摘 要:本文簡要介紹了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管( PCCP) 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了其與傳統(tǒng)管材相比的優(yōu)勢,綜述了其在國內(nèi)外的發(fā)展情況,全面介紹了預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在內(nèi)蒙古自治區(qū)給水工程中的應(yīng)用情況,最后對預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在內(nèi)蒙古自治區(qū)的使用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)并對未來的發(fā)展情況進(jìn)行了預(yù)期。
關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);給水工程;應(yīng)用
中圖分類號: TU757. 3 (226) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007 —6921 (2006) 21 —0086 02
1 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的結(jié)構(gòu)
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管( Prest ressed ConcreteCylinder Pipe ,以下簡稱為PCCP) 是一種目前世界上廣泛使用的大口徑壓力管材。從結(jié)構(gòu)上看,PCCP是鋼—混凝土復(fù)合管材。PCCP 采用薄鋼板卷制的鋼筒與鋼制承、插口鋼圈焊接成完整的鋼筒體,口徑不大于DN1400mm 時(shí),采用離心法在鋼筒內(nèi)澆筑一層混凝土內(nèi)襯層構(gòu)成管芯; 口徑大于DN1400mm時(shí),采用立式振動(dòng)成型法在鋼筒內(nèi)外同時(shí)澆筑混凝土構(gòu)成管芯,接著在管芯外圓上纏繞高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲,最后在鋼絲上均勻的噴射一層水泥砂漿保護(hù)層而組成。
圖1 PCCP 結(jié)構(gòu)圖
2 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管相比傳統(tǒng)管材具有的優(yōu)點(diǎn)
PCCP 能夠在世界上得到廣泛應(yīng)用,得益于其相比傳統(tǒng)管材所具有突出的優(yōu)點(diǎn),總結(jié)起來,有如下6 項(xiàng)優(yōu)點(diǎn):
2. 1 抗腐蝕、壽命長
由于構(gòu)成PCCP 的所有鋼材均被密實(shí)的混凝土所包裹,經(jīng)防腐處理的承、插口安裝后其外露部分又用砂漿灌注封口,由混凝土和砂漿提供的高堿性環(huán)境使PCCP 內(nèi)部的鋼材鈍化,從而有效的防止了鋼材的腐蝕,避免水質(zhì)的二次污染。目前國內(nèi)業(yè)界公認(rèn)的PCCP 的使用壽命可達(dá)50 年。在國際上,各國通常采用美國水工協(xié)會耐腐蝕委員會的研究數(shù)據(jù),認(rèn)為PCCP 的使用壽命可達(dá)到75～100 年。如美國普萊斯. 兄弟公司于1943 年生產(chǎn)的PCCP 至今仍在正常使用。相比之下,金屬管材只有20～30 年的設(shè)計(jì)使用壽命。
2. 2 抗內(nèi)、外壓能力強(qiáng)
PCCP 屬于剛性管材,除了結(jié)構(gòu)本身的剛度外,管芯外纏的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲為管材施加了預(yù)加剛度,增加了管體抵抗內(nèi)水壓力與外荷載壓力的能力,而管芯中的鋼筒解決了管材的抗?jié)B問題。得益于優(yōu)良的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)人員可以輕易的設(shè)計(jì)出覆土等級10m ,工作壓力達(dá)到3. 0MPa 的PCCP。相比之下,傳統(tǒng)的水泥壓力管在在工程中的應(yīng)用基本上不超過0. 8MPa。
