排水管道噴涂技術(shù)結(jié)構(gòu)性修復(fù)施工的應(yīng)用研究

安旭 何威

1.中國建筑第七工程局有限公司 河南 鄭州 450000 2.燕山大學(xué) 河北 秦皇島 066004

引言

隨著市政管線負(fù)荷量的不斷增大，早期建設(shè)的排水管道變形、開裂等現(xiàn)象時有發(fā)生，已無法滿足城市雨污水排放的需求。按傳統(tǒng)的明挖施工方法，不僅需對大量的土方進(jìn)行開挖，管道的更換施工成本較高，如遇管道開挖處處于居民住宅、鐵路或市政道路下，拆遷或交通阻礙等影響代價將更大。

國內(nèi)對聚氨酯噴涂法的研究大多處于防腐與防水階段，大多忽略了聚氨酯材料自身的結(jié)構(gòu)性。聚氨酯材料具有一定的抗張和抗彎強(qiáng)度，屬于半結(jié)構(gòu)性材料，可以與管道共同承受來自常規(guī)的工作壓力和外部荷載。何威等人在聚氨酯噴涂法在排水管道修復(fù)中的應(yīng)力分析與應(yīng)用中明確闡述了聚氨酯在管道噴涂前后的應(yīng)力變化情況，劉柯夫等人也提出快速固化聚氨酯噴涂內(nèi)襯技術(shù)在修復(fù)給水管道的應(yīng)用，郭健也開發(fā)出一種非開挖管道修復(fù)用聚氨酯固化體系。

本文在此基礎(chǔ)之上，提出聚氨酯噴涂施工操作工藝及要點(diǎn)，利用聚氨酯提高管道的耐壓、耐腐蝕性能的同時，也考慮排水管道修復(fù)時聚氨酯材料的結(jié)構(gòu)性，以延長管道的使用壽命，同時免了傳統(tǒng)明挖施工所帶來的成本較高、破壞道路、影響交通、周期長等諸多問題，有著更好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1 工程概況

依托工程為寶能科技城（寶華一期）A-06-02地塊施工總承包工程，位于貴州省貴陽市雙龍航空港經(jīng)濟(jì)區(qū)，龍路以東、龍洞堡大道以南、西南環(huán)線以北處，本項目建筑主要為商業(yè)及辦公樓，總用地面積約6萬m2，總建筑面積約25萬m2。

施工過程中，項目臨近的部分市政排水管道，因施工引起的道路路段發(fā)生不均勻沉降，致使該路段區(qū)域（563m）管道局部出現(xiàn)不同程度的破裂現(xiàn)象，管道管徑為1800mm。為保證項目施工進(jìn)度及成本，經(jīng)本項目技術(shù)管理人員溝通，采用聚氨酯噴涂技術(shù)對該段管道進(jìn)行修復(fù)。

2 模型建立

2.1 模型構(gòu)建

采用ANSYS有限元軟件對埋地管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，以便更加精確的得出聚氨酯噴涂前后的受力情況。

根據(jù)彈性層狀理論體系和車輛荷載的作用方式，整體計算模型可采用如圖1所示。

3 施工工藝流程與操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

圖2 施工工藝流程圖

圖1 管道-瀝青路面計算模型

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

1 作業(yè)條件及人員準(zhǔn)備

收集道路周邊管線的類型及分布等資料部署施工，同時，根據(jù)工程量大小，配備相應(yīng)的管理人員及施工工人，對特殊工序要求工人持證上崗。

2 機(jī)具及材料準(zhǔn)備

作業(yè)人員明確管道所在位置及所須噴涂的聚氨酯厚度，準(zhǔn)備噴涂機(jī)、沖擊鉆、噴槍、扳子等相關(guān)機(jī)具，并檢查機(jī)具符合要求，同時，計算水溶性聚氨脂（A組分）、油性聚氨酯（B組分）、水不漏、水泥等材料用量，充分準(zhǔn)備施工材料，保證現(xiàn)場順利實(shí)施。

3 作業(yè)條件準(zhǔn)備

運(yùn)行時間較為長久的地下管道，通常存在淤泥沉積和污水滯留，且管道通風(fēng)不暢，地下管道中一般會產(chǎn)生硫化氫、甲烷等有害氣體。另外，城市道路地下管線錯綜復(fù)雜，城市燃?xì)夤艿赖葰怏w泄露可能會擴(kuò)散到排水管道中。若施工人員貿(mào)然進(jìn)入管道會對人身安全構(gòu)成危害，因此必須對管道通風(fēng)處理。

