新型鋼管冒水孔施工技術(shù)及工程應(yīng)用

周建東， 吳 盛， 曹馳宇， 華 臻

(1.江陰市水利工程公司， 江蘇 無錫 214400； 2.江陰市華士水利建設(shè)工程有限公司， 江蘇 無錫 214400；3.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司， 江蘇 南京 210006)

冒水孔作為水利護(hù)砌工程中的重要組成部分，具有排水減壓、保障護(hù)砌穩(wěn)定的重要作用，其施工成孔率將直接影響著護(hù)砌工程的質(zhì)量[1-3]。常見冒水孔施工工藝多為先鋪設(shè)1層砂石墊層，然后放置PVC管并用鋼筋做固定，或者在澆筑混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后采用鉆機(jī)鉆孔[4-5]。雖然PVC管材采購及制作均較為便捷，但其固定安裝困難，澆筑過程中易變形位移，影響表面觀感，一次性使用無法回收，施工成本相對較高[6-8]。鉆機(jī)鉆孔雖然不需要制作、安裝、拆除，節(jié)省澆筑前準(zhǔn)備和澆筑后的清理時(shí)間。但其開孔器開孔工作量太大，施工成本較高，開孔器固定需要打膨脹螺栓孔，容易造成混凝土表面二次污染[9]。本文提出一種新型的鋼管冒水孔施工裝置，通過該裝置部件構(gòu)成介紹其施工工藝及特點(diǎn)，總結(jié)相關(guān)施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)及保障措施，并應(yīng)用于某水利樞紐工程的冒水孔施工中，對冒水孔施工質(zhì)量進(jìn)行分析評價(jià)。為類似工程提供參考。

1 新型鋼管冒水孔工作原理及特點(diǎn)

用于冒水孔施工所用到的新型鋼管(圖1)，包括1個(gè)鋼管主體、2根圓鋼、1片頂部鋼蓋板和4個(gè)定位螺母。圓鋼由定位螺母固定在主體鋼管內(nèi)壁，用于冒水孔布置定位，可根據(jù)具體工程需要進(jìn)行拆卸或加長，便于后期鋼管拔除重復(fù)利用。頂部鋼蓋板用于避免主體鋼管內(nèi)灌入澆筑混凝土，提高冒水孔成孔率。通過對該施工技術(shù)原理分析可知，鋼管冒水孔具有材料強(qiáng)度高，澆筑過程中不會(huì)變形和位移，混凝土表面觀感均勻一致，安裝拆除方便，并且可以回收，類似工程均可反復(fù)使用，施工成本相對較低等特點(diǎn)。首次使用需要根據(jù)圖紙尺寸進(jìn)行制作加工，澆筑前埋設(shè)以及澆筑后拆除清理需要時(shí)間，工期影響較小。

圖1 新型鋼管部件組成示意圖

2 質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

冒水孔施工使用埋設(shè)鋼管，并要確保其質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵控制點(diǎn)在于定型冒水孔成品加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和拆除時(shí)成品保護(hù)質(zhì)量。

2.1 成品加工質(zhì)量控制

采購優(yōu)質(zhì)原材料，選用工地高水平的焊工師傅加工制作，保證鋼管冒水孔的制作質(zhì)量優(yōu)良，不但可以在本工地反復(fù)多次周轉(zhuǎn)使用不變形，還能夠在今后的類似冒水孔施工中繼續(xù)使用，物盡其用，最大限度地降低冒水孔施工成本。制作加工尺寸精準(zhǔn)，孔深控制不得大于±2%。

2.2 安裝質(zhì)量控制

安裝前應(yīng)對作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底；按照2 m×2 m的方格網(wǎng)，采用尼龍線在已澆筑成型的混凝土格梗上布置橫線和豎線；尼龍線應(yīng)拉緊，嚴(yán)格按照線的位置和高程精確埋設(shè)冒水孔；冒水孔垂直度偏差控制采用水平尺檢查，孔深偏差控制采用水準(zhǔn)儀抄平；安裝成型的冒水孔澆筑前要嚴(yán)格檢查，要求橫成排、豎成行、高平齊；定位桿鋼筋必須打嚴(yán)實(shí)，以保證澆筑過程中無晃動(dòng)、無位移、無升降。安裝精度控制在平面位置偏差不大于±10 cm。

