濕陷性黃土地區(qū)大口徑PCCP管道對接施工質(zhì)量控制技術(shù)研究

劉建平，何飛，劉星宏

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京100048；2.中國水利水電第三工程局有限公司，陜西西安710024）

1 工程概況

陜西省斗門水庫管線工程的南池供水管道自斗門水庫南池取水，供水至西咸新區(qū)一水廠，最大水頭11.318m，設(shè)計(jì)流量5.40m3/s，管道起點(diǎn)GS0+000.000～GS4+997.569，全長4.997km，均采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，管徑為DN2400，供水管道末端預(yù)留接口位置為GS4+997.569。工程位于一、二級階地，管基主要位于黃土層，黃土干密度ρd=1.49g/cm3，c飽和=14kPa，Φ飽和=15°，壓縮系數(shù)a1-2=0.73MPa-1，承載力特征值 fak=140kPa，黃土具有濕陷性，濕陷類型為非自重濕陷，濕陷等級為Ⅰ級（輕微）～Ⅱ級（中等）。地下水位埋深7m～10m。部分供水管道縱向空間關(guān)系見圖1所示。

圖1 部分供水管道縱向空間關(guān)系圖

本工程使用的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管采用對接連接，其柔性接口型式為雙膠圈承插密封接口。由于橡膠具有較好的可塑性，故柔性接口能適應(yīng)在一定范圍內(nèi)的位移、振動。與剛性接口相比，柔性接口施工便捷，安裝成本低，同時(shí)也具有更好的受力、變形性能，在施工環(huán)境不利的條件下能容許一定量的轉(zhuǎn)角和位移。但這也對管道對接的施工提出了更加嚴(yán)格的要求，接口施工的質(zhì)量很大程度上決定了管道安裝的整體質(zhì)量，同時(shí)也可以減少管道后續(xù)投入運(yùn)行中的滲漏、積水等質(zhì)量隱患。本工程應(yīng)用的PCCP管道承插接口示例圖，見圖2所示。

圖2 PCCP管道承插接口示例圖

2 黃土地區(qū)PCCP管道接口施工難點(diǎn)

①本工程中管溝開挖深度處于6m～12m不等，管溝開挖深度較大，而地下水位較高，對管溝降水、排水提出較高要求，如果處理不當(dāng)，容易導(dǎo)致局部積水、基礎(chǔ)不均勻沉陷甚至管道接口開裂。

②大管徑PCCP管道對準(zhǔn)測量難度較大，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)測量誤差，容易導(dǎo)致安裝誤差積累，管線整體偏移，后續(xù)返工糾偏困難較大，造成巨大的施工成本損失。

③黃土回填對接口施工質(zhì)量存在影響，接口上部回填土出現(xiàn)壓實(shí)度不足、排水條件較差等問題時(shí)，容易對柔性接口的穩(wěn)定性造成影響，下部黃土地基夯實(shí)度不足時(shí)，也會造成管道接口處的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致滲漏、腐蝕等問題。

④由于本工程的供水線路較長，PCCP管徑大，通過濕陷性黃土地基的地段極長。不良的地質(zhì)條件極有可能會造成管道的不均勻沉降，從而造成管道的彎曲變形漏水，管道接口防滲問題控制難度極大。特別是在地質(zhì)條件發(fā)生變化的管道接口處，地基變形的過渡條件很差，接口滲漏控制難度進(jìn)一步增加。

3 管道施工質(zhì)量優(yōu)化措施

3.1 降排水施工方案設(shè)計(jì)

