《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術(shù)標準》修訂研究

薛廣進 楊力 羅丁 北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司

張云龍 北京市自來水集團有限責任公司基建工程管理分公司

江麗麗 北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司

1.基本內(nèi)容

標準中主要內(nèi)容為水泥砂漿襯里的施工及檢測條款，因此本次修訂將標準名稱由《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術(shù)標準》改為《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里施工及檢測規(guī)程》。

為使整體章節(jié)清晰明了，增加基本規(guī)定章節(jié)，將一些整體性的基本要求歸至該章節(jié)，并增加術(shù)語章節(jié)。

若鋼管砂漿襯里在工廠預(yù)制的鋼管道口徑過小，在施工現(xiàn)場焊接后，焊縫處的襯里補口存在不少困難，將給水鋼管道水泥砂漿襯里的適用口徑提高到DN600以上，現(xiàn)場補口較為方便，確保工程質(zhì)量。

將適用工藝由現(xiàn)場施工工藝修訂為現(xiàn)場襯里施工工藝和工廠襯里預(yù)制工藝。

修訂了襯里裂縫、空鼓等缺陷的檢測及修補要求。

2.砂漿材料

2.1 水泥

國外水泥砂漿襯里使用硅酸鹽水泥的較多，為避免或減少由收縮引起的裂縫，應(yīng)盡量選擇干縮性較小的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

由于水泥生產(chǎn)過程中摻入高爐礦渣等摻和料，有可能含有鋇、鎘和放射性等對人體有害的成分，故應(yīng)注意對上述成分的控制?，F(xiàn)行國家標準《建設(shè)用砂》GB/T 14684中對砂的放射性指標也提出了規(guī)定。

2.2 用砂

水泥砂漿用砂宜選用河砂。現(xiàn)行國家標準《建設(shè)用砂》GB/T 14684中規(guī)定：砂的含泥量（質(zhì)量比）1%～5%，云母含量（質(zhì)量比）1%～2%，輕物質(zhì)含量（質(zhì)量比）小于1%?？紤]到水泥砂漿襯里質(zhì)量的重要性，規(guī)定襯里用砂中含泥量、云母及輕物質(zhì)等有害物質(zhì)的質(zhì)量之和不應(yīng)超過總質(zhì)量的2%。

2.3 用水

參考現(xiàn)行標準《鋼質(zhì)管道水泥沙漿襯里技術(shù)標準》SY/T 0321中的總含鹽量和SO42-指標采用了行業(yè)標準《混凝土用水標準》JGJ 63中的素混凝土用水水質(zhì)指標，為保證襯里質(zhì)量，水質(zhì)指標采用了行業(yè)標準《混凝土用水標準》JGJ 63 中的預(yù)應(yīng)力混凝土的用水水質(zhì)指標。

3.砂漿施工

3.1 施工工藝

3.1.1 施工技術(shù)

水泥砂漿襯里施工技術(shù)主要包括離心成型法、風送擠涂法、涂敷機涂敷法、機械噴涂法和人工涂抹法。水泥砂漿襯里可以在現(xiàn)場施工也可以在工廠預(yù)制。離心成型法包括單一離心成型法和先噴涂后離心成型法，適用于砂漿襯里在工廠內(nèi)進行預(yù)制的單根鋼管；風送擠涂法、涂敷機涂敷法和機械噴涂法均適用于在施工現(xiàn)場進行砂漿襯里的施工管段，一般施工管段長度大于500m。離心成型發(fā)、機械噴涂/涂抹、手工涂抹三種施工方式對比見表1.

表1 水泥砂漿內(nèi)襯防腐三種施工方法對比

水泥砂漿襯里施工過程如下：

施工準備→外觀檢查與管口找圓→試壓一清管除銹→涂襯技術(shù)→砂漿層的養(yǎng)護→內(nèi)襯補口。

3.1.2 表面處理

襯里現(xiàn)場施工前，需要去除管內(nèi)壁上的各種附著物，最后用水清洗干凈。對于管壁的除銹程度，國外標準中要求去除浮銹即可。國內(nèi)現(xiàn)行標準針對不同的襯里施工工藝，規(guī)定了不同的內(nèi)表面清理標準：采用離心成型法進行襯里施工的鋼管內(nèi)表面，要求采用噴砂除銹，除銹等級應(yīng)達到現(xiàn)行國家標準《未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》GB/T 8923.1中規(guī)定的Sa1級；對于現(xiàn)場施工的襯里，其管段內(nèi)表面應(yīng)采用除銹器或手工工具除銹，除銹等級應(yīng)達到現(xiàn)行國家標準《未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》GB/T 8923.1中規(guī)定的St2級。

