美国标准一个细节出错PCCP失效解析
美国产品设计缺陷举证责任对我国的启示
陷 的专 门性 规定 。但具 体诉 讼 中 ， 提 出证 据 责任 与 说 服责 任二分 【 的诉 讼规 则 、 《 侵权法 重述 第 三 版： 产 品责 任 》 （ 以下 简称 《 产 品责 任 重述 》 ） 的相关 规 定 以及证 据开 示 的运用 ， 能 够在 设计 缺 陷 的证 明
刘 哲， 杜文曲
（ 天津商业大学法学院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ４ ）
【 摘
要】 设计缺 陷作 为产品缺 陷的一种重要形 态， 危 害范围广 ， 证 明难度 大。在设计缺 陷证明 中法定标 准该如何
适 用， 不合 理危 险标 准又该如何操作 ， 依照现行 立法均存在诸 多困惑。 分析 美国法上相 关问题的处理方法 ， 对 于解
据 的若 干 规定 》 （ 以下 简 称 《 证据规定》 ） 第 ２条 、 第 ４条 、 第 ７条 以及 《 产 品 质量 法 》 第４ ｌ 条， 其 中《 证
１ ． １ 《 产 品责 任重述 》 中关 于设计 缺 陷的证 明 方法 《 产 品责 任重 述》 中有 关设 计 缺 陷 的条 文 是第 ２条 （ ｂ ） 、 第 ２条 评注 ｅ 、 第 ３ 条 以及 第 ４条 。 其 中第 ２条 （ ｂ ） 为 国 内学 者 讨 论 最 多 ， 即通 过 成 本 效 益 分 析来 权衡 产 品设计 是 否有 缺 陷。 第 ２条评 注 ｅ是对
证 明， 目前 立 法均无 明确规 定 。分 析美 国法上 相关
效用 极低 且危 险性 极高 的产 品设 计 时 ， 即使 无法 提 出合 理 的替代 设计 亦不 影 响对产 品责任 的认定 。 『 ２ １ 第 ３ 条 是 有 关 故 障规 则 的规定 ，即 当产 品灭失 且 没 有关 于具 体 缺 陷 的证 据但 损 害通 常 由产 品缺 陷 引起 且 已合理 排 除其他 可 能原 因时 ， 推 定原 告所 受 伤 害 由缺陷产 品导致 。［ ２ １ 第 ４条 则 明确产 品设 计
阴极保护规范
美国腐蚀工程师协会美国腐蚀工程师协会标准RP0100-2000 国际腐蚀协会第21090 号条款标准推荐规范预应力混凝土圆筒管线的阴极保护本NACE国际标准代表了那些已经评阅过本文件及其范围和条款的个体会员的一致意见。
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美国近期桥梁失效案例分析+深圳大学+周海俊+
表 2 列出了桥梁失效数目最多的前十个 州。由于受到 1993 年洪水的严重影响，爱 荷华州的数目最多，达 85 例。纽约州第二， 64 例，佛吉尼亚州第三，不过后两者数据相 差甚远。表 2 也列举了每个州失效桥梁的百 分比。爱荷华州和纽约州具有大概相同的失 效比例（两者仅差 0.03%）。纽约州没有受 到洪水的影响却有如此高的失效比例，原因 可能就是该州的交通运输部门在统计失效 桥梁总数时采用了具有最详尽信息的桥梁 失效数据库的缘故。此外，纽约州是一个开 发较早的州，所以存在着大量被废弃的或者 易于失效的旧桥。马里兰州具有最高桥梁失 效比例，为 0.49%（5895 座中有 29 座）。
本文对过去 12 年（1989 至 2000）间发
生的桥梁失效案例进行了调查和分析。数据 来自纽约州交通厅数据库，工程期刊和杂 志，联邦公路局以及纽约、俄亥俄、犹他、 威斯康星、得克萨斯、伊利诺斯州交通厅网 页，个人经验推定，邮件沟通等。尽管公布 的信息资源忽略了很多小桥的失效案例，但 收集到的信息已足以得出有效的结论。 2. 失效的定义
表4桥梁失效的主要原因剔除自然灾害及退化或老化与人表53段调查时期桥梁失效原因分布失效类型倒塌倒塌损坏损坏总计所属阶段19771981年数量座百分比19821988年数量座百分比19892000年数量座百分比表5对19772000年间3个时期的桥梁失效进行分析