本工程管基位于地下水水位以下，為達(dá)到“設(shè)計(jì)上優(yōu)化、技術(shù)上先進(jìn)、施工上可行，經(jīng)濟(jì)上合理”的要求，在充分研究水文地質(zhì)條件和周邊基坑環(huán)境因素的基礎(chǔ)上[1]，盡量減少抽排水量的條件下，基坑降水采用在管溝底部每間隔50m設(shè)置一個(gè)集水坑，集中抽排降水的方式。并根據(jù)實(shí)際降水效果，對不同區(qū)段的集水井布置間距進(jìn)行調(diào)整，以滿足管溝排水量為準(zhǔn)。管溝降排水布置示意圖，見圖3所示。同時(shí)，建立實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在降水過程中對管溝及其周邊環(huán)境的變形以及沉降實(shí)現(xiàn)信息化監(jiān)控。利用監(jiān)測系統(tǒng)反饋的信息和數(shù)據(jù)，一方面可及時(shí)調(diào)整降水系統(tǒng)的排水量，保證管溝處于無水狀態(tài)，確保管道安裝環(huán)境處于良好的受力狀態(tài)，以便取得較好的工程安全保障。另一方面根據(jù)降排水對地基造成的沉降及變形數(shù)據(jù)，修正和深化原有的管道線路走向及高程設(shè)計(jì)方案，避免不顧實(shí)際變化的“照圖施工”，保證施工方案后續(xù)管道對接的有效指導(dǎo)，達(dá)到管溝開挖安全、干槽作業(yè)的目的。

圖3 管溝降水布置示意圖

3.2 大管徑PCCP管道施工測量優(yōu)化

PCCP管道施工過程中，從測量放線、吊裝到管道對接等，均需要進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測量。針對本工程應(yīng)用的大管徑PCCP管的測量，采用綜合智能測量系統(tǒng)能有效保證施工測量精度。通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、全站儀、計(jì)算機(jī)等輔助測量工具的結(jié)合，可以在施工過程中，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的引導(dǎo)和全站儀坐標(biāo)測量的實(shí)時(shí)反饋，在電腦終端實(shí)現(xiàn)對吊裝、對接、土方開挖以及回填等施工過程的精準(zhǔn)控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差并處理。

同時(shí)，測量儀器的操作人員應(yīng)利用數(shù)據(jù)記錄與存儲裝置定期記錄對接安裝的偏差、沉降等各項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲。在每段管道施工結(jié)束后，及時(shí)根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行施工效果評價(jià)，根據(jù)現(xiàn)有問題，制定針對性的改進(jìn)措施，并對安裝人員及時(shí)進(jìn)行教育指導(dǎo)，將智能化測量系統(tǒng)跟組織管理結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對管道工程施工全過程的智能化管理。

3.3 管道回填施工質(zhì)量控制措施

管溝回填施工中，由于黃土回填的壓實(shí)質(zhì)量存在不穩(wěn)定性，為避免回填施工對已經(jīng)對接完成的管道接口造成影響。首先，對管基部分進(jìn)行原土翻夯、并鋪設(shè)碎石墊層、混凝土管床，保證管道底部的穩(wěn)定性。其次，在管區(qū)回填施工前，對黃土回填料進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，重點(diǎn)控制腋角回填土的質(zhì)量。之后，施工過程中，對回填施工的壓實(shí)度隨時(shí)進(jìn)行檢查，并保證管道兩側(cè)土體同步回填，避免管身因受到土體側(cè)壓力而位移松動。最后，在管道上部土體回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對管道接口上部的回填土樣進(jìn)行環(huán)刀取樣檢測，確保其壓實(shí)度、承載力滿足規(guī)范要求。對于壓實(shí)度不良的地段，應(yīng)進(jìn)行二次碾壓，保證柔性接口不受上部土體變形擾動。

3.4 減少后續(xù)管道施工的擾動措施

為防止后續(xù)管道安裝在拉入時(shí)造成已連接的管道發(fā)生位移、松動，應(yīng)在使用分離式液壓千斤頂裝置或手拉葫蘆的內(nèi)拉法進(jìn)行對接時(shí)，保證卡具和頂鐵之間間隔不少于2根已安裝定位好的管道。液壓千斤頂拉桿裝置示意圖見圖4所示。

圖4 液壓千斤頂拉桿裝置示意圖

根據(jù)施工流水作業(yè)的原則，及時(shí)進(jìn)行已連接管道的水壓試驗(yàn)、灌漿封孔、管溝回填等后續(xù)工序，提高管道工程施工效率，及時(shí)固定已連接穩(wěn)定的管道，同時(shí)也確保管道對接質(zhì)量，杜絕已施工完畢的管道出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

