鑄鐵管破損原因分析及大口徑鑄鐵管搶修方法

李立新

文章編號(hào)：2095-6835（2016）07-0125-02

摘 要：自引黃入并以來，供水管網(wǎng)的W徑由原來最大DN1000發(fā)展為DN2200.當(dāng)管道發(fā)生故障時(shí)，搶修方式也發(fā)生了巨大的變化。結(jié)合近幾年的搶修實(shí)踐，就大口徑供水管道搶修過程中出現(xiàn)的問題提出了一些預(yù)防措施，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：鑄鐵管；破損原因；搶修方法；大口徑供水管道

中圖分類號(hào)：TU991.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.125

20世紀(jì)90年代起，城市供水管材發(fā)生了很大變化，由以過去預(yù)應(yīng)力混凝土管和灰口鑄鐵管為主的供水管材逐漸變?yōu)榱巳缃袷褂玫腜VC、ABS、PE、球墨鑄鐵管、鋼管等多種管材混合使用的供水管，而各式各樣的維修材料給管道維修部門帶來了許多困擾。

本文簡(jiǎn)要論述了鑄鐵管破損的原因和鑄鐵管搶修方法及其注意事項(xiàng)，并闡述了大口徑鑄鐵管搶修措施，以便在大口徑供水鑄鐵管發(fā)生事故時(shí)能采取合理的方法修復(fù)。

1 鑄鐵管破損原因

1.1 灰口鑄鐵管破損的原因

灰口鑄鐵管剛性強(qiáng)，但是，灰口鑄鐵性脆易斷裂。除了材料自身質(zhì)量和使用年限的問題外，灰口鑄鐵管破損主要有承口裂損、管身環(huán)向斷裂、管身軸向裂損3種情況。DN400以上的灰口鑄鐵管以承口裂損為主。造成承口裂損的原因大多是管地基不均勻沉降所致，或因管溝內(nèi)有舊建筑物，構(gòu)筑物基礎(chǔ)薄弱，在鋪設(shè)管道時(shí)沒有處理造成的。

1.2 球墨鑄鐵管破損的原因

球墨鑄鐵管作為一種新型供水管材已經(jīng)使用了20多年。球墨鑄鐵管采用的是橡膠圈柔性接口，所以，因管地基不均勻沉降而導(dǎo)致的承口部位裂損和漏水的概率極小。造成球墨鑄鐵管破損和漏水的原因主要有以下幾點(diǎn)。

1.2.1 外力造成的破損

城市道路施工、其他部門地下管線施工時(shí)，施工機(jī)械會(huì)損壞供水管。雖然有些損傷當(dāng)時(shí)沒有引發(fā)漏水的問題，但隨著時(shí)間的推移，它會(huì)逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏的情況。

1.2.2 施工質(zhì)量問題造成的破損

案例：某供水管道工程安裝了DN400球墨鑄鐵管，此管路過某一建筑施工工地通道路口。為了施工方便，在路口預(yù)埋了球墨鑄鐵管。待全部管道安裝完成進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，壓力升不起來，經(jīng)過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)埋管漏水了。挖出該管后發(fā)現(xiàn)，DN400管身中段下方有1塊約50 mm的硬石塊，該石塊有1/2已經(jīng)嵌入了管壁內(nèi)，這正是漏水處。究其原因，是施工倉促，下管前未認(rèn)真清理溝槽槽底，回填后，在重荷載作用下，因?yàn)槭瘔K的存在而導(dǎo)致管道受損。

當(dāng)前，在城市快速改造的環(huán)境下，不注意施工質(zhì)量，管道遇到溝槽內(nèi)的建筑基礎(chǔ)或構(gòu)筑物和其他硬物時(shí)，工作人員不認(rèn)真處理而將就鋪設(shè)的情況屢見不鮮。這樣給管道運(yùn)行埋下了嚴(yán)重的安全隱患。

1.2.3 安裝橡膠圈接口時(shí)強(qiáng)力對(duì)口

在安裝橡膠圈接口時(shí)，橡膠圈在承口內(nèi)受凹槽限制不能移位，橡膠圈在插口的擠壓下緩慢變形，利用其彈性密封。安裝時(shí)，如果插口推入速度過快，橡膠圈則來不及完全變形就會(huì)被撕裂。另一種情況是，在安裝橡膠圈時(shí)，兩管軸線不在一條直線上，對(duì)口時(shí)橡膠圈端面受力不均勻，推入插口時(shí)阻力增大。此時(shí)，不論速度快與慢，都容易造成橡膠圈損傷。密封處的橡膠只要有一點(diǎn)相連就不會(huì)漏水，待橡膠逐漸失去彈性后裂損擴(kuò)大就會(huì)導(dǎo)致管道漏水。