美国近期桥梁失效案例分析
编译 周海俊 莫智娥 刘俐 单蓉 米红雨
此外，根据对桥梁或其构件的影响不 同，这些原因又可分为内部缺陷，外部作用 以及程序上的因素。内部缺陷与桥梁或其构
件的内部状态或性能有关。因此，这里讨论 的前五项主要原因都属于内部缺陷。程序上 的原因与管理及参与项目的相关各方之间 的内部关系有关；该因素通常较隐蔽且不公 开，很难确证，对它的评估不在本文的研究 范围内。 4. 研究结果
美国标准一个细节出错PCCP失效解析
美国标准一个细节出错PCCP失效解析PCCP失效解析―美国结构设计标准一个细节有错沈之基(上海市自来水公司, 上海原水股份有限公司200085)摘要： PCCP主要失效模式是钢丝腐蚀管爆裂，防护层裂缝是钢丝腐蚀主要原因；防护层裂缝不可避免，产品结构设计中存在先天隐蔽性缺陷；高内压的大口径PCCP管线“膨胀量”大，特别危险。
信息高度不对称，造成不公平的竞争环境和结果。
美国主流的管道设计已经不再考虑PCCP。
失效信息在中国慢慢传开，输水管线市场将出现大变局。
关键词： PCCP 、失效、钢丝腐蚀、砂浆防护层、防护层裂缝、断裂、爆裂、钢管Parsing of PCCP failure---A mistake in detail of American structure design standardShen Zhi ji(SHANGHAIWATERWORKSCO.,SHANGHAI MUNICIPAL RAW WATER CO.,LTD 200085） Abstract：The main failure mode of PCCP is main pipe burst due to fracture of the prestressing wires caused by corrosion. The cracking of mortar coating whichis used to protect prestressing wire is inevitable. It is inherent and hidden defects in design concept. High internal pressure and large diameter pipelineis particular dangerous. Highly unbalanced information, caused the unfaircompetition environment and results. In the United States has, PCCP is no longer in the consideration for mainstream design of transmission mains. The failure information spread slowly, water pipeline market will begin to change。
PCCP管爆管案例
PCCP管爆管案例
1、国外PCCP管的失效案例、爆管照片
（1）、美国，1942～2006年的65年中共发生了399次爆管事故（数据来自AWWARF 4304报告“PCCP的失效破坏”）。
利比亚大人工河工程一期投入使用后，6年间发生5起爆管。
（2）、（2008年）华盛顿郊区卫生委员会（WSSC）管理的一根66英寸的输水PCCP 干管断丝爆管
(3)、美国圣地亚哥PCCP爆管事故
2、国内PCCP管失效、爆管照片
（1）、国内已有多条管线运行仅几年就发生爆裂的案例，宁夏水务公司八年前使用了几十公里的PCCP管，已经发生了多次爆裂，经检验已经有五十多处出现钢丝断裂，发生爆裂停水事故的概率大大上升，已经严重影响该管道安全运行。
