沈之基

　　摘要：PCCP在中國經(jīng)過艱難的發(fā)展初期,已進入了大發(fā)展時期；在大發(fā)展的大好時機面前，應(yīng)注意來自用戶方面的不同意見，應(yīng)從玻璃鋼管、暗渠等管材在中國的興衰歷程中吸取教訓，注意PCCP的產(chǎn)品質(zhì)量，把握好PCCP的工程應(yīng)用特性；要對鋼管應(yīng)用給以一些注意，開展必要討論，今后不會再遺憾。
　　關(guān)鍵詞：PCCP, 玻璃鋼管，暗渠，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土矩型管，成品鋼管，滑入式接口，柔性接口，

0.前言

　　大工程前期，不同意見的充分討論，常?？梢匀〉昧硪环N的更好結(jié)果；大工程的示范作用，可以誤導或推進整個行業(yè)的發(fā)展進程；因此，在PCCP大發(fā)展時期，筆者提出要注意來自美國大用戶的不同意見，要從國內(nèi)一些管材的興衰經(jīng)歷中吸取教訓，防止過分熱情而走過頭；注意PCCP的產(chǎn)品質(zhì)量，把握好PCCP的工程應(yīng)用特性; 同時指出，鋼管在我國由于應(yīng)用經(jīng)驗少，所以造成設(shè)計保守而造價較高，應(yīng)對鋼管給一點注意，開展必要討論，今后不會有遺憾。

1.艱難的發(fā)展初期

　　80年代初，在改革開放的方針指引下，封閉的思想開了口子，國外技術(shù)先進性重新得到認可，種種先進技術(shù)信息通過各種通道進入中國；國外已成功應(yīng)用了幾十年的PCCP技術(shù)也逐漸進入人們視界；由于歷史的原因，當時從國外引進技術(shù)的操作難度還較大，所以行業(yè)中的最敏感的一些先行者，只能以非常小的步子進行開拓、探索工作，南京、上海的企業(yè)家依靠在預(yù)應(yīng)力混凝土壓力管上積累，自行研制DN400、DN1200的PCCP; 88年DN400的PCCP成功地用于一個小水電站的高壓進水管；89年試制成功DN1200的PCCP并在一個城市供水管網(wǎng)中生產(chǎn)性應(yīng)用；這些先行者的努力，為PCCP技術(shù)的引進作了很好的鋪墊。
　　隨著開發(fā)方針的展開，從國外引進技術(shù)的機會逐漸形成，在89、90年間，在水電部的指導和支持下，山東一家公司先開始引進美國的PCCP技術(shù)和設(shè)備，具備了生產(chǎn)DN1400～3400的PCCP的能力；之后很快國內(nèi)就有了三、四家能生產(chǎn)DN1400～4000的PCCP公司。
　　雖然PCCP在較大的口徑、特別是在DN2500以上更有競爭優(yōu)勢，但在開始的十來年中，大口徑PCCP在國內(nèi)未能順利展開；大口徑PCCP的工程應(yīng)用不僅僅是技術(shù)上的可行問題，大工程的決策責任常有更重份量，在技術(shù)專家認識了之后，還要相應(yīng)層面的決策領(lǐng)導接受，這是一個需要一定時間的過程；在這個有點漫長等待中，這些PCCP公司不得不調(diào)整思路，重新開發(fā)生產(chǎn)DN800～1200的較小口徑產(chǎn)品，以此維持公司運行；這是一個艱難的發(fā)展初期，其中有一家公司曾有破產(chǎn)被收購的經(jīng)歷。

2.引黃工程的示范作用－－PCCP大發(fā)展

　　隨著時間推移，一些不長的大口徑PCCP工程的積累，PCCP在引水工程上應(yīng)用的時機逐漸形成。2001年，山西引黃工程42公里的DN3000壓力管線, 在種種積極因素的推動下，決定采用PCCP . 這個工程應(yīng)用案例，產(chǎn)生了極大的示范作用，就一、二年間，中國大地一下子就有了幾十個PCCP生產(chǎn)廠；這當然同十年來技術(shù)得到消化，需要的投入大大降低有關(guān)。開始引進時，一個生產(chǎn)廠要投入1～2億元，；引進部分關(guān)鍵設(shè)備，僅這一塊也要5000萬；而現(xiàn)今，同樣能力的一條生產(chǎn)線，1000萬就可，而原來有生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管的公司，化1～200萬添些接口制作設(shè)備，也能生產(chǎn)PCCP, PCCP行業(yè)進入了大發(fā)展時期。
　　在大發(fā)展的形勢下，走在前面的PCCP企業(yè)家已經(jīng)敏感地感到了中國管材發(fā)展通病在PCCP行業(yè)上的潛在危機；一種管材一被看好，就會有許多人拼命上，接下來的結(jié)果就是低質(zhì)量、低價格的惡性競爭，再后面就是，國外的好東西在中國就成了“雞肋”，食之無味，丟之可惜。2002年，有實力的PCCP公司已開始注意具有入門門檻、能適應(yīng)更大范圍競爭的柔性接口鋼管了。
　　2003年下半年，多年來一直說要動的南水北調(diào)工程啟動，PCCP成了壓力輸水管線的最優(yōu)選擇甚至是唯一選擇，一些開發(fā)商、投資人都似乎手中有幾年的定單，大量投資涌入PCCP開發(fā)；最近完成DN4000的PCCP試制的不是有十余年資歷的老公司，而是一個剛出生的新公司。PCCP發(fā)展的黃金期的形成，淡化了中國管材發(fā)展的通病危機。。

