混凝土全包封輸水管道施工技術(shù)及應(yīng)用

王天翼 趙志峰 王小征

(北京翔鯤水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 100192)

在混凝土全包封輸水管道施工過程中，管道安裝精度要求高、施工難度大，目前國內(nèi)普遍做法為用混凝土支墩控制管道安裝位置，此種方法包封混凝土支墩一旦澆筑成型，安裝的精度就很難調(diào)整，并且支墩形式及精度很難控制，也不足以保證鋼管施工時的安全性。本技術(shù)利用長方體塊狀混凝土支墩承重，采用穩(wěn)管鋼支架進行穩(wěn)管，可以提高管道安裝質(zhì)量、保證施工安全，在工程中經(jīng)過實際應(yīng)用，效果良好，受到業(yè)主的高度評價。北京市南水北調(diào)配套工程河西支線明挖工程中應(yīng)用了混凝土全包封輸水管道施工技術(shù)進行管道安裝，實踐證明，該技術(shù)確實提高了管道安裝質(zhì)量、縮短了施工工期、保證了施工安全。2018年9月4日鋼管全包封混凝土澆筑穩(wěn)管支撐結(jié)構(gòu)獲實用新型專利授權(quán)。該技術(shù)成果在北京市南水北調(diào)配套工程東干渠亦莊調(diào)節(jié)池工程中應(yīng)用，受到業(yè)主的高度評價，具有較高的推廣應(yīng)用價值。

1 工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程河西支線工程大寧水庫—小清河段管道鋪設(shè)(ZY0+000～ZY2+634),明挖段管道全長共計2235m。鋼管采用C25混凝土全包封結(jié)構(gòu)，管道直徑為2600mm，鋼管材質(zhì)為Q235C，鋼管壁厚20mm,采用鋼筋混凝土全包封結(jié)構(gòu)，包封厚度600mm。

2 技術(shù)原理

本施工技術(shù)利用混凝土支墩承重，采用穩(wěn)管鋼支架進行穩(wěn)管。將混凝土支墩制作成長方體塊，用于鋼管承重，現(xiàn)場便于施工。穩(wěn)管鋼支架用于固定和調(diào)節(jié)管道的橫向位置，穩(wěn)管鋼架與鋼管處制作一與鋼管同弧度接觸面。為保障鋼管的安裝精度，將精度的兩個參數(shù)高程和軸線位置分開控制。長方體支墩調(diào)整高程，穩(wěn)管支架對其軸線位置進行限定，可以防止鋼管安裝過程中滾動并且可靈活調(diào)整鋼管的位置，便于鋼管安裝。

3 流程及操作要點

3.1 工藝流程

澆筑混凝土支墩、布置穩(wěn)管支架→吊裝入槽(不摘鉤)→定位→鋼管焊接→撤出澆筑倉兩側(cè)穩(wěn)管支架→鋼筋安裝→模板安裝→混凝土澆筑→養(yǎng)護。

3.2 澆筑混凝土支墩、布置穩(wěn)管支架

混凝土支墩作為鋼管的主要承重結(jié)構(gòu)，尺寸為1.8m×0.28m×0.58m(長×寬×高)，支墩位置調(diào)整至距鋼管口端部1.5m處，混凝土支墩水平間距3.0m，見圖1。支墩頂部墊一層橡膠墊以保護鋼管防腐涂層，待鋼管對口精調(diào)完成后取掉橡膠墊。

圖1 支墩正視圖及側(cè)視圖 (單位:m)

考慮到鋼管安裝時的安全性，在鋼管兩側(cè)設(shè)計兩組穩(wěn)管支架作為穩(wěn)管措施。穩(wěn)管鋼架采用14號槽鋼制作，與鋼管接觸面用鋼管制作成圓弧面，槽鋼及鋼管之間全部采用焊接方式連接，且鋼管上設(shè)置10mm木板(圓弧面)，再在其木板上鑲釘10mm厚橡膠板。具體設(shè)計尺寸及制作形式見圖2。

圖2 穩(wěn)管支架正視圖及側(cè)視圖 (單位:m)

每根鋼管安裝需要兩組穩(wěn)管支架，分別放置在鋼管兩側(cè)靠近支墩內(nèi)側(cè)。其具體放置位置見圖3。把兩組穩(wěn)管支架按照設(shè)計位置放在鋼管兩側(cè)，穩(wěn)管支架中點與管軸線投影位置重合，穩(wěn)管支架的兩托架水平凈距為2.0m。

圖3 支墩及穩(wěn)管支架布置圖 (單位:m)

