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摘要：辽宁省水利重点工程是一项大型公益性工程，该工程包括管道900多公里，由DN3200到DN3800 PCCP预应力钢筒混凝土管及部分钢管组成。其中安装第二标段由3条DN3400管道组成，总长82km。合同规定：PCCP管材应进行首段水压试验及分段水压试验，安装完成连续的1km管道后应进行水压试验。为保证首段水压试验安全进行，特制定本方案。
关键词：水压试验；PCCP管道；注水法
前言
经过业主、设计、管材生产商、安装承包商等多方共同论证研究，本工程水压试验采用专用的打压管进行两侧封堵。打压管长度与标准管长度、公称直径相同，作为管配件构成管道的一部分，水压试验完成后将封堵盲板拆除。打压管封堵盲板采用Q345C材质钢板，封堵板厚34mm，加强用筋板厚40mm，应力计算由设计单位进行，能够满足本工程水压试验压力要求。全部水压试验完成后将封堵盲板拆除后进行通水试验。经过专题会议研究决定首段水压试验桩号为8-F1+615～8-F2+515，长900m。本试验段管道设计工作压力1.4MPa，根据合同文件及规范GB50268相关要求，确定首段水压试验压力为1.7MPa。试压前必须将管道清扫干净，对每道管口接口质量、管材质量全面进行联合检查并验收。
一、管道上下游止推力设计
（一）几何参数。公称内径：Di=3400mm，接口直径：Dj=3553mm，管外径：Bc=4000mm，钢筒内径：Dyi=3550mm。
（二）力学指标。钢筋砼容重：γc=25kN/m^3，砂浆容重：γm=22kN/m^3，钢材比重：γs=78.5kN/m^3，水的比重：γf=10kN/m^3。
（三）工作条件。管线工作压力：Pw=1.4MPa，管线试验压力：Pt=1.7MPa，实际平均覆土高度：H=1.58米，土壤容重：ω=18.9kN/m^3，地下水位埋深：Hf=2米，土壤浮容重：ωf=ω*（1-1/2.7）=11.9kN/m^3，管道（环氧煤沥青防腐）--土壤摩擦系数：f=0.2，抗滑稳定性抗力系数：Ks=1.5。
（四）止推计算。PCCP管自重：Wp=（Bc^2-Di^2）/4000000*π*γc=（4000^2-3400^2）/4000000* 3.1415926*25=87.18kN/m。
管内水重：由于首段水压试验时，两边的管道内部还是空管，因此Ww=0kN/m。
管子浮力：地下水位位于管内底标高以上3.28m，经计算，位于地下水位线以下部分的管子浮力Wpf=116kN/m。
管上方土体重量：We= ω*Bc/1000*H=18.9*4000/1000*1.58=119.4kN/m。
接口横截面面积：A= Dj^2/4*π=3553^2/4*3.1415926=9914716mm^2。
水平推力为：T=Pt*A=1.7*9914716=16855017=16855kN。
管道要求抗侧滑力计算：Tgd = Ks * T = 1.5* 16855 = 25282 kN。
止推长度计算：Lzs =（Tgd）/（f *（2 * We + Ww + Wp - Wpf））=（25282）/（0.2 *（2 * 119.4 + 0 + 87.18 - 116））= 602m。
所以要求上下游方向能提供止推力的管道直线距离为Lzs=605m、合121节。即水压试验管道部分上下游必须各安装完成121节管道并回填、灌缝后方准进行首段水压试验。
二、PCCP接口允許最大压力计算
允许最大压力按CECS246-2008《给水排水工程顶管技术规程 》并参考美国标准ASCE27-00《预制混凝土管顶管设计规范》，假定顶力存在偏心，管道截面压应力呈三角形分布，管道一侧为0，另一侧受力最大，公式如下：
水压试验时仅考虑用PCCP外圈混凝土（不考虑保护层）来平衡顶推力。
PCCP承压面外直径：Dw：=管芯外径=3400+2*255=3910mm。
PCCP承压面内直径，Dn：=承口导坡直径=3553+2*10=3573mm。
fc：混凝土轴心抗压设计强度（MPa），C50级砼，fc =23.1MPa。
