针对PCCP插口环与钢筒焊缝微渗漏处的问题,采用内角焊缝焊接+高压注胶+内缝填充+涂刷聚脲封面的综合处理工艺,对微渗漏问题进行了有效处理。整体水压试验及长期运行效果均表明,该工艺处理效果较理想。

针对埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)的断丝现象,介绍了常用的三种加固方案,即在断丝管节内壁粘贴碳纤维片材、对断丝管节进行体外预应力加固以及更换断丝管节进行修补加固。为了验证这些加固技术的应用效果,对断丝管节加固前后的断丝数据及冬、夏季典型时段断丝数据进行了分析,并对加固方案效果进行了评价。结果表明:碳纤维加固不能显著减少断丝的持续发生;体外预应力加固效果明显,可基本解决断丝的发生,是相对可靠的断丝管节加固技术;更换断丝管节需耗费大量的人、财、物,适用于管线应急修复。

通过建立运行期管线及其周围土体的非线性有限元模型,研究了预应力钢筒混凝土管(PCCP)在极限内压荷载下的损伤演化规律。结果表明:管线在工作压力及设计压力荷载下均可安全运行;随内水压力的进一步增加,管芯由受压转变为受拉状态,进而出现(微)裂缝损伤,且材料损伤先在管芯内侧出现,管芯损伤后钢筒应力迅速增加直至达到其屈服强度,达到弹性极限状态;在极限内压下埋地管线内外层材料失效位置不同,但材料损伤均由插口端向管体中部延伸。研究成果可为遭受水锤作用PCCP管线的损伤评价提供参考。

通过内水压力试验,研究了CFRP内衬法加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)的结构力学性能和破坏模式,并采用光纤布拉格光栅(FBG)感测技术测试了试验过程中PCCP各层结构和CFRP内衬的变形情况,得到了内水压力作用下PCCP结构的力学响应规律。同时,模拟了在所有预应力失效的情况下,PCCP的力学性能及破坏情况。结果表明,在内水压力为1.8 MPa时,PCCP原管管芯混凝土开裂,而CFRP加固管在加压至1.9 MPa后发生开裂,表明CFRP内衬能够有效增强管芯混凝土的延性,有效延缓管芯混凝土开裂,提高PCCP抗裂性能。同时,CFRP内衬法加固所有预应力失效的PCCP能够承受原设计内水压力,表明CFRP内衬能够恢复受损严重PCCP的承载能力。

结合预应力钢筒混凝土管(PCCP)产品标准、混凝土结构耐久性设计相关标准和文献,分析了PCCP的工程结构属性、服役环境、结构特点,强调了PCCP耐久性设计的必要性,归纳了PCCP耐久性设计的基本内容,总结了与耐久性相关的PCCP管体结构、环境作用条件、管体混凝土材料、工艺构造以及附加防腐措施等方面的技术要求,提出了不同环境条件下PCCP的耐久性设计思路。

由于预应力钢筒混凝土管(PCCP)具有耐久性、抗老化、防腐性能好等优点,近几年在国内大型引水、调水工程中得到了广泛应用。但随着使用年限的增加,管道发生损伤破坏的风险也会增加。无论是设计、制造、运行等环节出现问题,都可能对PCCP正常运行造成安全隐患。本文总结了美国PCCP破坏样本统计数据,对PCCP各环节可能的破坏原因进行了分析,归纳了针对性的保护措施,可为管道的安全评价和修复/更换方案提供参考。

将PCCP的破坏模式归纳为沿环向和纵向破坏两大类,指出PCCP破坏的原因主要包括设计、制造、安装、环境和运行这5个方面,并结合几个典型的工程实例,对PCCP的破坏类型和原因进行了分析。

通过对管芯外侧带有纵向裂缝的PCCP(覫2000mm和覫4000mm)进行实体试验,研究其承载能力及其破坏过程。试验结果表明,对于覫2000mm的PCCP,当试验荷载达到1.4倍的设计开裂荷载时,管壁内侧未出现新的可见裂缝;对于覫4000mm管的试验,加压到1.3倍设计开裂荷载时,管底内侧出现新的纵向裂缝;当继续加载时,管体原有裂缝长度增长加宽,与正常完好管试验的开裂位置一致,并在管顶内侧和承插口附近均出现新裂缝,但没有明显降低管体整体的承载能力,不影响正常使用。

为了验证CFRP的补强加固效果,采用2根内径2.6m的PCCP进行了内水压力试验,并通过集中断丝模拟了最不利断丝管的受力状况。结果表明,未粘贴碳纤维的断丝管,在设计内水压0.9MPa的状态下,断丝40根后管芯混凝土开裂。分部位粘贴1层、2层和3层环向碳纤维的加固管,在设计内压0.9MPa下,断丝70根后管芯混凝土开裂。CFRP在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,一定程度上缓解了裂缝尖端的应力集中,延缓管芯混凝土开裂,同时,改善了非断丝区钢丝受力状态,延迟了钢丝和钢筒进入屈服状态。CFRP补强加固PCCP的效果明显。