预应力钢筒砼管在巴家咀泵站更新改造中的应用-基于三种可选管材

摘要：根据巴家咀泵站安全鉴定结果，泵站为四类建筑物，存在严重的安全问题，必须对其进行更新改造。基于此，在更新改造方案设计时，对预应力钢筒砼管、卷板钢管、普通预应力砼管这三种可选用的管材进行了比较分析，最终确定选用预应力钢筒砼管(PCCP)为巴家咀泵站更新改造项目压力管道管材并结合选用的管材对工程改造方案进行了设计

 

关键词：巴家咀泵站；压力管道；预应力钢筒砼管；比较应用

 

一、工程概况

 

巴家咀电灌工程建于1976年，位于甘肃省庆阳市西峰区，是庆阳市最重要的水源工程，除担负着灌区农田灌溉任务外，现已发展成为解决人畜饮水，改善生态环境，保证人民生活安定，发展工农业生产的综合供水工程。

 

该工程总装机容量26710千瓦，设计灌溉面积14．4万亩，建设泵站9座，机组71台套。其中大中型泵站7座，机组6O台套，装机总功率25620千瓦；小型泵站2座，机组11台套，装机总功率1090千瓦，并且有110千伏(35千伏运行)变电所1座。泵站总扬程338．74米，设计流量4．32立方米／秒，压力管道总长7871米。

 

巴家咀电灌工程原压力管道大部分为砼管道，经过三十多年的运行，砼管表面风化剥蚀露筋，蜂窝麻面，管道爆管事故经常发生，安全鉴定评定为四类建筑物。2008年底，应中央拉动内需要求，对全国大中型泵站进行更新改造，甘肃省庆阳市巴家咀泵站位列其中。

 

二、工程改造管材方案比较

 

㈠方案介绍依据巴家咀泵站更新改造规划、安全鉴定结论及更新改造可行性研究报告，压力管道应进行更新改造。根据本工程区所在的地形、地质及自然条件，结合国内与本工程类似的提水管道的施工与运行情况和经验，适用本工程的管材方案有三种。

 

1．方案一：普通预应力砼管。普通预应力砼管分为震动式、悬滚式两种生产工艺。震动式生产的普通预应力砼管为一阶段生产工艺，其特点是生产工艺简单，管材强度低，适用于低压供水管道工程和排水管道工程。悬滚式生产工艺的普通预应力砼管生产工艺是引进澳大利亚技术，为三阶段生产工艺，管材强度比震动式生产工艺高。以前在甘肃省城市供排水、水利输水工程中已广泛使用。其特点是出厂价格低，安装比较方便；在外露式或无地下水和侵蚀土壤中敷设，使用寿命较长，能承受1．O兆帕以下的内压。缺点是防渗效果比其他管材差，耐压能力和安全可靠度不如其他管材：每根重量较大，安装及运费较高；管壁糙率较大，在相同引水流量情况下与其他管材相比需选用的管径最大：压力等级较高时价格也较高；运输中管口容易损坏。

 

2．方案二：卷板钢管。卷板焊接钢管，制作随意性强，适用各种地形条件，糙率较小，单位长度内重量较砼管、预应力钢筒砼轻。缺点是制作安装较麻烦，防腐费用高，使用寿命短。

 

3．方案三：预应力钢筒砼管(PCCP)。预应力钢筒砼管(PCCP)是二十世纪九十年代初，我国从美国引进的技术。此管道具有优良的性能价格比，不污染水质、密封性能好、承受压力高等优点，在输水行业得到广泛的应用。特别是在欧美国家竞相开发应用，目前己成为供水管道工程的首选材料。

 

在我国目前对此管道已经具有生产管径0．6米～3米、工作压力0．4兆帕～2．0兆帕的生产能力。1996年国家建材工业局发布了《预应力钢筒砼管》(JC625-7996)建材行业标准，2005年国家质量监督检疫检验总局发布了《预应力钢筒砼管》(GB／T19685—2005)国家标准，这标志着预应力钢筒砼管在我国已进入标准化生产的轨道。目前生产设备已全部国产化，从设计到生产，从安装到验收都有了比较成熟的经验。