经计算，允许顶力F =23260kN（2326吨）>T=14872.1 kN
另外，水压试验时接口灌缝的砂浆实际强度应不低于：
f砂浆=14872.1×1000÷（（39102-35732）/4×π）=7.5MPa
实际施工接口灌缝砂浆为M20，强度不低于20MPa，满足要求。
三、判定标准
试验时同时采用压力降及渗水量两种判定标准。即，将压力升至试验压力，停止升压，稳定15min后，如压力降为零，则在此基础上再稳定2h，进行管道外观检查，若无漏水现象，则水压试验合格。如稳定15min后，0<压力降≤0.03MPa（规范规定的PCCP管允许最大压力降），则进行渗水量试验，试验时间不低于2h，PCCP允许渗水量按规范要求应不大于8.16L/min.km（按规范计算：q=0.14 =8.16L/min*km。水压试验时按照规范要求填写《注水法试验记录表》及其附表。
四、方案目的及试验原理
（一）目的。方案目的是安全、有效指导进行首段水压试验，检验已安装管道的强度、严密性是否满足设计要求，指导后续管道安装质量，避免合同文件规定的分段水压及整体通水后发生渗漏、爆裂等严重后果。
（二）原理。管道水压试验段两端采用专用打压管进行封堵，将试验段内的排气三通开口管件使用法兰盲板进行封堵，使试验段形成一个封闭管段。注水点选择在排气三通PQF8-4法兰盲板上安装注水球阀及压力表，在两个打压管三通盲板上安装泄水球阀及各安装一块压力表。在排气三通法兰盲板上安装水压设备。 通过排气三通向管道内注水，最低打压管三通水溢出之前进行封堵及安装压力表等设备，在通过排气三通注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。水压试验合格后将排水球阀打开，进行泄压排水。
五、水压试验
管道压水试验前，必须将试压段管道两侧至管顶以上500mm的土方回填分层夯实。管线的镇墩与锚固结构等均完成并达强度后才能进行压水实验。试验压力和试验方法均按《给水排水管道工程施工及验收规范》进行。
（一）试压前的准备工作
1. 水源选择。（1）水源确定。为了保证管道水压试验用水符合规范的要求，管道首段水压试验用水采用地下水，在管线旁打设深井作为水源。首段水压长度为900m，PCCP管道DN3400，需水量为8122m3，加上损耗需水量约8200m3。根据本标段管道特征、沿线地形以及地质情况，采用打设一般的深井进行管道充水。首段水压试验取水点深井选择在排气阀井PQF8-4排气三通处。（2）深井结构。首段水压设置深井4口，排气三通两侧各2口，成井直径为Φ600mm，井内设混凝土透水管，外径为Φ440mm，其中井内底部设1～3m的不透水沉淀管，其余中粗砂层内均设置透水管，粘土部位安装实管，井壁与井管之间全部回填粒径1～2mm的滤料，通过虑料把含水层连通，透水管外包一层尼龙纱网作为过滤器结构，井底采用8cm厚木板封堵，以防砂涌入井内。首段水压试验段地质条件为粉细砂层，粉细砂层渗透系数小，计划打井深度为35m。
2. 注水升压地点及方法。（1）注水地点。选择PQF8-4排气三通处。（2）注水方法。通过水泵将管道注满水，打压设备连接完成后，通过注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。（3）水泵的选型。根据本标段输水管线的高差以及深井的结构形式，结合工程实际情况，根据进度要求选择5台4寸水泵（1台备用），型号为WQX12.5-100/7.5。为减少余留空气量及水锤压力，充水流量均按小于0.5m3/s控制。升压是采用150QJ10-250/31-13水泵进行。（4）供电设备选型。供电设备选择2台50kw柴油发电机。
3. 测压表安装位置。压力表采用弹簧压力计，精度为4.0级，量程为0-3.0MPa，表壳的公称直径150mm，共准备压力表4套，使用前到当地质量监督部门进行率定，均合格后应用于首段水压试验中。压力表安装原则采取：首段水压试验距离短，地势起伏不大，在排水管三通上各安装压力表一个；压力表孔均设置球阀，以防止压力表出现故障。