3. 黃金期的忠告

　　在這個黃金期，筆者要說一些另類的話；PCCP現(xiàn)在在我國有很好的聲譽，有極好的發(fā)展空間，越是形勢大好，就更要腳踏實地地認真對待不同意見。
3.1 來自美國的另一種聲音
　　不僅要聽開發(fā)商的話，更要聽聽來自應(yīng)用PCCP的業(yè)主的話。筆者在96年考察美國加里福尼亞州的引水工程時，水資源部的工程部長，一位資深的技術(shù)專家說，美國的PCCP標準有缺陷，要用PCCP, 應(yīng)考慮他的經(jīng)驗，他可以提供更好的技術(shù)；這位部長給了我們一份94年在一條內(nèi)徑11英尺（大約為DN3400）的PCCP管線上發(fā)生的爆裂事故的文件，有幾十幅照片，這里將其中一幅傳給大家參考（圖1）。從這個文件知道，PCCP主要的事故模式是爆裂；爆裂是因高強度鋼線斷裂引起的；鋼線的斷裂，腐食是一種主要原因，還可能有其他的產(chǎn)生原因；事故處理較麻煩，就這一節(jié)爆裂管用了二個多星期；在修復期間還發(fā)現(xiàn)了多處鋼線斷裂、鋼線腐蝕的隱患，其中有一處，已有幾十根鋼線斷裂, 隨時有爆裂發(fā)生可能。美國這位部長的意見應(yīng)不是特例，早在70年代，美國自來水協(xié)會會刊上介紹美國幾個大城市供水主管線的應(yīng)用經(jīng)驗的文章中，對PCCP也有類似的說法^（3）。
3.2 玻璃鋼管、暗渠在中國的教訓
　　在對PCCP一片叫好聲中，業(yè)主、設(shè)計院要冷靜。PCCP是一個好的產(chǎn)品，但這不等于所有的PCCP一定都是好的；鑒定時好、試制時好不等于批量供貨時都好；要掌好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，要把握好PCCP的工程應(yīng)用特性。
3.2.1 玻璃鋼管曾有點走過頭
　　筆者對國內(nèi)一些玻璃鋼管開發(fā)商的努力非常欽佩，他們推廣應(yīng)用玻璃鋼管的工作，作得比國外的老師還強。但應(yīng)該說這不是好事，是有點走過了頭的過分之舉。GRP材料的特點是耐蝕性特別好，但強度、彈性模量同鋼相比要低的多兩者相差約一個數(shù)量級；對大口徑埋設(shè)管線來說，承受的荷載中，外壓所占比例相當大，常較內(nèi)壓還大，管體承受的應(yīng)力就非常大，因此，玻璃鋼管是不宜作大口徑埋設(shè)壓力管線的；國外玻璃鋼管用于大口徑壓力管線的工程案例較少，比較多的應(yīng)用是受力相對較小、水的腐蝕性較強的排放管線。國內(nèi)在較小口徑的壓力管線上應(yīng)用玻璃鋼管得到成功后，就將它推上了較大口徑的壓力管線，未充分考慮到因口徑增大而在管線強度特性上出現(xiàn)的質(zhì)變；再加上叫好聲中對質(zhì)量的粗放難免，結(jié)果不少DN1000以上的玻璃鋼管引水工程出現(xiàn)問題，甚至推到重來案例；又如，前些年，一家玻璃鋼管開發(fā)商說，玻璃鋼管光滑，摩阻系數(shù)是0.0084，技術(shù)經(jīng)濟比較時可以取低一擋的口徑。結(jié)果有些供水工程的管材比選時，玻璃鋼管就用小一擋尺寸參與，玻璃鋼管由此得以勝出。工程投入運行，就發(fā)現(xiàn)輸水能力不像說的那樣高。實際上，這個0.0084是不具有工程中采用的效力的，是在一段不長的較小口徑玻璃鋼管上作出來的，數(shù)據(jù)不多且非常離散，完全全不能代表大口徑特性；再說，各種合格管材的輸水表面，通水運行幾年后，管內(nèi)壁將都是一層“薄泥漿”， 摩阻趨于接近。國外就沒有可以取低一擋的口徑進入技術(shù)經(jīng)濟比較的規(guī)則。
　　總之，在玻璃鋼管的應(yīng)用范圍和輸水能力方面，開發(fā)商有點不切實際地高估，期望值超過了玻璃鋼管的實能力，所作的努力實際上只是一種美好愿望；業(yè)主、設(shè)計院跟進，結(jié)果“好果子”大家吃。