3.1.3 管道焊接

鋼管焊制及現(xiàn)場安裝焊接對口，允許有偏差，管道焊接接頭內(nèi)壁應(yīng)做到平整。內(nèi)壁的錯邊量應(yīng)小于或等于0.2倍管壁厚，且不得大于2mm。在以上規(guī)定的基礎(chǔ)上，為保證水泥砂漿襯里有足夠的厚度，鋼管內(nèi)壁焊縫凸起高度（包括錯口偏量）不得大于規(guī)定襯里厚度的1/3。

3.1.4 鋼筋網(wǎng)設(shè)置

當進行直徑1600mm及以上的鋼管道的砂漿襯里施工時，為方便施工保證襯里質(zhì)量，通常采取在鋼管道內(nèi)焊接增強鋼筋或鋼筋網(wǎng)的方法。增強鋼筋或鋼筋網(wǎng)的材質(zhì)應(yīng)與鋼管基材保持相同或相近，以免引起電化學(xué)腐蝕。增強鋼筋間距過密或鋼筋網(wǎng)格間距過小會導(dǎo)致水泥砂漿與管內(nèi)壁間發(fā)生空鼓，為保證砂漿涂層能夠完全覆蓋鋼筋或鋼筋網(wǎng)內(nèi)部，增強鋼筋的直徑或鋼筋網(wǎng)的截面厚度應(yīng)小于水泥砂漿襯里厚度的1/3。

3.2 水泥砂漿制備

水泥砂漿的配比大小與要求砂漿強度、使用的水泥品種、施工方法等均有密切關(guān)系，綜合各標準中的數(shù)據(jù)及施工經(jīng)驗，規(guī)定水泥與砂的重量配比宜為1∶1～1∶2。

為控制水泥砂漿具有最佳稠度和良好的和易性時的最小含水量，以保持砂漿與管壁良好的結(jié)合和避免過大的收縮。本文所述公稱直徑為大于DN600，綜合上述各標準中的數(shù)據(jù)及施工經(jīng)驗，為保證襯里質(zhì)量規(guī)定水泥砂漿坍落度宜取60mm～80mm，當管道公稱直徑小于1000mm時，坍落度不宜大于120mm。

圖1 水泥砂漿襯里涂敷機涂敷法施工

圖2 水泥砂漿襯里機械噴涂法施工

根據(jù)水泥砂漿的配比，襯里質(zhì)量及施工、使用的要求，規(guī)定的水泥砂漿的抗壓強度不得低于30MPa。

3.3 襯里施工及養(yǎng)護

水泥砂漿襯里厚度應(yīng)按照工程設(shè)計要求設(shè)置，并不應(yīng)低于表2中的要求。

表2 水泥砂漿襯里厚度及允許公差（mm）

不同工藝施工的襯里應(yīng)采用相應(yīng)的養(yǎng)護方法和養(yǎng)護要求。對于風送擠涂法、涂敷機涂敷法、機械噴涂法和人工涂抹法施工的管道襯里，應(yīng)采用自然養(yǎng)護法；對于離心法施工的襯里和管件的襯里，應(yīng)采用蒸汽養(yǎng)護法或自然養(yǎng)護法。

襯里機械施工完成后馬上進行養(yǎng)護，進行養(yǎng)護的管段開口需密封，保證襯里濕潤狀態(tài)，同時規(guī)定襯里施工完成后應(yīng)盡快通水來防止襯里發(fā)生損壞；襯里施工后24h以內(nèi)不應(yīng)對襯里進行人為加壓。養(yǎng)護的最佳溫度為15～25 ℃，濕度90%以上，通常在初凝后24～48 h內(nèi)進行淋水濕養(yǎng)。管段襯里澆水養(yǎng)護保持濕潤狀態(tài)應(yīng)在7d以上，由于礦渣硅酸鹽早期強度低，干縮性大，為保持濕潤狀態(tài)的養(yǎng)護時間應(yīng)延長至14d以上。