2.3 成品保護(hù)質(zhì)量控制

待混凝土終凝時(shí)，逐一拔出移除鋼管；冒水孔內(nèi)按照設(shè)計(jì)圖紙要求灌填濾水材料；拔出鋼管時(shí)抓住2根定位桿旋轉(zhuǎn)、晃動(dòng)，同時(shí)緩慢垂直向上提拉，必要時(shí)用小錘輕輕敲擊松動(dòng)，嚴(yán)禁重錘和生拉硬拽破壞已澆筑成型的混凝土表面；拆除出的鋼管收集整理入庫留作反復(fù)循環(huán)使用。傾斜度偏差不大于±2%，優(yōu)良率不小于92%。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某水利樞紐工程位于錫澄運(yùn)河與長江交匯口處，主要包括總凈寬48 m節(jié)制閘、120 m3/s雙向泵站(裝機(jī)4臺(tái)套，單機(jī)設(shè)計(jì)流量30 m3/s)及附屬引河等工程，其中節(jié)制閘布置在東岸，泵站布置在西岸。本工程建設(shè)的主要目的是擴(kuò)大區(qū)域洪澇水外排長江出路，提高區(qū)域防洪除澇能力，兼顧區(qū)域供水和改善水環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。定波樞紐長江側(cè)引河護(hù)坡(圖2)及護(hù)底長度130 m，內(nèi)河側(cè)引河護(hù)坡及護(hù)底長度280 m，護(hù)坡及護(hù)底每4 m2設(shè)置1個(gè)冒水孔，共需設(shè)置5 800個(gè)冒水孔，設(shè)計(jì)直徑為10 cm的無砂混凝土塊體。

圖2 某樞紐閘站護(hù)砌工程布置圖

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

經(jīng)多次現(xiàn)場試驗(yàn)，最終確定冒水孔鋼管具體尺寸及細(xì)部構(gòu)造，本次冒水孔鋼管設(shè)計(jì)廣泛適用于15～20 cm厚度、冒水孔徑10 cm的素混凝土護(hù)底、護(hù)坡施工。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

(1)鋼管采用DN100壁厚4 mm鋼管，冒水孔鋼管高度20 cm；

(2)定位螺母為4只內(nèi)徑20 mm六角螺母；

(3)定位桿為2根長度60 cm直徑16 mm圓鋼，一般土質(zhì)60 cm長度可以固定鋼管，如果遇淤泥質(zhì)土定位桿長度可以視土質(zhì)情況適當(dāng)加長；

(4)頂部蓋板為3 mm厚鋼板，作用是防止?jié)仓r(shí)混凝土灌進(jìn)鋼管內(nèi)；

(5)螺母及鋼蓋板與鋼管點(diǎn)焊固定；

(6)根據(jù)項(xiàng)目護(hù)坡、護(hù)底每次澆筑工程量大小決定加工套數(shù)，本項(xiàng)目共加工100套。

3.3 實(shí)施過程

根據(jù)護(hù)底厚度尺寸切割好鋼管，鋼管長度為15 cm和20 cm，里面焊接4個(gè)螺母。并加工準(zhǔn)備拔出鋼管使用的圓鋼，在鋼管表面涂刷脫模劑防止生銹。安裝前對作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底，按照2 m×2 m的方格網(wǎng)，采用尼龍線在已澆筑成型的混凝土格硬上布置橫線和豎線。尼龍線應(yīng)拉緊，定位桿鋼筋應(yīng)打嚴(yán)實(shí)。待混凝土終凝時(shí)，逐一拔出移除鋼管。冒水孔內(nèi)按照設(shè)計(jì)圖紙要求灌填濾水材料，拆除的鋼管收集整理入庫留作反復(fù)循環(huán)使用。

3.4 應(yīng)用效果分析

對澆筑完成后的50個(gè)冒水孔，進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)體檢查。從素混凝土護(hù)底平面位置偏差、傾斜度偏差、孔深偏差3個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)，實(shí)測值與質(zhì)量控制目標(biāo)值對比詳見圖3～5。由圖3～5可知，平面位置偏差均不大于±10 cm；傾斜度偏差不大于±2%，優(yōu)良率不小于92%；孔深偏差均不大于±2%，冒水孔的施工質(zhì)量均達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值。

圖3 孔口平面位置偏差實(shí)測值與目標(biāo)值對比

圖4 孔口傾斜度偏差實(shí)測值與目標(biāo)值對比

圖5 孔口深度偏差實(shí)測值與目標(biāo)值對比

4 結(jié) 語

通過對某樞紐護(hù)坡工程中新型鋼管冒水孔施工技術(shù)的成功應(yīng)用，論證其施工可行性，可有效提高冒水孔成孔率，其素混凝土護(hù)底平面位置偏差、傾斜度偏差、孔深偏差均能滿足設(shè)計(jì)要求，從而保證相關(guān)護(hù)砌工程質(zhì)量。本次應(yīng)用不僅積累了冒水孔的施工經(jīng)驗(yàn)，還推動(dòng)了水利施工技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，為提高冒水孔施工技術(shù)及質(zhì)量提供了新方法、新思路。