工程開工前，首先開啟作業(yè)井及其上下游的井蓋進(jìn)行自然通風(fēng)，通風(fēng)時間約為2h；自然通風(fēng)后再利用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。通風(fēng)完成后，使用氣體探測儀探測管道內(nèi)的有害氣體含量，檢測合格后施工人員才能進(jìn)行后續(xù)修復(fù)工作。

3.2.2 堵水、清淤

堵水是管道聚氨酯噴涂非開挖修復(fù)重要的預(yù)處理措施，應(yīng)避開雨天進(jìn)行施工，避免出現(xiàn)大面管道堵水情況。排水管道在長期的運(yùn)行中，會存在大量的污泥、垃圾等沉積物，修復(fù)時需要對污泥、垃圾等進(jìn)行清除。可采用人工清理和機(jī)械清淤相結(jié)合的方式。當(dāng)沉積物較少時，主要采用大流量水沖洗，輔以人工清理；當(dāng)沉積物較多時，采用人工進(jìn)入管道進(jìn)行清淤的方法。

3.2.3基層處理

采用化學(xué)灌漿止水后粘貼防腐材料對管道內(nèi)漏水點(diǎn)依次進(jìn)行修補(bǔ)；管道內(nèi)表面破損部位剔鑿清洗干凈，釘掛鋼絲網(wǎng)并使用快干水泥進(jìn)行人工修復(fù)平整，保證修復(fù)處不得出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

3.2.4 噴涂施工

根據(jù)計算聚氨酯噴涂厚度確定的聚氨酯噴涂量，將聚氨酯A、B兩種組分水性聚氨酯與油性聚氨酯分開放入加熱器中加熱到50℃，預(yù)熱時間約4小時。材料預(yù)熱結(jié)束后，將聚氨酯A、B兩種組分按2.5：1（體積比）的比例均勻混合。

首先試噴涂5～10s，排出聚氨酯組分瓶和噴槍內(nèi)的空氣和雜質(zhì)。每次正式噴涂前，都需要在施工現(xiàn)場先噴涂一塊標(biāo)準(zhǔn)樣塊，現(xiàn)場噴涂試驗(yàn)結(jié)束后，待噴涂成型的材料冷卻，由建設(shè)單位、監(jiān)理單位等單位檢查驗(yàn)收其噴涂的厚度、色澤和光滑度是否滿足要求。

若不滿足要求，表明材料的預(yù)熱時間或噴涂設(shè)備所設(shè)置的參數(shù)不滿足設(shè)計要求，應(yīng)進(jìn)行檢查核對，并再次進(jìn)行噴涂試驗(yàn)直至符合要求。若滿足要求，將樣塊留樣備案并對工人進(jìn)行交底，將噴涂機(jī)轉(zhuǎn)移至管道中進(jìn)行對照噴涂。

噴涂工人采用噴槍對管道內(nèi)表面進(jìn)行噴涂，采取快速掃噴方式，間隔時間根據(jù)環(huán)境溫度不同，以表干時間為準(zhǔn)，噴涂施工應(yīng)分層多次完成：第一層為打底噴涂，厚度不宜過厚，每1mm厚膩?zhàn)訃娡?遍為宜，走槍速度設(shè)置為40～60cm/s，然后進(jìn)行后續(xù)分層噴涂，噴涂的最佳壓力應(yīng)設(shè)置0.7～0.75MPa，噴涂距離應(yīng)保持在15～20cm，噴槍應(yīng)垂直于待噴基底。聚氨酯涂層10s即可形成膠體，30～60min后可恢復(fù)使用，4～6h后完全固化。

3.3 質(zhì)量要求

3.3.1 檢查標(biāo)準(zhǔn)

鑒于本文采用材料為新型材料，目前國內(nèi)無明確檢查標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可參考借鑒《樹脂澆鑄體拉伸性能試驗(yàn)方法》GB/T 2568-1995、《色漆和清漆 耐磨性的測定 旋轉(zhuǎn)橡膠砂輪法》GB/T 1768-2006、《橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗(yàn)方法》GB/T531-1999、《樹脂澆注鑄體彎曲性能試驗(yàn)方法》GB/T 2570-1995及本工程材料所參考的美國實(shí)驗(yàn)與材料協(xié)會（ASTM）D7234及D4542。

