球墨鑄鐵管安裝的施工工藝分析

涂 敏 郭偉才 詹 輝 方 智 張金波

城市給排水工程的運(yùn)行效率、安全等直接決定著城市給排水服務(wù)質(zhì)量及居民生活質(zhì)量。為滿足城市居民及工業(yè)生產(chǎn)的用水需求，應(yīng)選擇合適的管材及安裝工藝。球墨鑄鐵管具有良好的強(qiáng)度、耐沖擊力、耐腐蝕性、延展性等，能有效改善管道受力狀態(tài)，增強(qiáng)工程管網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。但是，若安裝工藝不規(guī)范，極易影響管網(wǎng)質(zhì)量。對此，施工單位應(yīng)針對工程實(shí)際選擇合適的安裝工藝，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，以此提高工程質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概述

紅旗渠水系位于湖南省長沙市河?xùn)|中心城區(qū)，水系匯水及納污范圍主要集中在雨花區(qū)、芙蓉區(qū)，僅小范圍位于天心區(qū)。紅旗渠水系匯水范圍為浦沅路以北、朝陽路與車站路以西、瀏陽河以南、芙蓉路以東的老城區(qū)，總匯水面積為11.66 km2。排水主渠從雨花亭經(jīng)省化工設(shè)計院、政治干校、梓園路、省圖書館、曙光北路、五一路穿曉園公園至湘繡研究所，雨水進(jìn)入三角塘泵站排至瀏陽河，污水截流后接入湘湖污水處理廠處理。

紅旗渠始建于20 世紀(jì)50 年代，主渠結(jié)構(gòu)以磚拱涵、蓋板涵、麻石漿砌涵形式為主。受技術(shù)水平、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及可實(shí)施條件等因素影響，紅旗渠管渠結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)偏低，并且使用年限超出標(biāo)準(zhǔn)限值，導(dǎo)致管渠結(jié)構(gòu)塌陷事故頻繁發(fā)生。例如，2016 年在湘農(nóng)橋社區(qū)發(fā)生主渠塌陷事故，影響周邊居民出行、生活與生命財產(chǎn)安全。對此，施工單位需要利用球墨鑄鐵管安裝工藝加固，修復(fù)管渠結(jié)構(gòu)，保證渠道結(jié)構(gòu)安全、排水順暢。

2 球墨鑄鐵管概述

球墨鑄鐵是一類具有良好強(qiáng)度、耐磨性的鑄鐵材料。因鑄鐵是一類鐵的碳合金，所以球墨鑄鐵中含有碳、硅、錳、硫、稀土等元素。制造球墨鑄鐵時，因碳沉淀呈現(xiàn)為石墨狀態(tài)，所以直接稱呼為石墨。通常情況下，不同直徑的管道對球墨鑄鐵材料提出不同的要求。例如，小直徑管道要求球墨鑄鐵中的珠光體比例＜20%，大直徑管道的珠光體比例≤25%，以此保證材料性能。球墨鑄鐵管具有良好的延展性、耐腐蝕性及強(qiáng)度，已廣泛應(yīng)用于城市燃?xì)?、給排水管道中[1]。

在給排水工程中，球墨鑄鐵管道具有外殼堅硬、抗拉性好、耐腐蝕等優(yōu)勢，既能承受較高壓強(qiáng)的水及荷載，又能適應(yīng)多種地質(zhì)條件。同時，施工單位在施工過程中用水泥包裹管道內(nèi)壁，能增強(qiáng)管道的給排水功能。此外，此類管道具有安裝方便、操作靈活等優(yōu)勢，能避免管網(wǎng)損耗，縮短施工周期，減少施工費(fèi)用，深受城市給排水工程的歡迎。

3 球墨鑄鐵管安裝的施工工藝

紅旗渠作為市政工程，正處于老城區(qū)下方，上方建筑物密集、交通流量大，想要順利實(shí)施結(jié)構(gòu)改造工程必須采取先進(jìn)的技術(shù)。利用球墨鑄鐵管道安裝工藝能有效解決環(huán)境復(fù)雜、結(jié)構(gòu)修復(fù)難度高等問題，增強(qiáng)紅旗渠調(diào)蓄處理水的功能。

3.1 準(zhǔn)備工作

3.1.1 管材堆放

根據(jù)上文可知，此工程的現(xiàn)場施工環(huán)境比較復(fù)雜，施工單位難以沿著管溝一方堆積管材，需要設(shè)置專門的場地堆放管材。對此，施工單位應(yīng)選擇合適場地及堆放方法。施工單位應(yīng)保證場地平整、寬闊，運(yùn)用平地機(jī)等設(shè)備進(jìn)行平碾整平，并且根據(jù)場地面積及條件確定管材數(shù)量。通常情況下，管材堆放主要采用正方形、梯形堆放2 種方法。前者保證各層之間維持90°，提前設(shè)置木楔；后者保證各層之間維持0°，各層根數(shù)逐次遞減，采取交叉方式設(shè)置承插口。同時，管材和地面之間要設(shè)置方木，承插口高度超過地面約10 cm[2]。