3.2.2 暗渠用于壓力輸水是一個大遺憾
　　80年代初，天津、上海等大城市的供水系統(tǒng)就產(chǎn)生規(guī)模在每天100萬或幾百萬立方米的引水需要，這些工程都采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形管（以下稱暗渠）?，F(xiàn)今，這些暗渠正在運行中，承擔著重大的輸水任務(wù)，但就其性能表現(xiàn)來說，應(yīng)該說是非常之差的，幾十公里的輸水距離漏失水量就達10％以上，是相應(yīng)成品管線的數(shù)十倍以上。這是必須支付的學費嗎？筆者有幸參與了一些這樣的工程，多年積累的種種信息給出的一個感覺是，如果當時工作能稍務(wù)實一點點、討論能稍深入一丁丁，決策的天平就會是倒向另一邊，就會是另一種較好的結(jié)果。
　　這些工程的管材選用，當時也作過技術(shù)經(jīng)濟的比較工作。最初，就暗渠同鋼管作比選。當時的技術(shù)比選結(jié)果是：兩者各有自己的優(yōu)缺點，都是大流量輸水的可行方法。在經(jīng)濟面的比選上，又將鋼管造價作得較高，單位輸水能力的鋼管造價是暗渠的一倍以上。這樣的比選操作，在設(shè)計院的一篇總結(jié)性的論文中有非常清晰的表達^（1）。領(lǐng)導決策時，在性能相同、造價相差一倍以上的報告前，自然是沒有什么問題再需要考慮了。
　　回過頭看當時的技術(shù)經(jīng)濟比選是未及要害且有點膚淺；就技術(shù)面看，鋼管的連接是焊接或膠圈密封，暗渠的連接是止水帶；前者的水密機制是金屬的融合或膠圈受壓反彈，能承受較高的、各種類別的負載以及不均勻沉降的考驗，性能安全可靠，而且制作的合格率又極高；后者的水密機制是混凝土同橡膠的粘合，這樣的配合稍受拉力就會脫開；特別是制作工藝是現(xiàn)場混凝土澆搗，合格率較低，存在局部缺陷是不可避免的，這是公知公認的。因此，暗渠同鋼管在安全運行、壽命、維護等等方面是完全不在同一層面上的構(gòu)筑物。這樣的說法，在現(xiàn)今人們可以很自然地接受，可是，當時并未能產(chǎn)生效力。個人認為，這階段的操作，可以認為是受歷史條件的制約，認識尚未能深入的結(jié)果，是前進中的自然。
　　暗渠以承壓方式運行幾年后，表現(xiàn)是非常之差的，同開始論證時的期望表現(xiàn)完全不一樣，連接處的損壞和漏水程度是成品管線的幾十倍；可是，由于我們的報喜不報憂的習慣，喜歡介紹經(jīng)驗而害怕總結(jié)教訓的習慣，科學的責任機制尚未形成，所以化了大量工程投入和多年時間才取得的、有最強證明力的事實，沒有機會及時公開披露，以致建設(shè)中也沒能及時中止應(yīng)用暗渠；相反，在一些更高工作壓力的引水工程中也應(yīng)用暗渠，在90年代又作了許多暗渠作壓力輸水的引水工程；這些暗渠工程現(xiàn)今也都以漏水量為成品管線幾十倍的狀態(tài)運行，造就了我國大流量壓力輸水技術(shù)發(fā)展的最大遺憾。暗渠這階段的非常發(fā)展是理智服從于習慣，過程中任何層面的領(lǐng)導、專家，工作稍再務(wù)實一點點，就可能是另外的一種結(jié)果。
　　再回過頭了解一下國外情況。
　　國外沒有暗渠用于長距離壓力輸水的成功案例。
　　日本的共同溝設(shè)計手冊中，同我們所說的暗渠在結(jié)構(gòu)完全一樣的構(gòu)筑物，僅用作放置各種管線的共同溝，是不承受內(nèi)水壓的；我們在地基不良處，為應(yīng)對不均勻沉降所作的強化措施，在手冊中僅作為伸縮補償之用，明確規(guī)定，對于不均勻沉降，應(yīng)再做其他的應(yīng)對措施。我們在承受內(nèi)水壓、適應(yīng)不均勻沉降二個要點上，都對暗渠給了不應(yīng)承擔的過分責任，是超出國外相關(guān)規(guī)范的大膽之舉；將暗渠用于壓力輸水上，確是有點輕率的。