1.2.4 管道豎向變形超規(guī)范規(guī)定

在安裝大口徑管和回填土?xí)r，不注意控制管道的豎向變形也會(huì)導(dǎo)致接口漏水，嚴(yán)重的還會(huì)損壞管道結(jié)構(gòu)。當(dāng)管道豎向變形超過3%接近5%時(shí)，管內(nèi)壁水泥砂漿防腐層就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，而水通過裂隙到達(dá)管壁滲入與管壁剝離的水泥砂漿間的縫隙中，水泥砂漿就會(huì)失去防腐作用；當(dāng)變形達(dá)10%時(shí)，局部水泥砂漿剝落，會(huì)損壞管體結(jié)構(gòu)。當(dāng)管道安裝完成后，經(jīng)過試壓、沖洗、消毒和試運(yùn)行等，管道的變形會(huì)隨著管內(nèi)壓力的變化而變化。這樣就會(huì)加劇脆性砂漿的裂損程度，進(jìn)一步破壞防腐結(jié)構(gòu)，給大口徑管的運(yùn)行埋下安全隱患。

2 鑄鐵管破損常用修復(fù)方法

鑄鐵管破損漏水的搶修方法很多，常用的有以下幾種。

2.1 切除替換

切除損壞部分，用短管替換損壞部分，再用管箍連接，用石棉水泥密封接口。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，切斷原管后，由不均勻沉降引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象將不存在，新連接的管件有三四個(gè)連接處，不會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力集中點(diǎn)。另外，更換的管材和管件與原管是同一種材料，強(qiáng)度和耐腐蝕性一樣，所以，能夠保證管道有較長(zhǎng)的使用壽命。這種方法安全可靠，適用于不均勻沉降嚴(yán)重，造成管道斷裂的地段。根據(jù)幾十年的觀察，采用這種方法修復(fù)的管道幾乎沒有再損壞。隨著材料的發(fā)展和變化，原有的配套材料退出市場(chǎng)，無處找尋。遇到這種情況時(shí)，雖然可以用鋼制材料代替鑄鐵材料，但是，一定要做好鋼管的防腐工作。

2.2 卡箍（哈夫節(jié)）

卡箍是一種取代速連管箍而使用的快速堵漏接頭，因?yàn)樗哂胁僮骱?jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、搶修時(shí)間短的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工程中。

在使用卡箍時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：①卡箍配用的緊固螺栓大都是鋼制螺栓，將其埋入土中后，如果不采取長(zhǎng)期、有效的防腐措施，螺栓一旦腐蝕斷裂，就會(huì)引發(fā)漏水事故。此時(shí)，密封用的橡膠墊因長(zhǎng)期擠壓?jiǎn)适椥?，更換螺栓也不能實(shí)現(xiàn)密封，只有更換密封墊或卡箍。②直徑為500 mm以上的卡箍質(zhì)量比較大，安裝完成后，其管上部分橡膠受到的擠壓壓力比下部分受到的擠壓壓力大，再加上回填土的壓力，使用一段時(shí)間后，上部橡膠就會(huì)喪失彈性。因此，在地基不均勻沉降造成承插接口漏水的地方，或相對(duì)角變位明顯的管道接口處使用卡箍時(shí)要慎重。③管外徑的差異、管橫斷面圓度差異、卡箍生產(chǎn)規(guī)格、密封橡膠質(zhì)量和配合差異、卡箍變形較大等問題都可能引發(fā)密封不嚴(yán)的問題。所以，在這種情況下，不可勉強(qiáng)使用卡箍。④安裝了卡箍后，卡箍下方的土一定要回填密實(shí)。⑤在重要路段，地面荷載大、震動(dòng)大的地段，重要建筑附近，盡量不要使用卡箍。

3 大口徑鑄鐵管搶修操作

下面，以DN2000球墨鑄鐵管為例，簡(jiǎn)要敘述了其搶修時(shí)的相關(guān)內(nèi)容。大口徑管搶修工程量大，工作難度大。當(dāng)鋼制管箍焊接完成后，如何確保石棉水泥接口密封的質(zhì)量呢？

連接大口徑鋼制管箍石棉水泥接口時(shí)要注意3個(gè)問題：①確定管道的豎向變形量；②正確選用水泥；③正確操作。

3.1 確定管道豎向變形量

柔性大口徑管都有豎向變形的可能，只有確定變形量，才能順利完成搶修施工。具體做法是：待管頂土挖到一定程度后，取2根直管緊貼管外側(cè)垂直插入土中。吊線調(diào)垂直，量取兩桿之間的尺寸，確定變形量，設(shè)法調(diào)整鋼箍形狀。