2. 3 壓力損失低
PCCP的內(nèi)壁光滑,糙度系數(shù)取值在0 . 0 1～0. 012 間,且不隨時(shí)間惡化;混凝土內(nèi)壁不結(jié)銹瘤、不結(jié)垢,保證了很小的摩擦系數(shù),管線可以保持很高的通水能力。金屬管材由于內(nèi)壁易銹蝕、結(jié)銹瘤、結(jié)垢,使用一段時(shí)間之后就會出現(xiàn)通水能力降低,水質(zhì)受污染的問題。
2. 4 施工方便、安裝簡單、密封可靠
PCCP 是剛性管,對管基的處理沒有特殊的要求,大部分工程對管基只要求槽底平整即可,施工非常方便。而柔性管(如鋼管) 通常要求管基礎(chǔ)為砂石墊層,甚至要做混凝土管基,施工相對復(fù)雜。
PCCP 的安裝采用承、插式結(jié)構(gòu),安裝便捷,根據(jù)對我區(qū)PCCP施工情況的了解, 以DN 6 0 0 mmPCCP 為例,一個(gè)作業(yè)面可以達(dá)到40 條/ 日的平均安裝速度,即每日安裝240m。山西的萬家寨引黃工程,其中43. 2 Km 的DN3000mm 的大口徑PCCP 管線,也僅用了16 個(gè)月便安裝完成,安裝進(jìn)度達(dá)到90m/ 日,且經(jīng)管線充水試壓檢查,8000 余個(gè)接頭無一滲漏,管線壓力平穩(wěn),工程質(zhì)量可靠。
PCCP 承、插口間以橡膠密封圈來密封,接口是柔性接頭,允許接頭有0. 5°～1. 0°的轉(zhuǎn)角,具有一定的抵抗地基不均勻沉降的能力與抵抗震害的能力,如臺灣1999 年9 月21 日發(fā)生里氏7. 3 級大地震后,臺灣自來水公司對各類管線的震害情況進(jìn)行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)所有管線中只有PCCP 管線無一例損害,證明了PCCP 的柔性接頭的可靠性。
2. 5 性價(jià)比高
2. 5. 1 管材價(jià)格低: PCCP 主要的競爭管種是鋼管等金屬管材,PCCP 的價(jià)格遠(yuǎn)比鋼管低,以下為我區(qū)市場上部分規(guī)格的相同口徑與相同工作壓力的PC2CP 與鋼管價(jià)格的比較(兩種管材均含安裝費(fèi)) :
表1 PCCP 與鋼管價(jià)格比較
由表1 看出, PCCP 的價(jià)格僅為鋼管價(jià)格的60 %左右,且口徑越大,價(jià)格優(yōu)勢越明顯。
2. 5. 2 維護(hù)費(fèi)用低:與金屬管材相比, PCCP 具有維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),根據(jù)國內(nèi)行業(yè)內(nèi)的統(tǒng)計(jì),球墨鑄鐵管線的年平均運(yùn)行費(fèi)用約為1 670 元/ Km ,鋼管管線的年平均運(yùn)行費(fèi)用約為3 120 元/ Km ,而PCCP管線基本上無需維護(hù)保養(yǎng)。
2. 5. 3 綜合成本低:鋼管的使用壽命通常為20 年,鑄鐵管的使用壽命通常為30 年,而PCCP 的使用壽命在50 年以上,由于使用壽命平均比金屬管材長1倍,而價(jià)格僅為其60 %左右且不需維護(hù)費(fèi)用,因此綜合測算,在全壽命期內(nèi),PCCP 管線的成本僅為鋼管管線的1/ 4 。
3 PCCP 在國內(nèi)外的發(fā)展概況
3. 1 PCCP 在國外的發(fā)展概況
PCCP 在國外的開發(fā)應(yīng)用已有半個(gè)多世紀(jì),最早由法國Bonna 公司于1939 年生產(chǎn),到了上世紀(jì)40 年代,隨著歐美競相開發(fā), PCCP 得到了廣泛應(yīng)用,美、法各國累計(jì)生產(chǎn)的PCCP 總量達(dá)到數(shù)十萬km。目前,世界上最著名的PCCP 工程是利比亞的號稱“大人工河”的輸水工程,一、二期工程總長度3 600 Km ,大部分是DN4000mm 的PCCP。