4.成品鋼管在引水工程中的潛力

　　在美國，各個大城市的大口徑輸水管線采用的管材是不一樣的，有的城市幾乎全部用鋼管，有的城市幾乎全部用PCCP, 也有城市兩者都用^（3）；因此，我們也應(yīng)該對鋼管給于一些注意。同美國相比，我們在大口徑輸水鋼管應(yīng)用經(jīng)驗太少了；應(yīng)該投入一些力量，將美國的鋼管應(yīng)用實踐好好的調(diào)查一下，看看哪些經(jīng)驗對我們有用。
　　由于我們少有經(jīng)驗，在設(shè)計思想上就不得不保守一些，將管壁設(shè)計得較厚，以求穩(wěn)當，這樣自然鋼管的造價也就較高。我們要在壓力輸水技術(shù)大發(fā)展的時期，抓著時機，對鋼管作些工作；我們是后來者，后來者有先行者不可能具有的機會；美國鋼管的柔口技術(shù)是五十年之前就發(fā)展定型的，我們可以將近二十年才在球鐵管上取得成功的新接口技術(shù)，擴展到鋼管上去。在這里我要向大家介紹我近年來在成品鋼管上所作的努力^（4）。
　　以滑入式接口為核心技術(shù)的鋼管，敷設(shè)時就如球鐵管、玻璃鋼管一樣方便，只要插口插入承口就完成連接操作。原來鋼管敷設(shè)工作中的大部分工作：溝槽內(nèi)對接焊接、焊縫處內(nèi)外防腐、陰極保護裝置建設(shè)等等都不再需要，都轉(zhuǎn)移到工廠內(nèi)完成，質(zhì)量提高而費用下降，這樣的鋼管就成為一種價格性能比非常高的新管種,這新個管種也就是成品輸水鋼管^（4）。
　　當輸水鋼管以成品化鋼管姿態(tài)出現(xiàn)時,將表現(xiàn)出極高的競爭力。
　?。?） 安全性高，壽命長。
　　全部焊縫在工廠內(nèi)完成,管線不會再有不合格焊縫；
　　管節(jié)間連接是膠圈柔性接口，鋼管線失效的主要原因得到排除,管線強度特性大大提高；
　　陰極保護單元化技術(shù)的采用，保證鋼管自埋設(shè)一刻起，外壁始終處于有效的電化學保護中；
　　內(nèi)防腐層也全部在工廠完成，施工環(huán)境條件有保證，內(nèi)表面有條件作到玻璃鋼管那樣光滑、完整；
　　這些技術(shù)特點同上海的已運行70 ～80 年的輸水鋼管線的技術(shù)特點相對照，成品鋼管均高了一招，所以可認為成品鋼將較上海的在役鋼管有更長的使用期，可以有100年的壽命。
　?。?） 用材料少,成本低。
　　當進入成品鋼管階段，就可以放心地按我國鋼管建設(shè)的優(yōu)秀成果－－市政給水鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法^（6）、采用合理厚度，鋼材的強度特性可以充分發(fā)揮, 此時，鋼管單位長度重量是球鐵管的一半上下，同玻璃鋼管相當。輸水鋼管能這么輕是很難想象的，但有足夠的技術(shù)支持證明是可行的話，那競爭力是強大的。
　?。?） 設(shè)備投入費用少，管材易得到；管材重量輕, 易采用
　　當以市場鋼板為原材料時，一條生產(chǎn)線就可以生產(chǎn)DN800～3000范圍內(nèi)各種口徑的成品鋼管，設(shè)備投入300～400萬就可； 較少的設(shè)備，就為在工程地附近建設(shè)移動車間提供了可能與方便。大口徑管材運輸難的問題可以避開,適用工程的范圍就大大擴展；重量輕,單位長度重量同玻璃鋼管相當,吊裝機具級別就可較低，施工也就方便; 且回填要求又較玻璃鋼管低。成品鋼管將是施工期最短、施工費用最低的新管種。
　　總之，以滑入式接口為核心技術(shù)的成品鋼管，不僅性能高，價格低，而且易得到，易采用。鋼管在輸水管材中的地位將會由此而重新排定。
　　經(jīng)過多年努力，2003年底，用規(guī)模生產(chǎn)的工藝和設(shè)備試制DN2400的Y型柔性接口鋼管完成；這表明，該項技術(shù)已經(jīng)不僅僅是理念，也不僅是一項設(shè)計, 是已經(jīng)由實踐證明了的性能可行、規(guī)模生產(chǎn)可操作的一項可應(yīng)用技術(shù)，上了具備工程應(yīng)用能力的臺階。（圖5 ：DN2400鋼管在作水壓試驗，含有二個Y型接口 ，是用輾軋成形、擴張定尺的工藝路線，在平端鋼管上直接完成的）鋼管廠、PCCP管廠只要接受成品鋼管的理念，不需要增添大設(shè)備，就可以生產(chǎn)成品鋼管。