3.3 吊裝入槽

每根鋼管設(shè)置兩個吊點，每個吊點位置為距管道兩端的三分之一處。用吊車將鋼管吊運至設(shè)計位置，放在兩個支墩上(先不摘除吊鉤)，并用穩(wěn)管支架限定其軸線位置，待鋼管穩(wěn)定后摘鉤。

3.4 定位

吊車吊運鋼管時，指揮人員嚴(yán)格控制鋼管就位位置，一次將鋼管縱向位置調(diào)整到位，局部縫隙采用2個5t手拉葫蘆進行微調(diào)?？v向位置調(diào)整完成后調(diào)整高程位置，采用2個5t千斤頂將鋼管輕微頂起，調(diào)整到位后在支墩上墊厚度適宜的橡膠墊。再通過穩(wěn)管支架上的對拉螺栓固定托架以固定鋼管的橫向位置，調(diào)整到位后，復(fù)測符合要求后將相鄰鋼管點焊。

3.5 鋼管焊接

相鄰管口之間采用手工電弧焊、雙“V”形坡口焊接，首先在坡口內(nèi)側(cè)進行焊接，完成后外側(cè)采用碳刨刨出6mm深、10mm寬的“V”行坡口，再進行外側(cè)焊接。焊接前進行焊接工藝試驗，經(jīng)試驗確定后的最佳焊接方式為：內(nèi)側(cè)焊三遍(打底、填充、蓋面)，外側(cè)焊兩遍(打底、蓋面)。

3.6 撤出澆筑倉兩側(cè)穩(wěn)管支架

鋼管焊接完成以后，撤出先澆筑混凝土倉(12m一倉)內(nèi)的鋼架，兩側(cè)倉內(nèi)鋼架不撤出，待先澆筑倉內(nèi)的混凝土達(dá)到設(shè)計強度70%后再撤出兩側(cè)倉內(nèi)的鋼架，用于下一批鋼管安裝。

3.7 鋼筋安裝

a.鋼筋安裝前熟讀圖紙，核對成品鋼筋的鋼號、直徑、形狀、尺寸和數(shù)量等是否與設(shè)計要求一致。如有錯漏，及時糾正增補。

b.按設(shè)計要求，準(zhǔn)確放樣劃線定位，編制或設(shè)計鋼筋的安裝順序。

c.除預(yù)先埋設(shè)在支墩底部的鋼筋外，其余鋼筋依據(jù)設(shè)計圖紙要求安裝，外圈環(huán)向筋間隔倒置，以錯開焊縫位置，保證鋼筋強度。

d.鋼筋安裝完成后在鋼筋與模板之間設(shè)置C25混凝土墊塊，以保證混凝土50mm保護層的厚度。墊塊應(yīng)相互錯開，分散布置。

3.8 模板安裝

包封混凝土采用普通鋼模板和定型模板組裝而成。一次澆筑成型，側(cè)模板采用P6012模板，倒角起點處采用135°角定型模板，倒角以上采用P6012普通鋼模板。兩側(cè)斜邊模板每隔2m留出一個260mm×260mm的下料口，以方便混凝土澆筑。模板要有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性。拼裝前要涂上脫模劑，涂刷要均勻。

3.9 混凝土澆筑

3.9.1 澆筑方法

包封混凝土采用跳倉法澆筑，每倉澆筑長度根據(jù)設(shè)計圖紙要求為12m。分縫材料采用閉孔泡沫板，待模板拆除后黏貼或用水泥釘固定在端頭混凝土面上。

包封混凝土使用混凝土灌車配合泵車進行，采用汽車泵泵送入倉。為了減小混凝土浮力及其他作用力對模板及鋼管的影響，混凝土采用分層法澆筑，每層澆筑厚度為30～40cm；嚴(yán)格控制澆筑速度，在混凝土澆筑至鋼管四分之一高度時放緩澆筑速度，每小時澆筑高度不大于1m?；炷敛捎貌迦胧秸駬v棒進行垂直振搗，插點均勻排列、逐點移動、順序進行，避免漏振與過振。振搗棒在每一插點上的振搗延續(xù)時間，以混凝土不顯著沉落、不出現(xiàn)氣泡、表面泛漿并不產(chǎn)生離析為度，振搗控制時間為25～30s，要快插慢拔。

3.9.2 抗浮措施

混凝土澆筑過程中為防止漂管現(xiàn)象，進行抗浮計算，并采取相應(yīng)措施。澆筑時混凝土上升速度控制在1m/h之內(nèi)，以減少澆筑過程中產(chǎn)生的浮力，鋼管在澆筑過程中產(chǎn)生的浮力按照《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 162—2008)規(guī)范有關(guān)公式計算。

鋼管的自重為1.3t/m，不滿足抗浮要求，施工時采用增加配重的措施，在每延米鋼管增加配重1.5t。配重采用砂袋或鋼筋，放在鋼管內(nèi)小車上，采用卷揚機拉運。