（2）、陕西宝鸡市冯家山输水管道10年11次爆管：2008年12月16日，担负陕西宝鸡市70%人口供水的冯家山输水管道在宝鸡市陈仓大道附近发生爆管，这是该工程1998年试供水以来发生的第11次爆管。
（3）、陕西省渭南市引黄河水低压管线DN2000 PCCP管1997年使用面临更换。
463666_预应力钢筒混凝土管在北美的应用现状及问题浅析
（1943年～1990年），9个公司PCCP的产量总数为5100万英尺、应用于17400个工程中。
大约2/3的管型为内衬式管，直径小于等于48英寸（见表1）。
美国AWWA压力管委员会成员以及美国混凝土压力管协会主席Richard Mueller阐述了近年来美国PCCP的使用情况。
关于PCCP在美国的应用情况并没有具体的数据，但在城市化建设完成后的今天，小直径PCCP的应用并不是很广泛，理由如下：第一，目前在美国24英寸及以下的管是应用最广的，对于直径小于20英寸的管材，PCCP并不是最具价格竞争力的产品。
第二，在北美的东部地区（德克萨斯和美国东海岸）只销售直径小于42英寸的PCCP，在西部地区销售的是直径小于42英寸的钢筋缠绕钢筒混凝土管。
但是仍有一些直径大于54英寸的PCCP 在东部工程中得到应用。
第三，直径小于48英寸的钢筋缠绕钢筒混凝土管在成本上胜过PCCP ，所以这类管材在美国东海岸正在被广泛地应用。
所以有很多替代产品正在逐步取代PCCP，但是直径大于54英寸的PCCP仍是具有高性价比的管材，根据工程地点和管材性能，小直径的PCCP被认可并作为优势产品进行应用。
值得注意的是，大直径PCCP在成本上比同等规格的钢管和铸铁管等其他大管材具有更大优势。
由于PCCP的刚性大而其他管材的柔性高，PCCP确实有安装方便的优势，其施工成本也具优势。
2 PCCP的失效及原因2.1 PCCP在1943年～1990年间失效情况概述根据上文所述的ACPPA面向PCCP生产企业（上文所述的9个公司）的工程应用实施的调查结果显示（见表2），在1943年～1990年间使用PCCP的17400个项目中，有38个项目中由于腐蚀、阴极保护系统操作不当、生产缺陷等原因而对PCCP进行了更换或修复。
由于当时PCCP相关工程已经有47年的历史，该失效率是很低的（平均超过一年发生一起失效事件），无任何损坏是由于管件设计不当引起失效，只有6个工程是制造过程中，质量控制不好造成的缺陷引起的管体损坏而失效。
美国PCCP管的失效和对我国给水管道应用的警示沈之基 复件教育课件
• 报告对美国PCCP的失效和失效率采用了 “令人 惊讶” 的表达，这应该是合适的，这也就能理解 为什么美国水务机构这么重视PCCP失效，理解为 什么基金会“希望这个结果将应用于整个世界 。
• 同样的失效与失效率数据，美国同行认为令 人惊讶，结果是生产商停产关闭，供水机构 压运行、更换管道等等行动。而中国的一些 占有说话平台同行认为这样失效与失效率， 表明这个产品优铸铁管、钢管等其他管材， 仍然应优先采用？
2.3 中国PCCP也已有爆裂事件
• 中国PCCP已经有多个运行仅仅几年就发生爆裂的案例， 但这些失效事故没有引起用户、开发商和设计院的重视； 有关责任部门也许认为这是发展过快、品质失控造成个别 特例，也没有给予应有的关注；只有不多的深受其害的爆 裂用户，对自己的经过发表了文章。
• 宁夏某水务公司八年前使用了几十公里的DN800PCCP管， 已经发生了多次爆裂，经检测已有五十多处出现钢丝断裂， 发生爆裂停水事故的概率大大上升，已经严重影响该水务 公司的安全运行。
2.2 世界最大的PCCP管工程已经发生多次爆 裂，大量管段急需积极的修复
• 上世纪九十年代利比亚的 “非洲大人工河”工程采用4.0米 口径PCCP，工作压力为2.8Mpa，总长3300公里（双线）， 由美国和韩国合作建造；这个巨大工程，是国际上PCCP技 术经济优秀的最有力案例 。该工程1984年启动，96年完成。 是号称世界奇迹的大工程。