4. 其他准备事项。（1）进行管道清扫、管口检查工作，同时进行阀门管件的安装工作，在上水管适当位置安装水表，作为计量补水器具，以便计量补水数量。（2）管道安装检查合格后，对整个水压试验系统进行检查，发现问题及时修改。（3）对排气管、试压用的排水设备及排水出路进行检查和落实。（4）检查水源、试压设备、放水路径及量测设备是否准备妥当和齐全，工作状态是否良好，确保试压系统的严密性。
（二）試验过程
1. 注水过程。管道清扫、管口检查工作结束，符合充水试验条件后，经监理人批准，即可进行管道充水工作。注水口分别利用设备安装的盲法兰以及安装在排气孔上的自制注水孔进行封堵。第一阶段注水时，待注水口中，相应水位上升至排水管顶部时（以水面不溢出为准），停止注水，然后加盖盲法兰、注水孔，随后进入第二阶段注水。待满水时，停止注水，然后利用逆止阀或球阀封闭加压注水孔，最后进行排气检查。
2. 升压过程。（1）加压设备的选择。试验加压方式主要采用管道增压离心泵和高扬程潜水泵。（2）升压方法与方式。管道注水结束，主要利用管线充水浸泡72小时的时段对管道进行气体的排除。浸泡72小时后，如果管道内需要补给的水体过多，则继续进行注水排气，直至气体排出干净后方可开始管道的升压。
（三）试验方法
1. 允许压降值法。水压试验强度试验与严密性试验同时进行，即用严密性试验即确定检查管道的强度试验。（1）预试验阶段。在管道注满水，经过72h浸泡后开始，升压采取缓缓逐级升至试验压力，并稳压30min（为保持压力允许向管内注水），检查接口、配件、管身等无破损及漏水现象。（2）主试验阶段。在预试验阶段结束停止注水补压后，稳压15min压力下降不超过0.03Mpa时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。
2. 渗水量法。采用渗水量作为最终合格判定依据时，根据注水法进行渗水量检测。注水法试验应按下列程序进行：水压升至试验压力后开始计时。每当压力下降，应及时向管道内补水，但降压不得大于0.03MPa，使管道试验压力始终保持恒定，延续时间不得少于2h，并计量恒压时间内补入试验管段内的水量；根据规范最大渗水量为8.26L/（min·km）。实测渗水量按下式计算：q=W/（T·L）
（四）排水措施
试验完成后，首段水压用水通过水泵抽水排至王中干渠。排水前与相关部门协调好，以免造成不必要的损失。
关键词：水压试验；PCCP管道；注水法
前言
经过业主、设计、管材生产商、安装承包商等多方共同论证研究，本工程水压试验采用专用的打压管进行两侧封堵。打压管长度与标准管长度、公称直径相同，作为管配件构成管道的一部分，水压试验完成后将封堵盲板拆除。打压管封堵盲板采用Q345C材质钢板，封堵板厚34mm，加强用筋板厚40mm，应力计算由设计单位进行，能够满足本工程水压试验压力要求。全部水压试验完成后将封堵盲板拆除后进行通水试验。经过专题会议研究决定首段水压试验桩号为8-F1+615～8-F2+515，长900m。本试验段管道设计工作压力1.4MPa，根据合同文件及规范GB50268相关要求，确定首段水压试验压力为1.7MPa。试压前必须将管道清扫干净，对每道管口接口质量、管材质量全面进行联合检查并验收。
一、管道上下游止推力设计
（一）几何参数。公称内径：Di=3400mm，接口直径：Dj=3553mm，管外径：Bc=4000mm，钢筒内径：Dyi=3550mm。
（二）力学指标。钢筋砼容重：γc=25kN/m^3，砂浆容重：γm=22kN/m^3，钢材比重：γs=78.5kN/m^3，水的比重：γf=10kN/m^3。
（三）工作条件。管线工作压力：Pw=1.4MPa，管线试验压力：Pt=1.7MPa，实际平均覆土高度：H=1.58米，土壤容重：ω=18.9kN/m^3，地下水位埋深：Hf=2米，土壤浮容重：ωf=ω*（1-1/2.7）=11.9kN/m^3，管道（环氧煤沥青防腐）--土壤摩擦系数：f=0.2，抗滑稳定性抗力系数：Ks=1.5。
（四）止推计算。PCCP管自重：Wp=（Bc^2-Di^2）/4000000*π*γc=（4000^2-3400^2）/4000000* 3.1415926*25=87.18kN/m。
