排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口連接方法探討

趙 磊，邊燕紅，曹 喆

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井因其施工時(shí)能夠保證井室質(zhì)量、縮短工期、節(jié)省工程費(fèi)用、整體性能好、剛度大、抗震能力強(qiáng)、耐久性能好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、達(dá)到環(huán)保節(jié)能的效果[1]而在排水管網(wǎng)改造項(xiàng)目中得到廣泛運(yùn)用。但在工程實(shí)踐中，排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口連接是個(gè)施工難點(diǎn)，處理不當(dāng)會(huì)造成管道接口漏水，閉水試驗(yàn)無(wú)法通過，后期管道使用中出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉，道路表面出現(xiàn)裂縫等。該接口連接常規(guī)設(shè)計(jì)及施工都是按照?qǐng)D集《預(yù)制裝配式鋼筋混凝土排水檢查井》06MS201-5 總說明第8.2 條方法施行。該方法對(duì)施工單位技術(shù)水平及施工場(chǎng)地地層條件要求高。現(xiàn)結(jié)合實(shí)際工程，提出該連接方法的不足及改進(jìn)意見。

2 工程概況

2021 年參與西寧市東川工業(yè)園區(qū)排水系統(tǒng)提升改造項(xiàng)目（一期），負(fù)責(zé)雨污水管線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目場(chǎng)地土為2 級(jí)（中等）自重濕陷性黃土，自重濕陷量的計(jì)算值為272～403 mm，濕陷土層深度為7.50～9.50 m。管道全場(chǎng)3.6 km，管道埋設(shè)在非機(jī)動(dòng)車道下面，排水管道覆土約3 m，考慮到該項(xiàng)目為西寧市環(huán)保督察項(xiàng)目，工期緊張，經(jīng)與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人溝通，檢查井均設(shè)計(jì)為預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井。

3 管道與檢查井接口連接存在的問題

關(guān)于排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置，圖集《06MS201—5》總說明第8.2 條給出接縫處理方法為“檢查井與鋼筋混凝土管、鋼管及鑄鐵管連接時(shí)采用1∶2水泥砂漿或采用聚氨酯摻和水泥砂漿，摻和量為代替20%～50%的水量，接縫厚度為10～15 mm”[2]。圖集處理方法可以理解為管道接縫位置采用水泥砂漿或聚氨酯摻和水泥砂漿封堵即可，沒有別的截水或者堵縫處理措施。對(duì)于該項(xiàng)目，場(chǎng)地為自重濕陷性場(chǎng)地，若采用圖集做法，存在以下不足：首先，忽略了濕陷性場(chǎng)地土層遇水存在下沉的情況，若檢查井與管道連接處存在薄弱點(diǎn)，管道基礎(chǔ)與檢查井存在不均勻沉降，接口位置存在脫開的風(fēng)險(xiǎn)；其次，水泥砂漿雖然摻和聚氨酯，減緩管道局部變形，但水泥砂漿稠度差，成本也高，碎性大，抗裂性能差，保水性差。另外，近幾年通過現(xiàn)場(chǎng)配合西寧管網(wǎng)改造項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)西寧市施工隊(duì)伍專業(yè)能力普遍較差。而預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井為成品，若施工時(shí)對(duì)接口位置不進(jìn)行界面鑿毛處理，砂漿干縮后接口縫隙出現(xiàn)裂縫，管道縫隙處容易漏水，為后期管道沉降埋下隱患。同時(shí)，預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井與排水管道接口填縫水泥砂漿因其使用量比較少，施工單位考慮到施工成本，現(xiàn)場(chǎng)拌制較多，而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管體制不全，監(jiān)管不到位、不規(guī)范，造成水泥砂漿配合比、強(qiáng)度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，很容易出現(xiàn)管道脫開，縫隙處漏水、管道下沉、路面出現(xiàn)開裂等情況。

4 解決管道與檢查井接口滲漏等問題的方法

對(duì)于排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置存在的不足，現(xiàn)根據(jù)該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出以下3種改進(jìn)方案。