3.1.2 管材吊裝與運(yùn)輸

吊裝運(yùn)輸管材時，施工單位應(yīng)采用附帶橡膠的吊鉤扣，扣在管材承插口處，隨后吊車吊裝運(yùn)輸。若管子長度約為9 m，施工單位應(yīng)采用≥16 t的履帶吊車進(jìn)行起吊，采用高平板拖車等進(jìn)行運(yùn)輸。同時，施工單位應(yīng)提前在板車上設(shè)置鋼管架，并用膠皮、木楔等固定。

3.1.3 管材處理與質(zhì)量檢查

管材處理與質(zhì)量檢查的措施如下：

1）防腐處理。管道安裝前，施工單位應(yīng)進(jìn)行防腐處理。第1，施工單位應(yīng)在管道外層涂刷防腐瀝青漆，涂刷厚度≥25 μm。常溫條件下，此類防腐材料具有良好的黏合性，能黏結(jié)纏管帶，但是施工單位需要在1 d 內(nèi)完成纏管工作，避免重新涂刷防腐漆。第2，施工單位應(yīng)采用自黏式聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）纏管進(jìn)行作業(yè)，為增強(qiáng)管道的防腐性，應(yīng)保證纏管橫向搭接厚度≥2.5 cm，縱向厚度≥30 cm。第3，施工單位應(yīng)對纏管帶進(jìn)行漏涂抹檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)電壓維持在約10 kV[3]。

2）質(zhì)量檢查。管材質(zhì)量檢查非常重要，其主要分為2 項。第1，施工單位應(yīng)檢查管身的完整度，避免出現(xiàn)損壞或變形處。若發(fā)現(xiàn)管道遭遇撞傷或形變，應(yīng)將此部位改造為雙插短管。第2，施工單位應(yīng)檢查承口處。此部位構(gòu)造復(fù)雜，極易出現(xiàn)裂紋。檢查前，施工單位先用濕布擦拭，讓裂紋更加清晰。若發(fā)現(xiàn)鑄鐵管水泥內(nèi)襯出現(xiàn)裂紋，裂紋≤8 mm 時不用處理，若裂紋＞8 mm 時需要剔槽并且用專門的修補(bǔ)水泥進(jìn)行修復(fù)，在其上方覆蓋薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)周期超過24 h。

3.2 溝槽切割放樣

為避免紅旗渠上方的市政道路路面不被強(qiáng)力破壞，施工單位應(yīng)先用混凝土切割機(jī)進(jìn)行切割放線，保證邊線整齊，方便后期開挖。切割前，施工單位先用金屬探測器檢測地下金屬管線，標(biāo)注管線位置、深度等。針對非金屬管線，施工單位應(yīng)提前咨詢相關(guān)部門、周圍居民，并且采用挖深坑、檢測地表井蓋等方式進(jìn)行標(biāo)注，并且依據(jù)上述材料、設(shè)計圖紙等進(jìn)行放樣作業(yè)[4]。放樣過程中，不同地段需要采取不同的措施，例如直線段可不考量放樣長度，而彎曲段需要考量后期鋪設(shè)管道的偏轉(zhuǎn)量。施工單位可以利用管道可允許偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行鋪設(shè)，其具體數(shù)值如表1 所示。施工單位應(yīng)根據(jù)鋪設(shè)管道長度設(shè)定放樣段長度，若需要提前放置彎頭，應(yīng)控制各管道長度并且計算彎頭鋪設(shè)位置。

表1 工程各類管道的偏轉(zhuǎn)角

3.3 溝槽開挖

針對無特殊路面的路段，施工單位可直接采用反鏟開挖。同時，施工單位還應(yīng)采用破碎錘輔助開挖，各挖掘機(jī)配備4 個以上破碎錘。針對存在地下障礙的路段，施工單位應(yīng)采用“小型反鏟+人工風(fēng)鎬”開挖方式。為縮短人工作業(yè)周期，提高施工進(jìn)度，施工單位在挖掘溝槽最底層時，用鏟斗平鏟[5]。在土質(zhì)較好地段，無需設(shè)置支撐，但是在土質(zhì)較脆弱的地段應(yīng)提前設(shè)置支撐開挖，并且根據(jù)施工具體情況設(shè)置防護(hù)疏密。針對直管段，施工單位可在垂直方向焊接工字梁的鋼板支撐；針對閥室等，施工單位應(yīng)設(shè)置鋼板支撐系統(tǒng)，將絲桿鋼管等設(shè)為橫撐。作業(yè)過程中，施工單位應(yīng)根據(jù)管徑變化調(diào)整開挖寬度，例如相較于管外徑，承插口應(yīng)超出約60 cm，法蘭管應(yīng)超過約1.2 m，直線段略微減小，曲線段略微增寬。此外，針對“T”型接口與“K”型接口，施工單位應(yīng)針對性采取開挖措施，前者在承插口處可進(jìn)行超深開挖，保證管身接觸地面；其后者在承插口處，底部與兩邊均應(yīng)超出法蘭外徑約0.5 m[6]。溝槽開挖斷面如圖1 所示。