• 引进这项技术以来，中国几乎所有介绍文章都接 受这样的论断：PCCP是钢管和混凝土压力管两 者优势组合、经济且耐蚀。中国PCCP专家近年 在很多篇文章中称PCCP寿命可达100年，而钢管 只有 二、三十年 。
2 PCCP管在美国的应用及失效
2.1 PCCP的爆裂损坏问题已经非常突出
pccp管道防腐阴极保护防护的建议
㊀第２６卷第４期２０２０年４月水利科技与经济ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｃｏｎｏｍｙＶｏｌ ２６㊀Ｎｏ ４Ａｐｒ ꎬ２０２０㊀[收稿日期]㊀２０２０－０４－０７[作者简介]㊀赵松源(１９８２－)ꎬ男ꎬ吉林长春人ꎬ高级工程师ꎬ长期从事水利工程咨询管理工作ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００６－７１７５.２０２０.０４.０１７ＰＣＣＰ管道防腐阴极保护防护的建议赵松源(吉林松辽工程监理监测咨询有限公司ꎬ长春１３００２１)[摘㊀要]㊀从预应力钢筒混凝土管爆管原因分析㊁处理办法等方面ꎬ探讨ＰＣＣＰ管道工作中积累的经验㊁体会和预防措施ꎬ以期为类似工程提供借鉴与参考ꎮ[关键词]㊀ＰＣＣＰ管道ꎻ防腐ꎻ阴极保护ꎻ建议[中图分类号]㊀ＴＶ５４６㊀㊀[文献标识码]㊀Ｂ㊀㊀[文章编号]㊀１００６－７１７５(２０２０)０４－００７６－０３㊀㊀预应力钢筒混凝土管(ＰＣＣＰ)于１９８９年由山东电力管道工程公司从美国阿麦隆公司引进以来ꎬ已经在水利㊁电力㊁市政工程中得到广泛的应用ꎮ截至２０１５年底ꎬＰＣＣＰ在我国铺设已超过１５０００ｋｍ(中国水泥制品协会统计)ꎬ国内工程使用时间已近３０年ꎬＰＣＣＰ在中国的应用总体上来说是成功的ꎮ但据国外ＰＣＣＰ管的失效㊁爆管的资料统计ꎬ如美国在１９４２－２００６年的６５年中ꎬ共发生３９９次爆管事故(数据来自ＡＷＷＡＲＦ４３０４报告 ＰＣＣＰ的失效破坏 )ꎮ利比亚大人工河工程一期投入使用后ꎬ６年间发生５起爆管ꎮ而在我国ꎬ随着ＰＣＣＰ工程使用年限的增加和工程规模的扩大ꎬ爆管情况也时有发生ꎬ笔者就曾参与了几起爆管事故的分析和抢险工作ꎮ１㊀ＰＣＣＰ管道爆管实例及原因分析国内某工程ＤＮ２２００ＰＣＣＰꎬ２００４年１０月份生产ꎬ当年冬季安装ꎬ运行接近６年ꎬ于２０１０年９月份爆管ꎮ图１和图２是事故工程中的两根管道照片ꎮ１＃管:生产日期２００４年１０月２５日ꎬ管道爆裂(裂口长度２.１２ｍ)ꎮ图１㊀１＃管㊀㊀２＃管:生产日期２００４年１０月２５日ꎬ外壁保护层有空鼓现象ꎬ外壁有６条明显裂缝ꎬ长度依次为１.２６ꎬ１.７５ꎬ１.９０ꎬ３.１２ꎬ１.２５和０.８０ｍꎬ空鼓层下钢丝锈蚀且存在断裂现象ꎮ６７赵松源:ＰＣＣＰ管道防腐阴极保护防护的建议第４期㊀图２㊀２＃管１.１㊀原因分析管线地勘资料和事后检验表明ꎬ管道沿线土壤和水均无腐蚀性ꎮ可能原因是:当地气候干燥ꎬ土壤透气性好ꎬ干湿交替ꎬ加快了钢筋锈蚀ꎮ１.２㊀处理办法首先更换损坏的管道ꎬ然后借鉴国外的方法ꎬ对整条管线施加阴极保护ꎮ以上案例说明ꎬ钢筋混凝土结构的腐蚀破坏是相当迅速的ꎮ２㊀ＰＣＣＰ管道的防腐阴极保护的方法㊀㊀埋地ＰＣＣＰ管的腐蚀破损包括两个方面:①混凝土的老化失效ꎻ②混凝土中钢筋的腐蚀ꎮ其中ꎬ钢筋腐蚀是影响结构物耐久性的主要原因ꎮＰＣＣＰ管钢筋腐蚀过程是电化学过程ꎬ阻止腐蚀过程最直接的方式就是阴极保护ꎬ同时阴极保护技术与涂层保护相结合使工程更加经济ꎮ国外自从１９４６年法国第一次将阴极保护技术应用到预应力混凝土结构上开始ꎬ几十年间ꎬ美国㊁阿根廷㊁秘鲁㊁澳大利亚㊁利比亚㊁西班牙㊁加拿大等国家对其进行了广泛的研究ꎬ并在许多预应力混凝土管道上采用阴极保护或用阴极保护技术对已发生腐蚀爆管的管道进行修复ꎮ其中ꎬ利比亚大人工河新建ＰＣＣＰ管采用锌合金牺牲阳极进行阴极保护ꎻ西班牙马德里市Ｐｉｃａｄａｓ西部供水系统ＰＣＣＰ管道在发生断裂后ꎬ采用棒状镁阳极保护ꎻ加拿大Ｈａｌｉｆａｘ市Ｐｏｃｋｗｏｃｋ的ＰＣ￣ＣＰ输水管线运行１０年后ꎬ对被破坏的ＰＣＣＰ管道施加锌阳极保护ꎬ都取得了良好的效果ꎮ我国预应力混凝土管道的阴极保护应用还处于起步阶段ꎬ需要进行一段时间的摸索㊁试验和实践检验ꎬ才能在钢筋混凝土管道中系统科学合理地应用阴极保护技术ꎮ３㊀ＰＣＣＰ管道的防腐阴极保护的建议３.