大口徑埋地鋼管變形原因分析及處理方法

杜 江

(四川省工業設備安裝公司, 四川成都 610014)

大口徑埋地鋼管變形原因分析及處理方法

杜 江

(四川省工業設備安裝公司, 四川成都 610014)

對綿陽某科研試驗新區循環冷卻水系統管道工程發生變形的大口徑(DN≥1000 mm)埋地鋼管進行了變形測量及管體周圍回填土壓實度取樣試驗等工作，分析了該工程鋼管變形的主要原因，并經專家論證提出了變形量超標管道的處理方法。

埋地鋼管; 柔性管道; 變形; 處理

1 工程概況

綿陽某科研試驗新區循環冷卻水系統主要由自然循環水管道和軟化循環水管道兩部分組成，均為埋地敷設，基礎為自然地基+200 mm砂墊層。管道系統設計工作壓力為0.8 MPa，其管道規格：D1020×10～D2640×18 ，累計長約8000 m。管材均采用Q235B螺旋鋼管，管內防腐采用T541，管外防腐采用環氧煤瀝清漆加強級(四油兩布)，管頂覆土深度普遍在0.7～2 m，局部位置達5 m左右，且絕大部分管道埋設于廠區道路下方，長期承受上層土壤的靜壓和過往重型

車輛的動壓等，設計使用年限為50年。

2 埋地鋼管變形情況

在埋地大口徑鋼管施工完畢2年，且經過多次系統供水試運行后，對大口徑的埋地鋼管進行變形檢測，發現各測點均有豎向變形，絕大部分測量的豎向變形量在規范所允許4%的范圍內，但個別部位管道橫截面有明顯的橢圓化趨勢，且管道的變形量超過了《給水排水管工程管道結構設計規范》(GB 50332-2002)規定的4%，具體測量結果統計與分析見表1。

表1 大口徑埋地管道變形測量結果統計與分析

通過分析變形檢測數據，發現出現管道變形量超標的區域主要集中在廠區臨時道路處和其他參建單位于管道上方臨時設置設備制作及吊裝場處。

3 鋼管變形區域回填土壓實度檢測

為了解變形管道區域周圍回填土密實度的現狀，采用人工開挖探坑取樣的方式分別在變形率在6%以上、變形率在5%～6%之間、變形率在4%以內共三個區域位置采用灌砂法進行抽檢取樣。每處抽檢點的取樣位置：管道兩側，從管頂上500 mm起，向下每300 mm一層，直到管底下150 mm。經統計專業檢測中心出具的檢測報告可以看其抽檢回填土密實度在80%～90%之間，未達到設計及規范要求。

4 管道變形原因分析及處理方案

4.1 鋼管變形原因分析

4.1.1 鋼管工作原理

大口徑埋地鋼管作為一種自身剛度比較小的柔性管道，當受到豎向載荷時，除了靠鋼管結構自身的強度和剛度來平衡外，最主要的是依靠管道兩側土體所產生的彈性抵抗力所平衡。所以鋼管周圍的土體產生的彈性抵抗力對約束和抑制管道的變形起到非常大的作用，而當管道周圍回填土密實度較大時，管側回填土對管道產生變形的約束力即彈性抵抗力越大。因此管道的變形與管側回填土的密實度緊密相關。

4.1.2 鋼管周圍土質

由于埋地鋼管周圍回填土中存在部分微膨脹土，而膨脹土是由親水性礦物組成，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種特性的黏性土。當膨脹土受到雨水和地下水位的影響時，其膨脹和收縮并往復變形都會引起鋼管周圍土體回填密實度的變化。

4.1.3 鋼管變形原因

通過以上分析可以看出，造成本工程管道豎向變形超標的主要原因是埋地管道遭受了其上方較大的載荷作用及管道周圍回填土受到雨水及地下水位的影響，導致管道周圍回填土壓實度未達到設計及規范要求等。

4.2 鋼管變形處理方法

針對上述變形量超標現象，確定變形量不超過5%的管道，在回填土符合設計規范要求的情況下，不影響管道使用。對變形量超過5%以上的管段需進行處理。

根據局部變形超出規范及變形部位和檢測數據情況的不同，確定了如下處理方法。

(1)可開挖施工的區域，進行局部開挖、矯正、回填處理；

(2)可開挖卸載區域，采取管道內支撐，外部注漿加固土體方式，待土體穩定后拆除臨時支撐；

(3)道路下區域，采取管周土體注漿加固和管道內支撐措施。

5 變形量超標管道具體處理方案

首先對管道進行UT探傷和應力檢測，判斷變形量超標的管道是否處于安全狀態，然后進行變形處理。

5.1開挖、矯正處理

(1)總述：對變形量超標較大的管道(變形率在6%以上)，采取局部開挖、管內頂撐矯正，然后再回填處理。

(2)開挖：先放設開挖線，然后采用小型機械和人工開挖剝露，開挖深度從地表面到管道水平中徑部位。

(3)檢測：開挖后應即時測量，以判明去除管道上部土體載荷后，其變形量是否回彈。

(4)管內頂圓矯正：在管道內變形部位安裝弧形墊板和加設千斤頂，校正其豎向變形至3%以下。沿管道長度方向，每間隔1.0～1.5 m設置一套頂圓裝置，一次設置3～4套，逐步次遞進行，并反復多遍。