管内水重：由于首段水压试验时，两边的管道内部还是空管，因此Ww=0kN/m。
管子浮力：地下水位位于管内底标高以上3.28m，经计算，位于地下水位线以下部分的管子浮力Wpf=116kN/m。
管上方土体重量：We= ω*Bc/1000*H=18.9*4000/1000*1.58=119.4kN/m。
接口横截面面积：A= Dj^2/4*π=3553^2/4*3.1415926=9914716mm^2。
水平推力为：T=Pt*A=1.7*9914716=16855017=16855kN。
管道要求抗侧滑力计算：Tgd = Ks * T = 1.5* 16855 = 25282 kN。
止推长度计算：Lzs =（Tgd）/（f *（2 * We + Ww + Wp - Wpf））=（25282）/（0.2 *（2 * 119.4 + 0 + 87.18 - 116））= 602m。
所以要求上下游方向能提供止推力的管道直线距离为Lzs=605m、合121节。即水压试验管道部分上下游必须各安装完成121节管道并回填、灌缝后方准进行首段水压试验。
二、PCCP接口允許最大压力计算
允许最大压力按CECS246-2008《给水排水工程顶管技术规程 》并参考美国标准ASCE27-00《预制混凝土管顶管设计规范》，假定顶力存在偏心，管道截面压应力呈三角形分布，管道一侧为0，另一侧受力最大，公式如下：
水压试验时仅考虑用PCCP外圈混凝土（不考虑保护层）来平衡顶推力。
PCCP承压面外直径：Dw：=管芯外径=3400+2*255=3910mm。
PCCP承压面内直径，Dn：=承口导坡直径=3553+2*10=3573mm。
fc：混凝土轴心抗压设计强度（MPa），C50级砼，fc =23.1MPa。
经计算，允许顶力F =23260kN（2326吨）>T=14872.1 kN
另外，水压试验时接口灌缝的砂浆实际强度应不低于：
f砂浆=14872.1×1000÷（（39102-35732）/4×π）=7.5MPa
实际施工接口灌缝砂浆为M20，强度不低于20MPa，满足要求。
三、判定标准
试验时同时采用压力降及渗水量两种判定标准。即，将压力升至试验压力，停止升压，稳定15min后，如压力降为零，则在此基础上再稳定2h，进行管道外观检查，若无漏水现象，则水压试验合格。如稳定15min后，0<压力降≤0.03MPa（规范规定的PCCP管允许最大压力降），则进行渗水量试验，试验时间不低于2h，PCCP允许渗水量按规范要求应不大于8.16L/min.km（按规范计算：q=0.14 =8.16L/min*km。水压试验时按照规范要求填写《注水法试验记录表》及其附表。
四、方案目的及试验原理
（一）目的。方案目的是安全、有效指导进行首段水压试验，检验已安装管道的强度、严密性是否满足设计要求，指导后续管道安装质量，避免合同文件规定的分段水压及整体通水后发生渗漏、爆裂等严重后果。
（二）原理。管道水压试验段两端采用专用打压管进行封堵，将试验段内的排气三通开口管件使用法兰盲板进行封堵，使试验段形成一个封闭管段。注水点选择在排气三通PQF8-4法兰盲板上安装注水球阀及压力表，在两个打压管三通盲板上安装泄水球阀及各安装一块压力表。在排气三通法兰盲板上安装水压设备。 通过排气三通向管道内注水，最低打压管三通水溢出之前进行封堵及安装压力表等设备，在通过排气三通注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。水压试验合格后将排水球阀打开，进行泄压排水。
五、水压试验
管道压水试验前，必须将试压段管道两侧至管顶以上500mm的土方回填分层夯实。管线的镇墩与锚固结构等均完成并达强度后才能进行压水实验。试验压力和试验方法均按《给水排水管道工程施工及验收规范》进行。
（一）试压前的准备工作