3.10 鋼管監(jiān)測

澆筑前、澆筑過程中以及澆筑后對澆筑部位鋼管進行監(jiān)測，每澆筑倉布設(shè)3組監(jiān)測點，監(jiān)測點設(shè)置在兩端及中間，每組監(jiān)測項目為鋼管整體上浮、收斂和變形。澆筑過程中監(jiān)測發(fā)現(xiàn)鋼管產(chǎn)生微量變形，主要為鋼管整體上浮，目前已完成的澆筑段最大上浮為4mm，滿足規(guī)范要求。監(jiān)測的鋼管最大變形為鋼管直徑的0.5%，滿足設(shè)計要求。經(jīng)監(jiān)測，混凝土全包封輸水管道施工工法能夠滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

3.11 養(yǎng)護

澆筑完成待混凝土初凝后在混凝土頂面覆蓋塑料薄膜進行保濕養(yǎng)護，拆模后覆蓋土工布并灑水保濕養(yǎng)護。

4 材料設(shè)備

施工過程中所需主要材料見表1，主要設(shè)備見表2。

表1 主要材料

表2 主要設(shè)備

5 質(zhì)量控制

鋼管吊裝前嚴(yán)格控制穩(wěn)管支架的位置，測量無誤后再進行鋼管吊放，穩(wěn)管支架位置偏差小于5mm；利用手拉葫蘆和千斤頂同時對鋼管的縱向位置進行精調(diào)，之后利用穩(wěn)管支架固定鋼管位置；吊裝時采用10cm寬尼龍吊帶，增大吊點面積，防止鋼管防腐層破壞；澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度，混凝土上升速度控制在1m/h左右，盡量減少混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的浮力。

6 安全及環(huán)保措施

本技術(shù)遵循相關(guān)安全和環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。安全方面，項目部在安全技術(shù)、安全管理及現(xiàn)場應(yīng)急處理等方面采取了措施，對于供電與電氣設(shè)備安全和吊裝操作安全非常重視，確保用電和吊裝零事故。根據(jù)本工程特點，項目部購置了相應(yīng)的安全防護設(shè)備和勞保用品，施工現(xiàn)場嚴(yán)格檢查，施工過程準(zhǔn)備有相應(yīng)的安全方案，現(xiàn)場指揮做到信號統(tǒng)一、清楚、正確和及時。環(huán)保方面，項目部確保施工場地布局合理，優(yōu)化作業(yè)方案和運輸方案，盡量減少施工對周圍環(huán)境的影響。針對廢棄物、噪聲和揚塵等環(huán)保問題，項目部采取多項技術(shù)和管理措施，做到綠色施工、文明施工。

7 應(yīng)用效果

本施工技術(shù)在北京市南水北調(diào)配套工程河西支線明挖工程中獲得了顯著的經(jīng)濟和社會效益，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋼管安裝精度差和效率低的問題，提高了施工質(zhì)量。

河西支線明挖工程全長2235m，共需安裝鋼管375根，每根鋼管需設(shè)兩組固定的混凝土支墩，設(shè)兩組可拆卸重復(fù)利用的穩(wěn)管支架。每個混凝土支墩可節(jié)約2個人工，傳統(tǒng)方法主要為打磨混凝土支墩弧面及精度調(diào)整。共節(jié)約人工費30萬元。鋼管可以重復(fù)利用，傳統(tǒng)利用固定鋼支架可節(jié)約鋼材，用本技術(shù)制作60組穩(wěn)管支架，30根鋼管可重復(fù)利用。每組穩(wěn)管支架約需用鋼材0.2kg，共節(jié)約鋼材82.8萬元。共計節(jié)約112.8萬元。

本技術(shù)經(jīng)過實踐應(yīng)用，效果良好，施工簡單，易操作，易推廣，可減少施工步驟，加快施工進度，提高施工質(zhì)量,減少對環(huán)境的影響。

8 結(jié) 語

本施工技術(shù)彌補了現(xiàn)有混凝土全包封輸水管道技術(shù)的缺點。可分開控制高程和軸線位置兩個參數(shù)，保證了安裝精度,縮短了校準(zhǔn)精度需要的工期，采用混凝土支墩結(jié)合穩(wěn)管支架進行管道安裝，提高了管道安裝速度。本技術(shù)采用穩(wěn)管支架進行管道固定，確保管道在混凝土支墩頂不滾動，保證了施工及管理人員安全，由于穩(wěn)管支架可重復(fù)利用，全部安裝完成后可回收，降低了施工成本。本技術(shù)適用于各類明挖混凝土全包封輸水管道工程，具有很強的實用價值和推廣意義。