(6)管內臨時支撐：管道校圓到規定的值后，沿管長度方向，按間距2～3 m設置。該支撐在回填完成拆除。

(7)縫隙填砂：在千斤頂頂圓管道的同時，向管子外側壁縫隙中灌入粗砂。

(8)回填：在管內作好臨時支撐情況下分層回填。分層厚度20～30 cm，采用小型打夯機夯實，并按規范規定每層抽測密實度。

(9)回填后檢測：回填完成后，拆除管內臨時支撐，然后再進行一次變形檢測。

5.2 局部開挖卸載、管內支撐再作土體加固處理

(1)局部卸載開挖：對變形量超標較大的管道(變形率在5%以上)，采用小型機械和人工開挖方法，去除管道頂部以上土體。開挖深度從地表面到管道頂部偏下約20 cm處。即卸除待處理管道管頂以上的土體載荷。

(2)在卸去管頂土體后，優先采用管內頂圓矯正。若千斤頂加力后，管道變形部位受頂能減小其豎向變形，也就是能頂得動，則按管內頂圓矯正方法，將管道豎向變形恢復到4%以下。如果頂不動，則可將管間的土體開挖到管道中徑位置處，然后再試頂。如仍不能有效恢復，則采取管內加臨時支撐，然后作土體加固。

(3)管內臨時支撐：管內臨時支撐間距按2～3 m，采用φ108×4的普通碳鋼管作支撐構件。支撐構件與管道內壁間原則上不作焊接，而采用楔鐵件楔緊，以盡量減少因焊接操作對內外防腐層的損傷。

(5)管周土體注漿加固：加裝好管內臨時支撐后，將前述開挖的管溝回填到與管頂齊平的部位。然后打設注漿管，對管周土體加固。并分層回填管頂上部開挖的管溝?；靥顚用軐嵍劝匆幏兑笕訖z測。

(6)拆除臨時支撐：待注漿的土體穩定后，再拆除臨時支撐管。

5.3 管道周圍土體注漿加固處理

位于正式道路下方或者變形量超過5%，且位置又較集中的區域采用管道周圍土體注漿加固處理。通過注漿改善和提高管周土體致密程度和承載能力，穩定管道現有變形，提高管土共同作用能力，防止管道變形繼續增大。

5.3.1 管道注漿剖面示意

管道注漿剖面示意見圖1。

圖1 管周土體注漿剖面

5.3.2 管周土體注漿加固處理施工方法

工藝流程:鉆孔定位→鉆機就位及校平→固定→引孔、埋管→沖洗→灌漿封孔→養護與檢測

主要施工方法:

(1)引孔、埋管。采用SH-30型鉆機將φ60鉆桿直接打入處理土層，打入的孔位、孔深符合施工圖要求，滿足施工技術及相關規范的規定。遇到回填的大塊砂巖塊石，采取就近移孔位或其它工藝穿越該塊石。

(2)沖洗。注漿鋼花管埋好后，用大流量清水及壓縮空氣對管內殘留土進行敞開式沖洗。沖洗至回水清澈后為止。沖洗壓力為注漿壓力的80%。

(3)注漿。灌漿材料：灌漿材料采用水泥砂漿灌注，采用2∶1、1∶1兩個水灰比級。以2∶1開灌，由稀變濃，逐級變換。水泥強度等級P.O 32.5普通硅酸鹽水泥，新鮮無受潮結塊。細度要求通過80 μm方孔篩，其篩余量不大于5%，水泥現場抽樣標準為每300 t抽樣試驗一次。

灌漿壓力：灌漿壓力按試驗確定的壓力值控制，灌漿壓力應盡快達到設計值。當按照設計要求的壓力達到結束標準時，再升壓0.1～0.3 MPa，如耗漿量增大，而地表無異常情況，則說明設計壓力有待提高，反之則說明設計壓力合理。

灌漿方法：采用全孔一次性注漿，由一側向另一側逐步推進的灌漿順序。灌漿連續進行，因故中斷，盡早恢復。若時間間隔超過30 min，應拔管清洗后重新打入恢復灌漿。灌漿過程中出現串漿、冒漿等特殊情況時，采用封堵串冒漿孔，低壓、濃漿、間歇等措施進行處理，待灌漿孔結束，再對串漿孔進行灌注至結束。

漿液水灰比和變漿標準：漿液水灰比按設計要求的水灰比制漿，漿液由稀到濃逐級變換，當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率保持不變而灌漿壓力持續升高時，不得改變水灰比。當某一比級漿液注入量已達300 L以上，或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無顯著改變時，換濃一級水灰比漿液灌注。當注入率大于30 L/min時，根據具體情況，可越級變濃。

灌漿結束標準：當吸漿量達到1 L/min時，并持續10 min，灌漿即可結束。

封孔：灌漿結束后，對孔深和灌漿成果確認后，及時封孔(花管不拔出)。采用全孔灌漿封孔法，水灰比為0.5∶1。

(4)檢測。在注漿結束28 d后，選用標準貫入、輕型動力觸探或靜力觸探對加固土體檢測。注漿檢驗點可為注漿孔數的2%～5%。當檢驗點合格率小于或等于85%，或雖大于85%但檢驗點的平均值達不到強度或防滲的設計要求時，應對不合格的注漿區段實施重復注漿。注漿加固后的檢測，由具有資質的第三方進行檢測。

6 結束語

本工程經過一段時間后再次對其處理部位變形量進行復測，復測數據與剛處理完畢相比基本吻合，無變化。通過采用上述方法對變形量超標的大口徑埋地鋼道進行處理，不僅使鋼管的變形量達到了規范允許范圍之內，而且也使管道的變形得到了有效的控制，保證了鋼管的長期安全使用。同時上述方法也為類似大口徑埋地鋼管變形的處理也具有重要的參考意義。

[1] GB 50268-2008 給水排水管道工程施工及驗收規范[S].

[2] GB 50332-2002 給水排水管工程管道結構設計規范[S].

[3] JGJ 123-2012 既有建筑地基基礎加固技術規范[S].

TU712.4

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[定稿日期]2015-04-08