3.3.2 檢查程序

班組自檢→班組互檢→班組交接檢查→項目部工長檢查→項目部專職質(zhì)檢員檢查→監(jiān)理工程師檢查。

班組提前兩小時申報，同時要說明申報部位和班組檢查情況，然后向?qū)I(yè)工長報驗(yàn)，合格后向技術(shù)質(zhì)量部專職質(zhì)檢員申報，專職質(zhì)檢員檢查合格后申報監(jiān)理單位，過程中嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量驗(yàn)收一票否決制，不合格部位堅決返工，直至驗(yàn)收合格。

3.3.3 檢查內(nèi)容

管道噴涂完畢后要進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收項目主要包括外觀、噴涂厚度、粘結(jié)強(qiáng)度和噴涂材料的力學(xué)性能檢查。

（1）外觀檢查

噴涂后采用觀察法對噴涂管道質(zhì)量進(jìn)行評定，檢查標(biāo)準(zhǔn)為噴涂材料和管道之間無任何間隙，噴涂材料無脫落和坍塌，材料表面均勻、連續(xù)、光滑，無肉眼可以觀察到的氣泡、水泡，整個噴涂表面未出現(xiàn)任何形式的裂縫。

（2）噴涂厚度檢查

噴涂厚度的檢查方式可分為兩種。一種是從噴涂工程上取樣檢查，利用超聲波檢測儀檢查所取樣品的厚度；另外一種是采用預(yù)先設(shè)置計量釘來校驗(yàn)噴涂的厚度。

聚氨酯噴涂厚度偏差要求為[-0.1,+0.1]范圍內(nèi)。

（3）粘結(jié)強(qiáng)度檢查

噴涂材料和原結(jié)構(gòu)體的的粘結(jié)可以通過工程上采集樣品來檢查，鑒于目前國內(nèi)無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可參考借鑒美國實(shí)驗(yàn)與材料協(xié)會（ASTM）D7234及D4542。

（4）力學(xué)性能檢查

在工程驗(yàn)收方認(rèn)為須進(jìn)行力學(xué)性能檢查，噴涂材料的物理特性可取樣由建設(shè)單位委托的第三方單位檢查，物理特性的取樣樣本在實(shí)際噴涂過程管道中取得。

4 綜合效益

4.1 社會效益

排水管道的修復(fù)施工具有較高的隱蔽性，其過程控制往往比一般地上結(jié)構(gòu)的修復(fù)更為復(fù)雜，更容易造成質(zhì)量隱患。如若處理不當(dāng)，就會產(chǎn)生各種質(zhì)量事故，可能使得項目工期、成本、質(zhì)量、安全方面等造成重大損失。

本文所講述的聚氨酯噴涂在排水管道非開挖修復(fù)中的施工方法，可保證排水管道修復(fù)質(zhì)量，避免了傳統(tǒng)明挖產(chǎn)生的交通堵塞、揚(yáng)塵、噪音等現(xiàn)象，為市民的生產(chǎn)生活營造了良好的環(huán)境，獲得參建單位及政府監(jiān)察部門的一致好評，可為項目創(chuàng)造良好的社會效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

本工程中，管道修復(fù)長度為563m，管道頂距路面1m。明挖更換管道及聚氨酯噴涂修復(fù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對比如下：

4.2.1 明挖法施工

管道材料費(fèi)：563×850（元/m）=578550元；

考慮兩側(cè)放坡1：0.5，管道開挖土方量為：（2.4+5.2）×2.8×563=11980.64m3；

本項目運(yùn)距1Km以內(nèi)土方開挖全費(fèi)用單價為13元/m3，則需花費(fèi)：11980.64×13=155748.32元；

保守估計明挖施工花費(fèi)為：578550+155748.32=734298.32元。

4.2.2 聚氨酯噴涂

根據(jù)本項目要求，聚氨酯噴涂3mm的單價為980元/m，其中含人、機(jī)、料、稅及安全文明施工等。則所須花費(fèi)：563×980（元/m）=551740元。

相較與明挖法施工，則采用聚氨酯噴涂施工直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：

734298.32 -551740=182558.32元。

同時，聚氨酯噴涂管道修復(fù)施工，每人每天可噴涂30m，兩個人同時作業(yè)，10天內(nèi)即完成本項目的修復(fù)施工，且質(zhì)量有保證。且聚氨酯噴涂施工，避免了破壞路面、阻礙交通、住宅拆遷、施工周期長等問題，間接經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)語

本文所講述的排水管道噴涂技術(shù)結(jié)構(gòu)性修復(fù)施工方法，不僅利用了聚氨酯材料的抗張和抗彎，充分發(fā)揮了聚氨酯材料的結(jié)構(gòu)性能，同時，也充分利用看聚氨酯材料的防腐與防水性能，發(fā)揮了材料環(huán)保、便攜、高效等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。