的钢筒解决了管材的抗渗问题。得益于优良的结构,设计人员可以轻易的设计出覆土等级10m ,工作压力达到3. 0MPa 的PCCP。相比之下,传统的水泥压力管在在工程中的应用基本上不超过0. 8MPa。
2. 3 压力损失低
PCCP的内壁光滑,糙度系数取值在0 . 0 1～0. 012 间,且不随时间恶化;混凝土内壁不结锈瘤、不结垢,保证了很小的摩擦系数,管线可以保持很高的通水能力。金属管材由于内壁易锈蚀、结锈瘤、结垢,使用一段时间之后就会出现通水能力降低,水质受污染的问题。
2. 4 施工方便、安装简单、密封可靠
PCCP 是刚性管,对管基的处理没有特殊的要求,大部分工程对管基只要求槽底平整即可,施工非常方便。而柔性管(如钢管) 通常要求管基础为砂石垫层,甚至要做混凝土管基,施工相对复杂。
PCCP 的安装采用承、插式结构,安装便捷,根据对我区PCCP施工情况的了解, 以DN 6 0 0 mmPCCP 为例,一个作业面可以达到40 条/ 日的平均安装速度,即每日安装240m。山西的万家寨引黄工程,其中43. 2 Km 的DN3000mm 的大口径PCCP 管线,也仅用了16 个月便安装完成,安装进度达到90m/ 日,且经管线充水试压检查,8000 余个接头无一渗漏,管线压力平稳,工程质量可靠。
PCCP 承、插口间以橡胶密封圈来密封,接口是柔性接头,允许接头有0. 5°～1. 0°的转角,具有一定的抵抗地基不均匀沉降的能力与抵抗震害的能力,如台湾1999 年9 月21 日发生里氏7. 3 级大地震后,台湾自来水公司对各类管线的震害情况进行了调查,发现所有管线中只有PCCP 管线无一例损害,证明了PCCP 的柔性接头的可靠性。
2. 5 性价比高
2. 5. 1 管材价格低: PCCP 主要的竞争管种是钢管等金属管材,PCCP 的价格远比钢管低,以下为我区市场上部分规格的相同口径与相同工作压力的PC2CP 与钢管价格的比较(两种管材均含安装费) :
表1 PCCP 与钢管价格比较
由表1 看出, PCCP 的价格仅为钢管价格的60 %左右,且口径越大,价格优势越明显。
2. 5. 2 维护费用低:与金属管材相比, PCCP 具有维护费用低的优点,根据国内行业内的统计,球墨铸铁管线的年平均运行费用约为1 670 元/ Km ,钢管管线的年平均运行费用约为3 120 元/ Km ,而PCCP管线基本上无需维护保养。
2. 5. 3 综合成本低:钢管的使用寿命通常为20 年,铸铁管的使用寿命通常为30 年,而PCCP 的使用寿命在50 年以上,由于使用寿命平均比金属管材长1倍,而价格仅为其60 %左右且不需维护费用,因此综合测算,在全寿命期内,PCCP 管线的成本仅为钢管管线的1/ 4 。
3 PCCP 在国内外的发展概况
3. 1 PCCP 在国外的发展概况
PCCP 在国外的开发应用已有半个多世纪,最早由法国Bonna 公司于1939 年生产,到了上世纪40 年代,随着欧美竞相开发, PCCP 得到了广泛应用,美、法各国累计生产的PCCP 总量达到数十万km。目前,世界上最著名的PCCP 工程是利比亚的号称“大人工河”的输水工程,一、二期工程总长度3 600 Km ,大部分是DN4000mm 的PCCP。
3. 2 PCCP 在国内的发展概况
PCCP 在国内的研究工作始于上世纪70 年代,真正大规模投入生产是在上世纪90 年代,随即进入快速发展阶段,到目前国内已建成PCCP 生产线40余条,年生产能力达到1 000 Km ,管径从DN600mm～DN4800mm。国内最有影响的工程是国家重点南水北调工程中的PCCP 管线,总长度103 Km ,管径DN4000mm。
4 PCCP 在内蒙古自治区的发展情况
4. 1 生产能力
内蒙古自治区建成的第一家PCCP 生产厂是于2001 年5 月投产的呼市万联兄弟管道有限公司,有大口径PCCP 生产线两条。目前,我区共有PCCP生产厂两家,生产线三条,年生产能力约60 Km ,生产管径从DN600mm～DN3000mm。
4. 2 工程情况
我区自2001 年引黄入呼工程开始使用PCCP管材,截至目前共建成DN600mm～DN3000mm 的PCCP 工程8 个,工程情况统计见表2 。
4. 3 市场发展情况
由于PCCP 具有显著的优点,因此,在我区的发电厂给水管道工程中逐步得到推广,通过实际使用,电厂工程的业主也对这种管材给予了充分的认可,目前在发电厂给水工程中有逐步取代钢管的趋势。但是,在我区城市与市政供水方面却仍然是传统的水泥管、铸铁管与钢管一统天下,目前我区已建成的用于城市供水的PCCP 管道仅有引黄入呼工程的DN2000mm 管道一条。如此优秀的管材却不能在市政供水工程中得到推广,说明业界还需要加大推广的力度。
表2 内蒙古自治区已建成PCCP 工程统计
5 PCCP 在内蒙古自治区的发展展望
我国人均水资源的占有量仅为世界平均水平的1/ 4 ,而在我区西部的一些地区,缺水情况极为严重;同时随着城市规模的扩大,规划部门不得不考虑到未来数十年内城市的用水需求。正如最近建设部仇保兴副部长指出:“城市投资将加速地下管网建设,到2010 年我国供水建设和管网建设所需的投资总数不会少于2 万亿人民币”。因此我区的城市供水建设和管网建设还大有可为, PCCP 在我区城市供水建设中才刚刚起步,还需要大力推广与宣传。最近国家发改委、科技部会同建设、水利、农业部制定的《中国节水技术政策大纲》中明确城市供水网直径大于1. 2 m 的大口径管优先考虑推广PCCP。我区的PCCP 企业应抓住当前的有利时机,加速PCCPCP 在我区的另一大市场是在发电厂的给水工程中使用,这一领域目前发展情况良好,随着我区煤电一体化战略的实施,每年都会有数目可观的电厂改、扩、新建工程的配套给水工程实施, PCCP 企业应通过优良的产品质量,周到的售后服务来站稳这一阵地,并逐步扩大市场份额。
总之,有理由相信PCCP 这种性能优良的管材必然将在我区得到业主的认可,并将在我区的工业与民用给水工程中得到广泛的应用。
[参考文献]
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