１㊀管顶以上覆土厚度由于管线沿线标准冻深１.８０~２.００ｍꎬ含砂低液限黏土㊁低液限黏土㊁含砂低液限粉土等均为冻胀土ꎬ因此建议管顶以上覆土不少于２ｍꎬ作为严控指标ꎮ３.２㊀加强ＰＣＣＰ管阴极防腐的设计、施工和运行监测工作㊀㊀工程建设单位㊁工程设计单位和国内阴极保护专业单位要紧密合作ꎬ深入研究ꎮ３.２.１㊀做好全线水与土的腐蚀性评价混凝土或钢管道处于地下水位以下时ꎬ应采取水试样进行水的腐蚀性试验ꎻ处于地下水位以上时ꎬ应采取土试样进行土的腐蚀性试验ꎬ以便确定腐蚀性范围和腐蚀性种类 主要根据«水利水电工程地质勘察规范»(ＧＢ５０２８７－１９９９)中的附录Ｇ进行腐蚀性评价ꎮ３.２.２㊀外防腐范围界定根据美国水工协会标准«混凝土压力管道手册Ｍ９»的规定:当管道铺设地区的土壤经历周期性的湿润和彻底干燥时(例如干旱地区)ꎬ砂浆保护层乃至钢件表面就可能出现足够浓度的氯离子和大量的游离氧ꎮ当土壤中的氯离子含量超过１５０ｐｐｍ时ꎬ就必须考虑在管子保护层外表面设置阻水层ꎬ以保护管道或对管道实施电连接并定期监测管线的腐蚀情况ꎮ根据美国混凝土压力管道协会«混凝土管道面层防腐技术»ꎬ当管道埋入土壤中时ꎬ土壤电阻７７㊀第２６卷第４期２０２０年４月水利科技与经济ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｃｏｎｏｍｙＶｏｌ ２６㊀Ｎｏ ４Ａｐｒ ꎬ２０２０㊀率在１５Ω ｍ以下ꎬ并且同样地点水溶性氯化物浓度超过４００ｐｐｍ时ꎬ应采取下列保护措施之一:１)潮湿环境作为保护外表面的屏障ꎮ２)水泥中掺入８％~１０％的硅土或在外保护层设阻水层或在混凝土中加入腐蚀抑制剂ꎮ３)如果探测发现腐蚀发生ꎬ安装阴极保护装置ꎮ根据美国侵蚀工程西部协会和国家协会«关于预应力钢筒混凝土管在侵蚀环境下使用的建议»ꎬ高氯化物土壤其土壤电阻率一般小于１５Ω ｍꎬ建议ＰＣＣＰ管的保护方法为:１)在预应力钢丝下设置短路钢带ꎮ２)钢件在电化学上全部要连通ꎮ３)分别在预加应力及喷涂水泥砂浆前ꎬ在混凝土管芯喷上一层水泥浆ꎮ４)预应力钢丝外喷涂厚３/４英寸的水泥砂浆ꎮ５)安装后管道的接口在电化学上要相互连通ꎮ６)管道接口内部凹槽要用砂浆填满ꎮ７)管道接口外部凹槽ꎬ要包上聚乙烯炮沫带ꎬ用水泥砂浆填满ꎮ８)管道外部涂厚浆型环氧煤焦油沥青ꎮ值得注意的是ꎬ上述说法和氯化物定量标准尽管有差别ꎬ但相同之处为:管道埋设在干湿交替频繁的地区㊁土壤电阻率在１５Ω ｍ以下且含氯化物环境时ꎬ除常规的提供钝化环境外ꎬ应采用外涂防腐层或电连接监测实施阴极保护ꎮ参考国家«岩土工程勘察规范»(ＧＢ５００２１－２００１)ꎬ当土壤中的氯离子含量<２５０ｐｐｍ时ꎬ判断为对混凝土中的钢筋无腐蚀ꎮ设计单位和阴极保护专业单位要综合国内外标准ꎬ结合ＰＣＣＰ安装段的腐蚀环境特点ꎬ来决定所采用的防腐标准ꎮ３.２.３㊀设置试验段本工程规模大㊁管线长㊁工期长ꎬ建议设置试验段ꎬ通过试验探讨和分析影响ＰＣＣＰ管钢筋腐蚀㊁阴极保护效果和保护范围的各种因素ꎬ以及有效阴极保护所需要的保护电流密度等参数ꎬ为设计提供依据ꎬ更加合理和有效地对ＰＣＣＰ管线实施全面的阴极保护ꎮ阴极保护实验的主要目的:１)对本工程环境下ＰＣＣＰ管阴极保护的必要性进行界定ꎮ２)通过实地测试和分析ꎬ对阴极保护设计参数进行复核和调整ꎮ３)对选用的阳极型式进行分析ꎮ４)对沿线杂散电流进行测试ꎬ对有杂散影响的区域提出处理方案ꎮ５)完善设计方法和测试方法ꎬ指导全线ＰＣ￣ＣＰ管段阴极保护的设计和施工ꎮ通过试验ꎬ取得充分的阴极保护实际运行参数ꎬ进而完善设计ꎬ指导全线ＰＣＣＰ管段阴极保护的实施ꎮ３.