3.5 其他施工質(zhì)量保證措施

①管道對接前應(yīng)對接頭進(jìn)行清理、潤滑。首先，清掃管子內(nèi)部，清除插口和承口圈上的全部灰塵、泥土及異物[2]。膠圈插入插口凹槽之前先分別在插口圈外表面、承口圈的整個(gè)內(nèi)表面和膠圈上涂抹潤滑劑，膠圈滑入插口槽后，在膠圈及插口環(huán)之間插入一根光滑的桿（或用螺絲刀），將該桿繞接口圓兩周（兩個(gè)方向各一周），使膠圈緊緊地纏繞在插口上，形成一個(gè)非常好的密封面，然后再在膠圈上薄薄地涂上一層潤滑油。所使用的潤滑劑必須是植物性的或經(jīng)廠家同意的替代型潤滑劑。

②對接完成后，為保護(hù)外露的鋼制承插口不受腐蝕，需要在管子接頭按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理：接口空隙采用低發(fā)泡聚乙烯閉孔泡沫板填充，內(nèi)口采用雙組份聚硫密膏填滿抹平，外口采用聚氯乙烯膠泥封口[2]。并應(yīng)提前進(jìn)行密封實(shí)驗(yàn)，確定施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，施工現(xiàn)場嚴(yán)格執(zhí)行。接口外縫施工示意圖見圖5所示。

圖5 外縫施工示意圖

③PCCP管接口水壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)管道施工質(zhì)量的重要手段。實(shí)施過程中，用專用加壓泵從接頭下部的進(jìn)水孔壓水，上部排氣孔排氣，排氣結(jié)束后擰緊螺栓，加至規(guī)定的試驗(yàn)壓力，保壓2min內(nèi)無壓力降即為合格。管道接口水壓試驗(yàn)壓力宜采用管道工作壓力，且不小于0.2MPa。接口水壓試驗(yàn)前后共計(jì)3次，即剛安裝完時(shí)接口打壓試驗(yàn)、向前安裝3節(jié)后打壓試驗(yàn)、管頂以上回填500mm后打壓試驗(yàn)。通過多次實(shí)驗(yàn)保證接口質(zhì)量，并對不合格的接口及時(shí)處理[4]。打壓實(shí)驗(yàn)示意圖見圖6所示。

圖6 二次打壓試驗(yàn)示意圖

本工程通過一系列施工質(zhì)量保證措施，實(shí)現(xiàn)了對管道對接施工的全過程控制。通過后續(xù)對管道運(yùn)行過程的持續(xù)觀察，在暴雨、極寒等惡劣天氣條件下，管道運(yùn)行情況良好，未出現(xiàn)滲水、爆管等質(zhì)量問題。顯示出本工程的全過程施工質(zhì)量優(yōu)化方案具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

濕陷性黃土地區(qū)的大口徑PCCP管的對接施工工藝需要在現(xiàn)有傳統(tǒng)施工技術(shù)上進(jìn)行針對性的優(yōu)化，進(jìn)而保證特殊條件下管道工程的施工質(zhì)量。因此，論文結(jié)合實(shí)際工程的實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出了以下施工質(zhì)量優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)。

①工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)情況，對管道溝槽的降排水方案進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。并根據(jù)降排水監(jiān)測情況，對管道安裝的施工方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。確保管道安裝和運(yùn)行處于干燥環(huán)境中，從源頭解決管道滲漏、變形等問題。

②針對大管徑PCCP管道的測量精度控制問題，引入綜合智能測量系統(tǒng)，通過對施工全過程的智能化測量管理，可以有效保證對接施工精度。

③針對回填施工對接口的擾動，通過試驗(yàn)對回填土料和壓實(shí)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)針對腋角和接口處上部回填土的壓實(shí)度采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制，可以有效減少黃土地區(qū)回填質(zhì)量的不穩(wěn)定性。

④在施工對接過程中，應(yīng)嚴(yán)格把控接口材料和管道質(zhì)量，并及時(shí)進(jìn)行保護(hù)和加固，通過多次水壓試驗(yàn)和接口防腐處理，提高管道安裝質(zhì)量，減少返工、維修等質(zhì)量問題。