3.2 選用水泥

在水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中，與管道搶修有關(guān)的是水泥的有效期、標(biāo)號(hào)、初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。在此，確定有效期能保正水泥的有效性，而且其存放也應(yīng)符合存放條件。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下，使用標(biāo)準(zhǔn)方法制成的水泥試塊28 d就可達(dá)到規(guī)定的抗壓強(qiáng)度，425號(hào)相當(dāng)于425 kg/cm2，42.5號(hào)是42.5 MPa。初凝時(shí)間主要是指水泥加水拌和起至水泥漿開始失去塑性所需的時(shí)間。在初凝時(shí)間內(nèi)，水泥具有一定的可塑性。終凝時(shí)間是指水泥加水拌和起至水泥漿完全失去塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，受外力的作用，水泥開裂無法形成整體，結(jié)構(gòu)遭到破壞而無法使用。

在管道搶修的實(shí)際工作中，曾使用過多種水泥，其性能和使用情況如下。

3.2.1 硅酸鹽水泥

這種水泥的初凝時(shí)間不得少于45 min，終凝時(shí)間不得超過390 min。這種水泥在灰口鑄鐵管安裝工程中使用得最多，接口安裝完成24 h后即可進(jìn)行水壓試驗(yàn)。在以往的搶修工作中，也將24 h作為通水時(shí)限。

3.2.2 氯化鈣

將水泥用量的2%的氯化鈣作為速凝劑，用熱水溶化，水量為拌和水泥的實(shí)際用水量。用氯化鈣溶液拌和石棉水泥時(shí)速度要快，邊拌邊打，拌好的灰10 min內(nèi)要用完。如果操作得當(dāng)，12 h后便可恢復(fù)供水。

3.2.3 速凝水泥

速凝水泥是一種快速堵漏材料，加水和成面團(tuán)狀，幾分鐘內(nèi)凝固。近些年，在搶修過的漏水管道中發(fā)現(xiàn)，有些接口就是使用了這種材料而出現(xiàn)了漏水的問題。速凝水泥凝固快，分次填入承口的水泥不能黏合在一起，有分層和間隙，使用時(shí)因?yàn)椴荒苣泶颍軐?shí)度不足。另外，水泥中沒有抗拉纖維，當(dāng)承口受到震動(dòng)、擠壓時(shí)，承口內(nèi)的水泥碎裂，進(jìn)而引發(fā)泄漏事故。

3.2.4 425號(hào)硫鋁酸鹽快硬水泥

這種水泥的初凝時(shí)間不少于15 min，終凝時(shí)間不得超過180 min。近些年，在搶修D(zhuǎn)N600—DN1000管道的過程中，使用這種水泥會(huì)出現(xiàn)漏水的情況。分析其原因，主要有以下幾點(diǎn)：①工作人員不了解這種水泥的性能，不知這種水泥的初凝時(shí)間；②拌灰時(shí)間長(zhǎng)，拌灰量大，拌好的灰放置時(shí)間長(zhǎng)；③填麻不密實(shí)，麻沒有起到止水的作用；④最里層的水泥填打不密實(shí)。

從上述分析中可以看出，在搶修過程中，選用水泥時(shí)應(yīng)綜合考慮管徑、操作時(shí)間、操作難易程度和使用環(huán)境等多方面因素。在此，不可一味縮短停水時(shí)間，忽略所用材料的性能。如果這樣做，則需要返工，反而會(huì)延長(zhǎng)搶修時(shí)間。

3.3 搶修操作

大口徑管搶修宜使用鋼制管箍，水泥選用425硅酸鹽水泥，操作完成后18～20 h通水。在操作過程中，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：①在調(diào)整承口間隙時(shí)，應(yīng)使用較寬的鏨子，不可過度用力，防止鏨子傷到球墨鑄鐵管。②在填麻時(shí)，麻辮擰緊后的直徑應(yīng)為承口間隙的1.5～1.8倍，邊填打邊，根據(jù)間隙增減麻的數(shù)量。多人操作時(shí)，要互相照應(yīng)，均勻地將麻填打進(jìn)承口，防止結(jié)節(jié)。③在拌灰時(shí)，拌灰速度要快，邊用邊拌，不可一次大量拌灰，以免水泥失效。④在捻口時(shí)，第一遍灰填至承口的1/2，然后迅速捻打密實(shí)。第二遍灰再填剩余的1/2，并捻打密實(shí)。第三遍與第二遍一樣，第四遍則可填滿捻打，直至完成全部操作。在操作過程中，不可使用落地灰。⑤對(duì)于護(hù)口，要防止工作坑內(nèi)的水浸泡接口。鑒于此，可使用硬膠泥護(hù)口，不要用落地水泥灰和泥護(hù)口，也不要使用含水量大的泥土護(hù)口。

4 結(jié)束語

綜上所述，在工作過程中，只有充分了解管道損壞的原因，熟悉各種維修材料的性能，才能根據(jù)不同的環(huán)境和條件正確選用管道維護(hù)和搶修方法。

〔編輯：白潔〕