4.質(zhì)量檢測及修補

水泥砂漿襯里質(zhì)量檢測主要包括厚度檢測及表面質(zhì)量檢測。表面質(zhì)量指標包括平整度、裂縫、表面缺陷、空鼓及表面粗糙程度。

4.1 厚度檢測

水泥砂漿襯里厚度可用鉆孔法、測厚儀或游標卡尺檢測。襯里施工經(jīng)驗表明，管段斷面左右兩側(cè)襯里厚度容易做到符合要求，而上下側(cè)容易出現(xiàn)厚度誤差。據(jù)此將管道斷面上下側(cè)作為每個斷面的檢測點。襯里厚度的檢測采用測厚儀比較方便，但由于管壁水汽大容易出現(xiàn)誤讀。采用鉆孔方法檢測，雖麻煩一些，但檢測數(shù)值較準確，故提出用鉆孔方法或測厚儀檢測。公稱直徑大于或等于800mm時由人進入管內(nèi)進行檢測。當公稱直徑小于800mm時可對靠近管段兩端的襯里厚度進行檢測。

4.2 表面平整度

襯里表面應(yīng)光滑，無螺紋線凸肩，否則將影響管道過水能力。襯里表面平整度的檢驗，目前國內(nèi)外均采用靠尺量隙法，即用300mm長的直尺平行管道軸線測定襯里表面和直尺之間的間隙。采用工廠襯里預(yù)制工藝的襯里表面平整度檢測頻率參考現(xiàn)行行業(yè)標準《鋼質(zhì)管道水泥沙漿襯里技術(shù)標準》SY/T 0321規(guī)定。

4.3 表面裂紋

襯里不允許出現(xiàn)有害的裂縫，以保證襯里的使用壽命。襯里因收縮引起的裂縫，在濕潤條件下養(yǎng)護或充水浸泡早期，由于水泥的水化作用繼續(xù)在進行，當裂縫寬度不大時裂縫能自動愈合。

為避免襯里出現(xiàn)有害的裂縫，保證襯里使用壽命，水泥砂漿襯里裂縫寬度應(yīng)符合表3的規(guī)定。

當裂縫寬度不滿足表3，可通過加強養(yǎng)護促進裂縫自動愈合，通過對裂縫進行浸水養(yǎng)護。本文對裂縫養(yǎng)護愈合進行試驗，在一段浸水養(yǎng)護的水泥砂漿襯里上選擇長度分別為400mm、300mm、200mm的襯里裂縫各2段進行檢測，浸泡24h、48h時裂縫愈合情況見表4。

表3 水泥砂漿襯里裂縫寬度及長度

表4 水泥砂漿襯里裂縫愈合

試驗管道管徑均小于600mm，裂縫寬度均大于0.8mm，不滿足表2的要求。通過水浸48h后均小于等于0.5mm，愈合率達55%-78.57%，滿足表2的要求。

4.4 表面粗糙系數(shù)

鋼管道進行水泥砂漿襯里后，其襯里表面的粗糙程度直接影響輸水能力?，F(xiàn)行國家標準《室外給水設(shè)計規(guī)標準》GB 50013規(guī)定：采用水泥砂漿襯里管道，內(nèi)壁較粗糙，水流一般處在紊流粗糙區(qū)，水力計算公式采用謝才公式（1），謝才公式中的粗糙系數(shù)n值與內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)。

式中：

C—流速系數(shù)；

R—水力半徑；

n-粗糙系數(shù)；

y-指數(shù)。

根據(jù)對國內(nèi)外采用水泥砂漿襯里后的鋼管道進行的通水能力校驗顯示：襯里表面的粗糙系數(shù) n值大多小于或等于0.012，因規(guī)定采用謝才公式進行水力計算時，粗糙系數(shù)n取值范圍應(yīng)為0.011～0.012；采用海曾-威廉公式進行水力計算時，海曾-威廉系數(shù)Ch取值范圍應(yīng)為120～130。為減少輸水過程的能量損耗，應(yīng)嚴格遵守相關(guān)規(guī)范進行水泥砂漿襯里的施工、檢測和驗收，保證水泥砂漿襯里的表面粗糙系數(shù)n值滿足設(shè)計要求。

5.結(jié)論

結(jié)合當前生產(chǎn)條件，參考國內(nèi)外相關(guān)最新標準，調(diào)研工程建設(shè)中設(shè)計和施工的實際狀況，開展技術(shù)探討和現(xiàn)場試驗，總結(jié)吸收多年來國內(nèi)外在水泥砂漿襯里技術(shù)上的成功經(jīng)驗，對《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術(shù)標準》CECS10∶89進行了修訂，為給水工程中水泥砂漿襯里的施工及驗收提供了依據(jù)，對實際生產(chǎn)及運行提供有效參考。