3. 2 PCCP 在國內(nèi)的發(fā)展概況
PCCP 在國內(nèi)的研究工作始于上世紀(jì)70 年代,真正大規(guī)模投入生產(chǎn)是在上世紀(jì)90 年代,隨即進(jìn)入快速發(fā)展階段,到目前國內(nèi)已建成PCCP 生產(chǎn)線40余條,年生產(chǎn)能力達(dá)到1 000 Km ,管徑從DN600mm～DN4800mm。國內(nèi)最有影響的工程是國家重點(diǎn)南水北調(diào)工程中的PCCP 管線,總長度103 Km ,管徑DN4000mm。
4 PCCP 在內(nèi)蒙古自治區(qū)的發(fā)展情況
4. 1 生產(chǎn)能力
內(nèi)蒙古自治區(qū)建成的第一家PCCP 生產(chǎn)廠是于2001 年5 月投產(chǎn)的呼市萬聯(lián)兄弟管道有限公司,有大口徑PCCP 生產(chǎn)線兩條。目前,我區(qū)共有PCCP生產(chǎn)廠兩家,生產(chǎn)線三條,年生產(chǎn)能力約60 Km ,生產(chǎn)管徑從DN600mm～DN3000mm。
4. 2 工程情況
我區(qū)自2001 年引黃入呼工程開始使用PCCP管材,截至目前共建成DN600mm～DN3000mm 的PCCP 工程8 個(gè),工程情況統(tǒng)計(jì)見表2 。
4. 3 市場發(fā)展情況
由于PCCP 具有顯著的優(yōu)點(diǎn),因此,在我區(qū)的發(fā)電廠給水管道工程中逐步得到推廣,通過實(shí)際使用,電廠工程的業(yè)主也對這種管材給予了充分的認(rèn)可,目前在發(fā)電廠給水工程中有逐步取代鋼管的趨勢。但是,在我區(qū)城市與市政供水方面卻仍然是傳統(tǒng)的水泥管、鑄鐵管與鋼管一統(tǒng)天下,目前我區(qū)已建成的用于城市供水的PCCP 管道僅有引黃入呼工程的DN2000mm 管道一條。如此優(yōu)秀的管材卻不能在市政供水工程中得到推廣,說明業(yè)界還需要加大推廣的力度。
表2 內(nèi)蒙古自治區(qū)已建成PCCP 工程統(tǒng)計(jì)
5 PCCP 在內(nèi)蒙古自治區(qū)的發(fā)展展望
我國人均水資源的占有量僅為世界平均水平的1/ 4 ,而在我區(qū)西部的一些地區(qū),缺水情況極為嚴(yán)重;同時(shí)隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大,規(guī)劃部門不得不考慮到未來數(shù)十年內(nèi)城市的用水需求。正如最近建設(shè)部仇保興副部長指出:“城市投資將加速地下管網(wǎng)建設(shè),到2010 年我國供水建設(shè)和管網(wǎng)建設(shè)所需的投資總數(shù)不會少于2 萬億人民幣”。因此我區(qū)的城市供水建設(shè)和管網(wǎng)建設(shè)還大有可為, PCCP 在我區(qū)城市供水建設(shè)中才剛剛起步,還需要大力推廣與宣傳。最近國家發(fā)改委、科技部會同建設(shè)、水利、農(nóng)業(yè)部制定的《中國節(jié)水技術(shù)政策大綱》中明確城市供水網(wǎng)直徑大于1. 2 m 的大口徑管優(yōu)先考慮推廣PCCP。我區(qū)的PCCP 企業(yè)應(yīng)抓住當(dāng)前的有利時(shí)機(jī),加速PCCPCP 在我區(qū)的另一大市場是在發(fā)電廠的給水工程中使用,這一領(lǐng)域目前發(fā)展情況良好,隨著我區(qū)煤電一體化戰(zhàn)略的實(shí)施,每年都會有數(shù)目可觀的電廠改、擴(kuò)、新建工程的配套給水工程實(shí)施, PCCP 企業(yè)應(yīng)通過優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量,周到的售后服務(wù)來站穩(wěn)這一陣地,并逐步擴(kuò)大市場份額。
總之,有理由相信PCCP 這種性能優(yōu)良的管材必然將在我區(qū)得到業(yè)主的認(rèn)可,并將在我區(qū)的工業(yè)與民用給水工程中得到廣泛的應(yīng)用。
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