圖1 溝槽開挖斷面圖（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.4 管道安裝

3.4.1 插口校正

在球墨鑄鐵管安裝的施工過程中，施工單位應(yīng)首先檢查插口，如果發(fā)現(xiàn)插口位置的形狀呈現(xiàn)橢圓形，則說明已經(jīng)變形，可能會影響管道的連接質(zhì)量和施工效果。為了確保插口位置形狀符合施工要求，施工單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，利用專業(yè)設(shè)備精準(zhǔn)矯正插口的形狀。在此過程中，千斤頂是一種常用的工具，可以提供較大的力量，并且高度可調(diào)節(jié)，非常適合于球墨鑄鐵管插口形狀矯正工作。

在使用千斤頂矯正插口形狀時，施工單位應(yīng)遵循以下步驟：第1，確定需要矯正的插口位置和方向，并將千斤頂放在合適的位置；第2，慢慢旋轉(zhuǎn)千斤頂桿，對插口施加適當(dāng)?shù)牧α?，從而使插口逐漸恢復(fù)至圓形狀態(tài)；第3，仔細(xì)檢查插口的形狀和尺寸是否滿足施工要求，如不滿足，還應(yīng)采取上述方法進(jìn)行微調(diào)；第4，確認(rèn)插口已經(jīng)矯正后，應(yīng)及時使用適當(dāng)?shù)姆椒ü潭ú蹇?，防止再次變形?/p>

3.4.2 管道清潔

安裝球墨鑄鐵管前，施工單位需要使用鋼絲刷對承接口及其后方進(jìn)行清潔，確保表面沒有雜物、銹蝕或污垢，提高承接密封性和連接質(zhì)量。將“T”型膠圈放置在承口內(nèi)部，將“K”型膠圈放置在插口上方，為減小插入過程的摩擦力，施工單位可以在承口內(nèi)部和插口外部涂抹潤滑油，使插入過程更順利[7]。

3.4.3 吊管就位

安裝過程中，施工單位應(yīng)將吊車起吊管子入口與承口精準(zhǔn)對接，一般采用70 t 汽車起吊管道。對于雙管同溝段，施工單位可采用50 t 履帶式吊車，以此提升起吊效率。

3.4.4 安裝就位

針對施工常用的“T”型接口，施工單位可提前在裝管承口周圍連接短鋼絲繩一端，并將另一端連接于待安裝管插口周圍。安裝過程中，吊車輕微移動，通過上下左右搖擺方便插入。若條件允許，施工單位可借助反鏟鏟斗施加一定力，方便后續(xù)安裝[8]。

3.4.5 安裝到位

待插口處的2 道白線正式進(jìn)入承口內(nèi)，則代表管道安裝到位。針對不同型號的管道，施工單位應(yīng)布置不同數(shù)量的手動葫蘆，將其安裝于管道兩側(cè)及頂部。

若技術(shù)人員的技術(shù)不夠嫻熟，施工單位可采用機(jī)械施工配合人工施工，單吊點(diǎn)起吊，讓管道插口位置略低，承口略高，方便安裝。若技術(shù)人員的技術(shù)較為嫻熟，施工單位可直接通過挖掘機(jī)鏟斗頂進(jìn)，先讓吊管與承口對接，然后用鏟斗水平推進(jìn)待裝管承口，上下左右微微擺動，以此提高安裝效率。為避免破壞承口，施工單位在二者中間提前安裝廢舊輪胎。

3.5 管道防腐與回填

管道安裝作業(yè)結(jié)束后，施工單位需開展清理、防腐及回填工作。具體施工步驟如：第1，施工單位應(yīng)清潔承插口、兩端纏繞纏管位置，涂刷底漆，并且將膩?zhàn)犹钊氤胁蹇谶B接位置。第2，將用液化氣噴槍加熱后的熱縮卷材填充在承插口處，待檢測防腐層漏電絕緣等合格后實(shí)施回填作業(yè)。第3，回填時，施工單位將破碎篩離后的開挖料包裹管底與管頂?shù)牟糠謪^(qū)域，每隔約15 cm 分層夯實(shí)，并且要求壓實(shí)度超過95%，如圖2 管道防腐與回填所示[9]。

圖2 管道防腐與回填（來源：網(wǎng)絡(luò)）

4 結(jié)語

紅旗渠承擔(dān)著排污等重要職能，直接影響著城市水系及流域間排水規(guī)劃。對此，施工單位應(yīng)深入分析工程實(shí)際情況，選用球墨鑄鐵管并且采取相應(yīng)的安裝工藝，做好準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格控制溝槽開挖、管道安裝、管道防腐等施工環(huán)節(jié)，做好細(xì)節(jié)工作，提高施工質(zhì)量，以此延長工程使用壽命，加快現(xiàn)代化城市建設(shè)步伐。