 

预应力钢筒砼管集中了普通预应力砼管和钢管的双重优点，又克服了它们的不足，是一种优质的复合管材。

 

预应力钢简砼管的结构形式有内衬式(PCCPL)和埋置式(PCCPE)两种。内衬式口径为0．6米～1．2米，管壁由内衬砼层、钢筒、环向预应力钢丝、砂浆保护层组成；埋置式口径为1．4米～4．O米，管壁由内衬砼层、钢筒、外包砼层、环向预应力钢丝、砂浆保护层组成。管材为直筒形，采用钢质承插口，圆形滑动胶圈柔性接头。

 

预应力钢筒砼管~CCP)的主要特性是：第一，有高抗渗能力。除了依靠砼的抗渗外，主要依靠钢筒管壁的抗渗，能确保在高压下不渗漏。第二，管道接头具有高密封性。承插口钢质连接环强度高不易损坏，连接处配合公差仅为0．4毫米～2毫米，又采用圆形滑动胶圈密封，在3．5兆帕压力下仍具有良好的密封效果(管道接头大样见图1)。第三，管身具有较高的工作压力，工作压力可达到2．O兆帕。第四，刚度高。具有较高的刚度和较大的抗弯能力，能抵抗高外压作用力，在管内产生负压时不致破坏。第五，安装施工方便，自身的稳定性好，对恶劣的地质条件适应强，可适用于不同的地基条件。第六，管壁糙率较普通预应力砼管道小。第七，由于管道为柔性接头，抗震性能强，可使用于地震带管线。

 

综合上述三种方案，各自都有优缺点，结合本工程区的地质地形条件，从管槽开挖、管道的制造到在管槽内安装整个土建施工程序考虑、工程安全运行的要求及工程造价等综合因素，最后经技术经济等条件综合论证比较，本工程推荐方案三，即预应力钢筒砼管(内衬式PCCPL)为压力管道的管材。

 

三、工程改造方案设计

 

如上文所述，选定预应力钢筒砼管(内衬式PCCPL)为巴家咀泵站压力管道更新改造中使用的管材。在此，结合该管材的特点，将工程改造方案予以设计：按照改造前后压力管道流速、水头损失与现状基本一致的原则，改造一至八泵的压力管道24根，工作压力为0．8OE帕～1．6OEOfl。管直径为0．8米～1．0米，管材为钢筒砼管(PCCP)。将现有管道拆除后原地重建，改建镇墩，拆除重建及新建砼支墩，支墩间距2．5米，采用C20钢筋砼结构，管槽采用现浇C15砼进行护坡及护底，厚度0．1米，护坡高度3米，护底宽7．0米，边坡1：0．5。

 

四、结语

 

钢筒砼管(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。安装时开挖沟槽窄，接口工作坑较浅，综合造价较低，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。自二十世纪九十年代初，我国开始引进钢筒砼管(PCCP)生产技术，经过近十年的消化、吸收和改进，N-十世纪九十年代末，钢筒砼管(PCCP)生产的工艺、设备技术在国内已经研制开发成功，在生产实践的检验中，通过不断地改进和完善，生产技术完全成熟。在美国等发达国家，80％的供水工程采用了钢筒砼管(PCCP)。

 

目前，钢筒砼管(PCCP)已经进入高速发展阶段，一些国家重点水利工程和城市供水工程项目已使用钢筒砼管(PCCP)，例如：南水北调配套工程廊涿干渠工程(201lfg)、甘肃省引洮供水一期工程陇西供水管线(2009年)、陕甘宁扬黄续建甘肃专用工程(2010年)等。所有竣工工程和应用的管线，至今运行良好，足以证明钢筒砼管(PCCP)优良的安全性能，国外的运行经验已经证明，钢筒砼管(PCCP)的正常使用寿命可达50年以上，其社会综合效益好，故本工程选用钢筒砼管(PCCP)为压力管道的管材具有一定的科学性。