方案一：將縫隙填充材料由原來的水泥砂漿改為微膨脹水泥砂漿，即在水泥砂漿中摻入硫鋁酸鈣類膨脹劑。添加微膨脹劑是因?yàn)樗嗌皾{中的水泥存在收縮。

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)水泥的收縮性能包括：①未飽和空氣中混凝土因水分散失而發(fā)生干縮現(xiàn)象，是影響水泥收縮的主要因素；②大氣中的CO2與水泥的水化物在有水的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaCO3沉淀，引起水泥的收縮；③外界溫差變化引起的水泥收縮；④在恒溫沒有濕度的環(huán)境下，混凝土由于膠凝材料的水化作用而引起的體積變形；⑤混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌制，在特定的一段時(shí)間內(nèi)，水化反應(yīng)十分激烈，逐漸形成分子鏈，發(fā)生泌水以及收縮的現(xiàn)象，稱之為“塑性收縮”[3]。大量試驗(yàn)研究表明，水泥充分水化時(shí)的水灰比僅為0.25 左右，剩余的水將以膠凝狀態(tài)的水、毛細(xì)孔水、自由水等形式存在，而毛細(xì)孔水及膠凝水的蒸發(fā)，則是引起干縮的根源。微膨脹水泥砂漿通過在水泥砂漿中添加膨脹劑，補(bǔ)償水泥的收縮，可以避免水泥石的開裂[3]。同時(shí)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井縫隙填充材料改為微膨脹水泥砂漿后，后期養(yǎng)護(hù)時(shí)，其作用機(jī)理如下：受外力約束，在限制條件下，膨脹砂漿使其膨脹性能得到充分發(fā)揮，通過14 d的養(yǎng)護(hù)，膨脹性能趨于穩(wěn)定，有一定強(qiáng)度，收縮性小。因砂漿在膨脹時(shí)受到井壁外力的約束限制，增加其相互作用力，并建立一定的自應(yīng)力，使得砂漿結(jié)構(gòu)更加緊密，并且室外氣候變化和雨水作用使得縫隙處膨脹，抵消了部分收縮，故收縮性能相對(duì)減小。

但在施工時(shí)，對(duì)膨脹劑摻量的使用有限制，因?yàn)榕蛎泟搅窟^大會(huì)引起水泥砂漿安定性能不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)水泥砂漿因膨脹開裂出現(xiàn)強(qiáng)度下降，填縫處在外界水壓環(huán)境下出現(xiàn)貫通裂縫，造成管道接口漏水。方案一采用的硫鋁酸鈣類膨脹劑，其作用機(jī)理為石膏、鋁酸鈣熟料以及明鞏石等組成材料與水泥或水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成鈣硯石晶體，使得縫隙處水泥砂漿體積膨脹。在制備水泥砂漿時(shí)，摻入水泥質(zhì)量的8%～12%代替相同重量的水泥，可制成帶有補(bǔ)償收縮性能的水泥砂漿，其強(qiáng)度高，干縮小，能防止接縫處填縫材料的開裂，提高抗?jié)B性能。硫鋁酸鈣類膨脹劑具有補(bǔ)償收縮、導(dǎo)入自應(yīng)力和提高混凝土密實(shí)度等性能。有關(guān)研究顯示，混凝土限制膨脹率0.015%～0.045%時(shí)，導(dǎo)入自應(yīng)力約0.35～0.95 MPa。同時(shí)，混凝土中摻入硫鋁酸鈣類膨脹劑后，耐腐蝕性優(yōu)于普通混凝土。并且對(duì)地下水環(huán)境沒有污染，對(duì)檢查井的鋼筋沒有銹蝕、無(wú)毋落度損失。另外，硫鋁酸鈣類膨脹劑膨脹穩(wěn)定快，后期強(qiáng)度較高，能防止混凝土建筑物的開裂，提高抗?jié)B性能。試驗(yàn)時(shí)摻入約10%的硫鋁酸鈣類膨脹劑，制成1∶2 和1∶2.5 的水泥砂漿。試驗(yàn)結(jié)果表明，空氣中養(yǎng)護(hù)28 天，限制膨脹率大于或等于0.04%，干縮率小于0.02%；而1∶2.5 水泥砂漿，28 d 的抗壓強(qiáng)度大于或等于47.0 MPa；28 d的抗折強(qiáng)度大于或等于6.8 MPa?？箖鋈谘h(huán)次數(shù)不小于150。對(duì)于混凝土而言，黏結(jié)力比普通硅酸鹽混凝土提高約25%。

