预应力钢筒混凝土管(PCCP)的发展

预应力钢筒混凝土管（PCCP）[摘要] 本文介绍了预应力钢筒混凝土管（PCCP）的发展过程及主要技术性能特点，以及PCCP在国内外的工程应用实例。

[关键词] PCCP、管道、发展、工程应用实例PCCP是预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）的英文缩写，是在带钢筒的混凝土管芯上，缠绕预应力钢丝，并喷射水泥砂浆保护层而制成的管材。

PCCP管以其独特的三高性能（高抗渗性、高密封性、高强度，高抗渗性主要由薄钢筒保证，高密封性是由于接头采用了钢制承插口环与橡胶圈密封，高强度则由钢筒、预应力钢筋与内外层砼共同承担）己成为替代纯钢管管道的主要管材品种，PCCP最大内径己达7600mm，设计工作压力可达5.0MPa，覆土深度可达40m，主要应用于物料传输总管、配料总管、给排水管线、压力虹吸管、低压引水管道、工业压力管线（包括电厂冷却水管道）、有压污水管道、自流污水管线、水下管线（可以铺设在淡水下也可以在海水或咸水下）以及溢洪管道。

作为一种新型的输水管材，PCCP具有适用范围广、经济、寿命长、抗震性能好、安装方便、运行费用低、基本不漏水等优点，可广泛应用于长距离输水、城市给水等.1、PCCP主要技术性能特点PCCP综合了钢管和预应力混凝土输水管的优点且克服其缺点，因此具有许多其它输水管无可比拟的性能优势：1.1、设计方法先进、安全。

PCCP用综合分析法将各种内压力和外荷载组合在一起进行设计（目前一般按ANSI/AWWA C304标准进行设计），该法考虑了管壁的弹性和非弹性变形，安全地限制了混凝土的抗拉和抗压应力，这种灵活性可使设计工程师根据管线的实际情况进行最经济、最可靠的管材设计。

1.2、承压能力高，覆土深度大。

由于PCCP使用了经水压检验的钢筒，兼具钢材的抗拉、抗渗及混凝土的抗压、耐腐蚀性的优点，所以能承受较高的内压和外荷载：内压一般可达0.4～3.0 MPa，最高可达5.0 MPa；管顶覆土在0.8m以上，最高可达40m。

1.3、接头密封性能好。

由于承插口钢圈都是采用特制异型钢板条，经制圈焊接成圆环后，再以超过钢板弹性极限强度的扩张力对承插口钢圈进行扩张整圆，以获得设计所需的精确尺寸（承插口钢圈直径允许偏差±0.2mm，椭圆度＜0.5%），承插口圈的配合间隙控制在0.8～1.4mm，橡胶圈放在插口板凹槽中，这种接口既密封又具有一定的柔性，保证了接口的滴水不漏，尤其是双胶圈接头，不仅保证了极好的密封性，还可使管子在安装时即可逐条检验接口安装合格与否。

1.4、对地基的适应性及抗震性好。

PCCP由于采用承插口橡胶圈密封，具有一定的柔性，接口可以借转一定的角度以适应地基的变化。

1.5、耐腐蚀性好。

PCCP的钢结构件被密实的混凝土所包裹，经防腐蚀处理的承插口在安装后的外露部位用水泥砂浆灌注封口，在混凝土和砂浆的强碱性环境中钢构件被钝化，从而阻止了钢构件的腐蚀。