２.４㊀阴极保护实施监测建议采用ＥＣＩ智能化监测系统㊀㊀在ＰＣＣＰ管实验段选择有代表性的位置处设置一套智能化监测系统ꎬ通过实施腐蚀监测ꎬ要求定期获得的如下参数:ＰＣＣＰ管的保护电位牺牲阳极的输出电流ＰＣＣＰ管混凝土的电阻率氯离子浓度不受阴极保护的预应力钢筋的腐蚀速度和自腐蚀电位极化电阻ＰＣＣＰ管周围的环境温度ＥＣＩ智能化监测装置在辽宁某水库输水工程ＰＣＣＰ管道的应用ꎬ是这项新技术在我国ＰＣＣＰ输水管线中的首次应用ꎮ该系统可连续监测多个预应力钢筋腐蚀相关的腐蚀参数和钢筋阴极保护状态下的运行参数ꎮ系统具有自动采集㊁工作效率高㊁现场安装适用性好㊁扩展能力强等特点ꎮ本工程阴极保护实施监测ꎬ建议采用ＥＣＩ智能化监测系统ꎮ[参考文献][１]ＧＢ５０２８７－１９９９ꎬ水利水电工程地质勘察规范[Ｓ]. [２]ＧＢ５００２１－２００１ꎬ岩土工程勘察规范[Ｓ].㊀本期编辑:刘越男㊀周琳博㊀赫晓彦㊀赵琳琳㊀杨文８７。
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PCCP失效解析—美国结构设计标准一个细节有错沈之基(上海市自来水公司, 上海原水股份有限公司200085)摘要：PCCP主要失效模式是钢丝腐蚀管爆裂，防护层裂缝是钢丝腐蚀主要原因；防护层裂缝不可避免，产品结构设计中存在先天隐蔽性缺陷；高内压的大口径PCCP管线“膨胀量”大，特别危险。
信息高度不对称，造成不公平的竞争环境和结果。
美国主流的管道设计已经不再考虑PCCP。
失效信息在中国慢慢传开，输水管线市场将出现大变局。
关键词：PCCP 、失效、钢丝腐蚀、砂浆防护层、防护层裂缝、断裂、爆裂、钢管Parsing of PCCP failure---A mistake in detail of American structure design standardShen Zhi ji(SHANGHAI WATERWORKS CO., SHANGHAI MUNICIPAL RAW WATER CO.,LTD 200085）Abstract：The main failure mode of PCCP is main pipe burst due to fracture of the prestressing wires caused by corrosion. The cracking of mortar coating which is used to protect prestressing wire is inevitable. It is inherent and hidden defects in design concept. High internal pressure and large diameter pipeline is particular dangerous. Highly unbalanced information, caused the unfaircompetition environment and results. In the United States has, PCCP is no longer in the consideration for mainstream design of transmission mains. The failure information spread slowly, water pipeline market will begin to change。
Keywords: PCCP, failure, steel wire corrosion, mortar protective layer , protective layer crack, fracture, burst, steel pipe0.前言PCCP能够经济，其核心手段是采用高强度钢丝和预应力技术。