所以，對(duì)于排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口，填縫材料改為微膨脹水泥砂漿后，摻入的膨脹劑含量有如下建議：當(dāng)管材為球墨鑄鐵管時(shí)，膨脹劑含量控制在8%以下；當(dāng)管材為鋼管、混凝土管時(shí)，膨脹劑含量控制在5%；當(dāng)管材為雙壁波紋管時(shí)，膨脹劑含量控制在2.5%。同時(shí)，為了避免填充完的接口因施工原因出現(xiàn)通縫，在縫隙中間位置沿著管道外壁纏繞膨脹止水條一道。其作用機(jī)理是由其材料性質(zhì)決定的。膨脹止水條是由性能優(yōu)良的膨潤(rùn)土為基礎(chǔ)材料，通過物理和化學(xué)改性使其具有遇水膨脹，富有彈性，在特定約束條件下徹底止水止漏，實(shí)踐工程證明效果很好。若施工單位采取自拌水泥砂漿，需由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室或者第三方試驗(yàn)室出具砂漿配合比相關(guān)報(bào)告。施工單位根據(jù)給定的砂漿配合比進(jìn)行施工。排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口縫隙采用水泥砂漿填實(shí)后需采取噴水養(yǎng)護(hù)，使微膨脹水泥砂漿在限制膨脹率下充分發(fā)揮膨脹性能。預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井與管道接口位置的管道地基處理措施同其他管道段，按照管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明要求處理，預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井底部鋪設(shè)100 mm 厚C20素砼墊層，墊層中間鋪設(shè)A8@250×250鋼絲網(wǎng)片；墊層沿預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置向兩側(cè)外延2 m，管道基礎(chǔ)采用180°素混凝土基礎(chǔ)，具體做法詳見圖1（圖中DN 為管道公稱直徑，標(biāo)注尺寸均以mm 計(jì)）。該方案通過水泥砂漿中摻入膨脹劑來解決砂漿收縮產(chǎn)生的裂縫，中間設(shè)置膨脹止水條來阻止雨污水通過施工不當(dāng)產(chǎn)生的縫隙外滲。同時(shí)，為了防止地基不均勻沉降導(dǎo)致管道在接口位置脫開或者發(fā)生錯(cuò)位，在墊層中鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，通過加強(qiáng)墊層使管道及預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井即使沉降也保持在同一平面，減小不均勻沉降對(duì)路面及周圍環(huán)境的影響。

圖1 方案一管道與井室連接做法斷面圖（單位mm）

方案二：將縫隙填充材料由原來的水泥砂漿改為瀝青麻絲，在接口位置縫隙兩端向內(nèi)30 mm 處各設(shè)置膨脹止水條一道，沿著管道外壁纏繞。瀝青麻絲是一種良好的止水材料，采用人工施工的方式，施工工序簡(jiǎn)單，造價(jià)低，一般將熱瀝青浸泡過的麻絲進(jìn)行施工縫或者變形縫堵塞。人工搗實(shí)后兩端預(yù)留20～30 mm 空隙，再采用30 mm 厚1∶2 防水砂漿抹平。排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口處管道基礎(chǔ)做法同方案一，具體做法詳見圖2（圖中DN 為管道公稱直徑，標(biāo)注尺寸均以mm 計(jì)）。通過與方案一相比較，該方案施工步驟較多，縫隙填充操作沒有方案一方便，但方案二防水性能比方案一優(yōu)越，采取三道措施阻擋雨污水向外滲。同時(shí)，填充材料均為柔性材料，適用范圍比較廣，可以避免地基不均勻沉降造成排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口處脫節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 方案二管道與井室連接做法斷面圖（單位mm）