1.6、通水性能好。

PCCP内壁光滑，不形成瘤节，表面不结垢，不会对水质产生二次污染，在运行中水头损失少，能保持较好的通水能力。

1.7、可通过连接部分管道以抵抗推力。

当施工现场不方便做混凝土支墩抵抗推力，或者经比较做混凝土支墩不经济时，可在现场转角将一定数量的PCCP及弯头连接起来，以抵抗推力。

1.8、安装快捷、方便，运输不存在损耗。

由于接口尺寸精确，带橡胶圈的插口在手动葫芦的牵引下滑入承口圈，安装非常快捷、方便。

承插口均为钢制件，在运输吊装中不易损坏，即使轻微变形也易修复，不会影响接口性能。

1.9、管配件齐全，管身可开孔。

管配件包括与钢管或其它管材相连接的承插口转换件、三通、四通、排气三通、排泥三通、弯管、异径管、转换接头等。

PCCP可在管线现场对管身进行开孔，使其应用范围进一步拓展。

1.10、造价低、寿命长、社会综合效益好。

PCCP为直筒型，运输方便，且钢质接头使得运输安装过程中无损耗。

安装时沟槽开挖宽度窄，接口工作坑较浅，安装方便，综合造价低，在满足抗渗性好的前提下，其单位工程造价比钢管有较大节省。

经国外运行经验证明：其寿命在六十年以上，社会经济效益非常显著。

2、PCCP是一种经过时间和实际使用考验的先进管材PCCP最早由法国Bonna（邦纳）公司发明，自40年代始，这种管材在美国、西欧得到了巨大的发展，尤其是中、大口径长距离压力输水工程更是将PCCP作为首选管材（据统计，到1992年，全球己经生产并铺设了规格从400～6300mm的PCCP管道28000km以上）。

在20世纪30～40年代，美国钢铁工业迅速发展，钢材成本下降，使钢管逐步进入当时由混凝土管和铸铁管一统天下的输水行业，并迅速占领了900毫米以上的大口径输水管市场。

但到了50年代初期，人们逐渐发现，钢管使用10年左右就开始漏水，甚至爆管。

专家在分析原因时发现造成漏水、爆管的原因主要是钢管的耐腐蚀性能太差。

10年后的管线就已经锈迹斑斑，整条管线都处于高危状态。

管道内部结了很多锈瘤，使输水效率大大降低。

美国也曾尝试用内衬砼（或水泥砂浆）的方式防止钢管腐蚀，但最终这种方法被认为是不成功的。

原因是：同口径的钢管比砼管的刚性差很多，钢管内衬水泥砂浆在运输、吊装和使用过程中极易出现开裂、脱落等情况，使内衬失去保护作用。

因此，从50年代开始，由于PCCP生产工艺的成熟及生产效率的提高，人们又逐步恢复了对砼压力管的兴趣，首先，PCCP使用金属轧制的金属接口，充分利用金属材料良好的延展性和可加工性使砼压力管的接口达到砼自身无法实现的形状和精度，配合密封胶圈，彻底解决了接头漏水的问题。

再在砼管身中引入了一层钢板作为管身抗渗材料，而砼管身中的钢板与轧制的承插口在成型前就焊在一起，并事先经过水压检验。

因此，在管体中形成了一个完整的隔水层，解决了高压力下管身渗水问题。

从此，砼管又重新成为美国输水的主要管材。

美国压力管协会公布的资料中提到，现在全美各种压力管材的使用比例为：砼压力管34.1%，球墨铸铁管28.2%，普通铸铁管32.0%，钢管仅3.4%，玻璃钢管2.2%，尤其是中、大口径长距离压力输水工程基本上以PCCP为主。

2.1、典型工程：利比亚“大人工河”计划为解决北部沿海地区的严重缺水问题，发展农业并满足城市生活和工业用水，1983年利比亚国家领导人出于战略考虑决定实施“大人工河”计划，就是把南部撒哈拉沙漠中的４处地下水源的地下水抽上来，分别用管道远距离送到北部沿海地区，并联成全国统一的地下供水管网。

“大人工河”工程总调水量为每年25亿m3，输水干线总长4500km，计划总投资300多亿美元（含配套设施投资），为目前世界上规模最大的长距离管道输水工程。

“大人工河”调水量的70%供农业，冬春季可以增加灌溉18.5万km2，夏秋季增加灌溉10万km2；调水量的25%为城市生活用水，5%为工业用水。

“大人工河”工程采取分期建设。

第一期从库夫拉到北部的艾季比耶，输水距离1600km，采用两条直径为4m的PCCP，年输水7亿m3，主体工程投资47亿美元，已于1991年建成投入运行；第二期工程从迈尔祖克到首都的黎波里，输水距离1700km，采用两条直径为4m的PCCP管，年输水9亿m3，主体工程投资72亿美元，工程于1992年开工，现已基本建成；第三期是将第一、二期联接起来，管线长190km，目前正在施工之中；第四期计划将南部另外两个地下水源分别再引到北部沿海地区。