钢丝的设计应力是钢管钢材的5倍以上，由此节约了钢材而取得经济性。
PCCP能够耐腐蚀，是因为主要受力元素---钢丝，有砂浆保护层保护。
砂浆保护层能充分保护钢丝，这是发展这个产品时开发人员的期望，也是这个产品投入运行一段时间内的表现；但是随着时间推移，大量的管线运行实践表明，PCCP中钢丝容易腐蚀，其结果是管爆裂（1、2）。
新构造的实际表现同开发期望有极大的差异。
1.主要失效模式是钢丝腐蚀管爆裂，防护层裂缝是钢丝腐蚀主要原因。
PCCP主要失效模式是爆裂，是钢丝腐蚀断裂引起，这已经得到大量运行实践证明并为行业公认。
钢丝腐蚀断裂原因，可以列举很多。
因为腐蚀本质上是腐蚀电池或杂散电流运动结果，所以通常总会自然地将“土壤有腐蚀性介质（含杂散电流）、保护层裂缝”看成是钢丝腐蚀的二个必要条件和主要原因，是二者交集才发生腐蚀，这二个主要原因实际作用是怎么样的，哪一个实际作用更大一些，现在有二种观点。
1.1. 腐蚀性介质说这种观点紧紧抓住腐蚀断裂是腐蚀电池或杂散电流运动结果这个事实，对土壤有腐蚀性介质、杂散电流特别看重，认为土壤有腐蚀性介质时，才需要采取对应措施。
如果土壤没有腐蚀性介质等，那保护层即使有裂缝，裂缝处因砂浆提供了高碱性环境，钢丝表面被钝化而不会腐蚀，就不需要采用防腐蚀措施。
对策的重心也就自然针对腐蚀性介质：如采用环氧煤沥青涂覆管道外壁，加阴极保护措施；这种观点无论在理论上还是实践上，都可以认为是有效果、可操作的；但其最大不足是效力不高而且不彻底，做了这么多的努力，结果还是对钢丝的腐蚀不放心，还要再对运行中PCCP钢丝状况, 采取实时监测的措施，而这个实时监测的进行也需要化很大力气和费用。
中国现在以南水北调工程为主导的水利系统，就接受这样观点并行动的。
1.2.保护层裂缝说如果问，钢丝腐蚀为何发生在这个管子而不是相邻的管子，为何发生在这个管子的这个局部而不是这个管子的其他部位，这显然不能从“土壤有腐蚀性介质、杂散电流影响”中得到回答；回答只能是这个部位最利于腐蚀电池生成、运动，或者这个部位杂散电流最“通畅”，这个部位就是保护层裂缝最厉害的地方。
不发生钢丝腐蚀的“相邻的管子”、“管子的其他部位”,自然是保护层处于相对完好状态。
同样的土壤腐蚀环境，保护层裂缝处钢丝腐蚀，保护层完好处，钢丝就就不发生腐蚀，这表明保护层裂缝对决定钢丝是否腐蚀更有力。
对PCCP来说，土壤有腐蚀性介质是外来的因素，多数情况下总是会遇到，只能采用应对措施；保护层裂缝是产品自身的因素，是应该首先自律的。
中国城镇供水系统的同行，现在多数已经接受这样观点（2）。
2．水泥砂浆保护层裂缝不可避免PCCP标准规定，砂浆保护层不允许有任何可见裂缝，实际情况砂浆保护层种种裂缝不可避免。
水泥砂浆保护层脆、抗拉强度低，一定强度的冲击、拉伸就会出现裂缝。
即使工厂中PCCP保护层完好的，出厂后运输吊装中的碰撞、震动，铺设运行后承受的内外负载，都将是产生裂缝的原因。
在这些原因中，碰撞、震动等等只要认真措施是可以避免产生伤害的，最厉害的是内压，因为它和它产生的伤害无法避免。
保护层是在管芯缠绕钢丝后，在无内压状态下成形、养生、定型的；运行或试压时，这个绕钢丝管芯将承受内压，有内压时同无内压时相比，整个构造应该有小小的“膨胀”，这个膨胀有将保护层涨裂倾向，是保护层裂缝生成源头且无法避开。
标准规定，管芯的最小厚度是内径的1/16，按圆管管壁环向应力理论计算公式，同砂浆抗拉极限强度相应的管道内压约为0.625MPa，这就是说，管道内压超出0.625MPa，就有可能引起水泥砂浆保护层产生微裂缝。
变形迭加原理认为，最薄弱处将产生最大变形；一旦开裂，最薄弱处就成为其他部分变形能释放优先部位，微裂缝渐渐合并最终形成表面裂缝或较大裂缝。
也就是说，微细裂缝在运行内压持续作用下，能归合为可见裂缝、有害裂缝。