1. 水源选择。（1）水源确定。为了保证管道水压试验用水符合规范的要求，管道首段水压试验用水采用地下水，在管线旁打设深井作为水源。首段水压长度为900m，PCCP管道DN3400，需水量为8122m3，加上损耗需水量约8200m3。根据本标段管道特征、沿线地形以及地质情况，采用打设一般的深井进行管道充水。首段水压试验取水点深井选择在排气阀井PQF8-4排气三通处。（2）深井结构。首段水压设置深井4口，排气三通两侧各2口，成井直径为Φ600mm，井内设混凝土透水管，外径为Φ440mm，其中井内底部设1～3m的不透水沉淀管，其余中粗砂层内均设置透水管，粘土部位安装实管，井壁与井管之间全部回填粒径1～2mm的滤料，通过虑料把含水层连通，透水管外包一层尼龙纱网作为过滤器结构，井底采用8cm厚木板封堵，以防砂涌入井内。首段水压试验段地质条件为粉细砂层，粉细砂层渗透系数小，计划打井深度为35m。
2. 注水升压地点及方法。（1）注水地点。选择PQF8-4排气三通处。（2）注水方法。通过水泵将管道注满水，打压设备连接完成后，通过注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。（3）水泵的选型。根据本标段输水管线的高差以及深井的结构形式，结合工程实际情况，根据进度要求选择5台4寸水泵（1台备用），型号为WQX12.5-100/7.5。为减少余留空气量及水锤压力，充水流量均按小于0.5m3/s控制。升压是采用150QJ10-250/31-13水泵进行。（4）供电设备选型。供电设备选择2台50kw柴油发电机。
3. 测压表安装位置。压力表采用弹簧压力计，精度为4.0级，量程为0-3.0MPa，表壳的公称直径150mm，共准备压力表4套，使用前到当地质量监督部门进行率定，均合格后应用于首段水压试验中。压力表安装原则采取：首段水压试验距离短，地势起伏不大，在排水管三通上各安装压力表一个；压力表孔均设置球阀，以防止压力表出现故障。
4. 其他准备事项。（1）进行管道清扫、管口检查工作，同时进行阀门管件的安装工作，在上水管适当位置安装水表，作为计量补水器具，以便计量补水数量。（2）管道安装检查合格后，对整个水压试验系统进行检查，发现问题及时修改。（3）对排气管、试压用的排水设备及排水出路进行检查和落实。（4）检查水源、试压设备、放水路径及量测设备是否准备妥当和齐全，工作状态是否良好，确保试压系统的严密性。
（二）試验过程
1. 注水过程。管道清扫、管口检查工作结束，符合充水试验条件后，经监理人批准，即可进行管道充水工作。注水口分别利用设备安装的盲法兰以及安装在排气孔上的自制注水孔进行封堵。第一阶段注水时，待注水口中，相应水位上升至排水管顶部时（以水面不溢出为准），停止注水，然后加盖盲法兰、注水孔，随后进入第二阶段注水。待满水时，停止注水，然后利用逆止阀或球阀封闭加压注水孔，最后进行排气检查。
2. 升压过程。（1）加压设备的选择。试验加压方式主要采用管道增压离心泵和高扬程潜水泵。（2）升压方法与方式。管道注水结束，主要利用管线充水浸泡72小时的时段对管道进行气体的排除。浸泡72小时后，如果管道内需要补给的水体过多，则继续进行注水排气，直至气体排出干净后方可开始管道的升压。
（三）试验方法
1. 允许压降值法。水压试验强度试验与严密性试验同时进行，即用严密性试验即确定检查管道的强度试验。（1）预试验阶段。在管道注满水，经过72h浸泡后开始，升压采取缓缓逐级升至试验压力，并稳压30min（为保持压力允许向管内注水），检查接口、配件、管身等无破损及漏水现象。（2）主试验阶段。在预试验阶段结束停止注水补压后，稳压15min压力下降不超过0.03Mpa时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。
2. 渗水量法。采用渗水量作为最终合格判定依据时，根据注水法进行渗水量检测。注水法试验应按下列程序进行：水压升至试验压力后开始计时。每当压力下降，应及时向管道内补水，但降压不得大于0.03MPa，使管道试验压力始终保持恒定，延续时间不得少于2h，并计量恒压时间内补入试验管段内的水量；根据规范最大渗水量为8.26L/（min·km）。实测渗水量按下式计算：q=W/（T·L）
（四）排水措施
试验完成后，首段水压用水通过水泵抽水排至王中干渠。排水前与相关部门协调好，以免造成不必要的损失。