“大人工河”工程的设计日供水能力超过600万立方米，预应力钢筒混凝土`管（PCCP）的设计与制造是这项供水工程的关键技术。

工程采用的PCCP管，主管管径4m，设计流速0.9～2.0m/s，糙率采用0.01，设计内压力一期工程为0.8～1.0MPa，二期为0.6～2.6MPa，三期为2.2MPa，PCCP管壁厚250mm，其中钢筒钢板厚1.9mm，两层预应力高强钢丝，水泥砂浆保护层（外涂沥青）厚19mm。

管子的接头采取钢制承插式接头，双止水胶圈，现场对中方便、止水连接可靠。

工厂生产的PCCP管每节长7.52m，重70～86t，出厂前都经过试压；每一节管子造价为1.4万美元。

“大人工河”工程建设了2个制管厂，引进美国技术，安装5条生产线，每条生产线每天生产44根管子，迄今为止共生产45万节管子（约3375km）。

生产的管子由405辆运管车运输到现场安装。

为此需消耗6000万平方米50亿米的进口高强度纲丝，600万吨当地生产的水泥和4000万吨当地骨石料。

管理埋置深度近9米，管道的制造、运输、安装和联接、回埋等各道工序均有相当的难度。

由于设计、制造和施工部门的共同努力，已经探索和总结出一套成功的经验并建立了相应的技术规范供有关工程借鉴和参考。

在各项技术中，高强钢丝的应用和管道的阴极保护具有特别意义。

这两项技术进一步提高了PCCP和混凝土管的技术性能。

此外，大人工河工程在水源地建设（深井的最大深度达800米）、管线布置、沿线水量调蓄、流量控制和通讯与控制系统等方面也积累了经验。

为了表彰大人工河工程所取得的技术成就，国际管道工业协会将1996年度陆地管线技术奖授予了利比亚“大人工河”工程。

3、PCCP在我国发展势头迅猛，前景广阔由于设备制造水平等原因，PCCP在我国大陆地区起步较晚，二十世纪七十年代才开始研究PCCP管，八十年代开始PCCP管的工业化试验，到1989年由山东电力管道公司引进美国AMERON公司的PCCP管主机装备，1992年深圳太阳管道公司引进美国PRICE BROTHERS 公司全套PCCP管设备。

随着我国国民经济的飞速发展，工业企业及城乡居民对水的需求量大大增加，对水质量也有了更高的要求，因此利用大口径长距离压力输水管道从远离城市的水库、河流、湖泊引水己成为城市供水的主要发展方向，同时随着城市高层建筑的不断增多，城市供水管网的运行压力不断提高，传统的钢管、铸铁管、水泥压力管己无法同时满足高工作压力、高耐久性、高可靠性、水质清洁及大埋深的要求，在此情况下PCCP在我国的主要城市和发达省份得到了蓬勃的发展。

至今国内己建成投产的PCCP管生产家己超过15家，累计生产使用己超过2000km，己广泛使用于我国水利、电力、市政给排水等各个领域。

其中山西万家寨引黄工程（从汾河水库向太原呼延水厂输水）以总长43.5km、管径3000mm 暂居我国乃至亚洲地区己建成工程之首位，新疆乌鲁木齐洪水工程使用了管径2800mm的PCCP管约15km，深圳东深供水工程使用了管径2600mm的PCCP管约9.5km。

国内处于试制阶段的PCCP管直径己做到了4800mm，到目前为止尚未听到有关PCCP管爆管的消息。

3.1、PCCP在南水北调工程中的应用南水北调天津干线输水将采用管涵结合的方式进行建设。