5.一個供討論的鋼管設(shè)計

　　按成品鋼管的理念，這里提出一個鋼管設(shè)計，請大家討論。
　　設(shè)計內(nèi)徑：I D = 4.0M；
　　設(shè)計壁厚：t＝16毫米；
　　管長：每節(jié)6～12米；
　　連接技術(shù)：“Y”型柔性接口；
　　外防腐：參照美國標準AWWA C210 “用于鋼水管內(nèi)外的環(huán)氧媒瀝青防腐系統(tǒng)”；
　　內(nèi)防腐：優(yōu)先考慮采用聚合物水泥砂漿襯里，如總體工藝條件需要，也可考慮參照執(zhí)行AWWA C210。
　　陰極保護：采用單元化技術(shù)，每節(jié)管在出廠時就安裝好一個或幾個犧牲陽極。
　　這樣的鋼管，按美國的設(shè)計方法，將可用作工作壓力1.0Mpa的管線^（5）；按國內(nèi)的設(shè)計規(guī)范，也可用于工作壓力0.6Mpa、設(shè)計壓力1.1Mpa、復土2.5米的管線；但按現(xiàn)有的鋼管使用經(jīng)驗來看，將是“太薄了”。這樣的鋼管，其價格應(yīng)在一萬元每米，同PCCP相當，但施工費用可大大降低，制作投入也很低。
　　我認為，這個鋼管如按國內(nèi)設(shè)計規(guī)范給的工作條件使用，應(yīng)較 PCCP更安全，理由如下：
　　(1) 主材工作應(yīng)力小管且富裕度大。PCCP,主要受力元素是鋼線，它在制作時就拉伸到拉伸應(yīng)力1000Mpa以上，相當鋼線屈服極限的75％；鋼管在工作內(nèi)壓和復土等外壓作用下，拉伸應(yīng)力約125Mpa，相當鋼板屈服極限的50％。
　　(2) 主要事故模式的危險性小，鋼管如發(fā)生腐蝕，是穿孔漏水，可及時修復；PCCP如一根鋼線因腐蝕斷裂，鄰近鋼線就會受更大應(yīng)力，導致鄰近鋼線;多根鋼線斷裂，就會有爆裂危險。

7. 結(jié)語

　　在壓力輸水技術(shù)大發(fā)展的時期，抓著時機，對鋼管作些工作吧；把對PCCP的熱情的百分之一給鋼管，不論結(jié)果會怎樣，今后不會有遺憾。

參考文獻：

（1） 徐彬士、范名權(quán)；黃浦江引水工程鋼筋混凝土低壓輸水管渠設(shè)計與施工；給水排水 1997。1 ；p47；
（2） 沈之基；黃浦江引水工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土矩形管的現(xiàn)狀和討論； 給水排水 1997。1 ；p54；城鎮(zhèn)供水 1997。1；
（3） Albeif H .Halff；large water mails: experience and practice of three large users AWWA July 1972 p435
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（5） northwest pipe company; o-tite gasket joint for steel water/ water pipe /design manual pipe www.nwpipe.com 2003
（6）劉雨生等 市政給水鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 中國水協(xié)設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)推廣 2002。8。

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作者：沈之基，男，高級工程師，長期從事管道技術(shù)工作，曾主持過管線內(nèi)外防腐、陰極保護、滑入式接口、管線強度特性、復合鋼管等等方面的課題研究，多次獲市、局科技成果獎；200 1年自上海原水公司退休，近年，致力于成品鋼管理念、技術(shù)的推進。