当土壤为有腐蚀性场合，钢丝腐蚀发生，5～10年后就发生管爆裂，美国、非洲、中国，都经历了这样的结果（1、2）。
3. 美国结构设计标准存在先天隐蔽性缺陷对防护层裂缝，美国标准AWW A C304的附录A.10中是这样提及的：文献对混凝土和砂浆的裂缝有二种观点，一是变形量假设，另一是变形迭加。
该标准对二种观点未经充分展开，就在标准正文中采信变形量假设观点来校核裂缝。
3.1 6.4～8倍虚拟抗拉应力使校核如同虚设。
变形量假设观点认为，保护层受高于砂浆抗拉强度的拉伸，就会产生肉眼不能见的微裂缝；而可见裂缝变形量为微裂缝8倍，此时保护层虚拟抗拉应力为砂浆抗拉强度8倍。
标准规定保护层裂缝校核方法，采用相当6.4～8倍水泥砂浆抗拉强度的变形量或虚拟抗拉应力，只要内外负载产生的变形量或抗拉应力小于这个假设变形量或虚拟抗拉应力，保护裂缝校核就可以通过。
按这种观点推算，内压在实体管上要达到40Mpa以上保护层才出现可见裂缝；外压产生的拉应力大多数情况相当内压作用0.3～1.5Mpa之间，而通常管线设计内压总是低于2.5Mpa，所以在这样的假设条件下，计算校核总是通过，如同虚设。
3.2 中国标准采用保护层应变量设计参数4.0或5.0.中国行业标准CECS140:2011 给水排水工程埋地预应力混凝土管和钢筒混凝土管管道结构设计规程，采信美国标准观点，参照美国标准，设计了保护层应变量设计参数4.0及5.0。
也就是说，保护层能够承受的拉应力为保护层极限抗拉强度的4.0或5.0倍，只要内外负载作用下产生的拉应力不大于这个虚拟抗拉应力，保护层裂缝校核就算通过。
这个虚拟抗拉应力相应实体管内压约2.5Mpa以上；虽然较美国标准是提高了门槛，但大多数情况下，同样计算校核总是通过。
3.3 变形量假设观点是先天隐蔽性缺陷砂浆抗拉强度时的变形量8倍时才出现可见裂缝的假设，这是在尺寸相对较小的试块试验上，进行理想化处理才得到的一种结果，只能作为一种研究方法，不具有工程应用能力，在PCCP这样的大尺寸构件，更是不能简单采用。
实体管内压试验时，通常内压达到1.8Mp，就可看到可见裂缝出现，即内压1.8Mp时，变形迭加在几十分钟内就完成；运行管线因持续受内压作用, 0.8～1.0Mpa就处于危险（大人工河一期设计内压就是0.8～1.0Mpa，已爆裂5次）；美国、中国采信这个不切合事实的假设，实际上就放过了砂浆保护层先天隐蔽性缺陷。
4. 高内压、大口径的管线特别危险。
运行时高内压会使管道有小小的“膨胀“，膨胀量同内压成正比关系，同口径也成正比关系，所以高内压大口径的PCCP特别危险。
在保护层外做环氧树脂等涂层，对因膨胀而产生的裂缝，起不到有力阻止作用；同样，阴极保护也对膨胀而产生的裂缝，也不能有阻止作用。
可以说，PCCP 不合适在内压等于或大于0.8MPa 的工况下应用，特别是口径又在1.0米以上者。
美国PCCP失效研究报告(1)，对PCCP管道风险评估开发了简易评估和长整评估二个模式，前者对设计、制造、检验和运行管理等方面，提出5个问题进行访问、评分，而后者则提出了30多个问题。
项目组用长整评估模式对22条管线进行评估，检查长整模式的评估成绩。
评估结果是引人深思的。
得分低的管线有许多严重问题是自然的，但好奇的是那些得到高分的管线仍然经历了失效。
这是因为模式对每个问题的评分权重是一样的，实际上这些问题中可以有一个或几个，其他正面的分量不能覆盖它，它决定着失效的发生。
水务机构的思路是：有着特别的权重的问题是过度的水击压力。
检查它们的合同文件，作为设计条件的水击或水压试验，没有足够的考虑。
一致认为这两个问题是失效的“肇事者。
美国水务机构这个“一致认为”，为发现“较高内压是砂浆保护层产生裂缝最主要原因”作出了关键性的贡献。
当大用户明白了这件事，自然也就不再接受PCCP，美国PCCP开发商只能停产或关闭（1）。
5. 保守设计的低内压PCCP管线可以有很长寿命一定可以有寿命100年的PCCP。