方案三：管道平接頭穿過預(yù)制檢查井預(yù)留洞口并向井壁內(nèi)側(cè)延伸200 mm，縫隙填充材料為瀝青麻絲，在預(yù)留洞口外側(cè)沿著管道外壁各纏繞膨脹止水條一道，并沿預(yù)留洞口兩側(cè)200 mm范圍內(nèi)將池壁鑿毛處理，灑水噴濕，然后做B×H=150 mm×200 mm 的素砼包封圈，素砼包封圈混凝土強(qiáng)度等級(jí)同管道基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)于球墨鑄鐵管，流槽兩側(cè)素砼回填高度不小于0.8D（D 為管道外徑）；對(duì)于鋼筋混凝土管道，流槽兩側(cè)素砼回填高度不小于0.5D（D為管道外徑），對(duì)于PE 管，檢查井與管道采用600～800 mm 長(zhǎng)的短管剛性連接，然后管道間采用套筒或者橡膠密封圈連接，此種處理方式保證預(yù)制裝配式檢查井內(nèi)側(cè)止水條封堵的密實(shí)性。排水管道與預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置管道基礎(chǔ)做法及地基處理措施跟方案一相同，具體做法詳見圖3（圖中DN 為管道公稱直徑，標(biāo)注尺寸均以mm 計(jì)）。該方案與方案二相比施工簡(jiǎn)單，施工步驟較少。通過在預(yù)留洞口邊緣纏繞膨脹止水條，保證接口處不出現(xiàn)漏水等現(xiàn)象。

圖3 方案三管道與井室連接做法斷面圖（單位mm）

本工程對(duì)3 種方案均進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，方案二止水效果最好，管道進(jìn)行72 h 閉水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水位下降僅5 h；方案三止水效果沒有方案二明顯，管道進(jìn)行72 h 閉水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水位下降10 mm，方案一止水效果雖然優(yōu)于規(guī)范給定的處理方法，進(jìn)行72 h 閉水試驗(yàn)后，水位下降15 mm（采用規(guī)范給定的處理方法，閉水試驗(yàn)水位下降25 mm）。但是，方案一沒有方案二和方案三止水性能好。通過施工單位現(xiàn)場(chǎng)反饋，方案一和方案三施工比較簡(jiǎn)單，膨脹止水條比較容易固定。方案二兩道膨脹止水條，雖然止水效果很好，但是，兩道膨脹止水條中間空隙不容易搗實(shí)，施工比較繁瑣，且施工容易引起膨脹止水條錯(cuò)位。從環(huán)保方面考慮，方案二的運(yùn)用有局限性。因?yàn)榉桨付枰F(xiàn)場(chǎng)制作瀝青麻絲，熱熔瀝青，對(duì)大氣和周圍環(huán)境有污染。該方案適用于對(duì)環(huán)保要求低的建設(shè)項(xiàng)目，比如城鄉(xiāng)管網(wǎng)改造等。使用方案一進(jìn)行施工時(shí)，對(duì)水泥砂漿中摻入膨脹劑的量的把控比較嚴(yán)格，施工經(jīng)驗(yàn)不足的施工單位在水泥砂漿中摻入太多膨脹劑，造成水泥砂漿膨脹率過大，容易引起管道接縫處破裂，給工程造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。方案三雖然工序多，但施工簡(jiǎn)單，對(duì)施工人員技術(shù)要求低，而且處理效果比較明顯，既能快速止水，又能節(jié)省工期。本工程后續(xù)排水管道與預(yù)制裝配式檢查井接口處理均采用方案三進(jìn)行施工，最后閉水試驗(yàn)順利通過項(xiàng)目相關(guān)單位驗(yàn)收，且井室外壁沒有發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)。

5 結(jié)論

通過規(guī)范介紹連接方法與改進(jìn)方案的對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

（1）規(guī)范介紹方法存在缺陷，對(duì)施工技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平要求高，對(duì)場(chǎng)地環(huán)境要求高，適用于地基承載力較高的土層，不能用于濕陷性土、軟弱淤泥質(zhì)土等存在不均勻沉降比較明顯的場(chǎng)地。

（2）改進(jìn)方案一、方案二、方案三均能應(yīng)用于不同的工程環(huán)境。但是，就常規(guī)項(xiàng)目而言，改進(jìn)方案三更能應(yīng)用于實(shí)踐，指導(dǎo)施工。

（3）改進(jìn)方案二比方案一止水性能好，但方案二比較繁瑣，施工步驟較多，膨脹止水條不容易固定，兩道膨脹止水條中間不容易搗實(shí)，存在后期水壓作用下滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）改進(jìn)方案三與方案二相比較，施工簡(jiǎn)單，施工步驟較少，對(duì)施工人員技術(shù)要求低，而且處理效果比較明顯，既能快速止水，又能節(jié)省工期。