排水管道與預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

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

預制裝配式鋼筋混凝土檢查井因其施工時能夠保證井室質量、縮短工期、節省工程費用、整體性能好、剛度大、抗震能力強、耐久性能好、標準化程度高、適應性強、達到環保節能的效果[1]而在排水管網改造項目中得到廣泛運用。但在工程實踐中，排水管道與預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口連接是個施工難點，處理不當會造成管道接口漏水，閉水試驗無法通過，后期管道使用中出現基礎下沉，道路表面出現裂縫等。該接口連接常規設計及施工都是按照圖集《預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。該方法對施工單位技術水平及施工場地地層條件要求高。現結合實際工程，提出該連接方法的不足及改進意見。

2 工程概況

2021 年參與西寧市東川工業園區排水系統提升改造項目（一期），負責雨污水管線的結構設計。該項目場地土為2 級（中等）自重濕陷性黃土，自重濕陷量的計算值為272～403 mm，濕陷土層深度為7.50～9.50 m。管道全場3.6 km，管道埋設在非機動車道下面，排水管道覆土約3 m，考慮到該項目為西寧市環保督察項目，工期緊張，經與項目負責人溝通，檢查井均設計為預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

關于排水管道與預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。對于該項目，場地為自重濕陷性場地，若采用圖集做法，存在以下不足：首先，忽略了濕陷性場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，管道基礎與檢查井存在不均勻沉降，接口位置存在脫開的風險；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，近幾年通過現場配合西寧管網改造項目，發現西寧市施工隊伍專業能力普遍較差。而預制裝配式鋼筋混凝土檢查井為成品，若施工時對接口位置不進行界面鑿毛處理，砂漿干縮后接口縫隙出現裂縫，管道縫隙處容易漏水，為后期管道沉降埋下隱患。同時，預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，現場拌制較多，而現場監管體制不全，監管不到位、不規范，造成水泥砂漿配合比、強度均達不到設計要求，很容易出現管道脫開，縫隙處漏水、管道下沉、路面出現開裂等情況。

4 解決管道與檢查井接口滲漏等問題的方法

對于排水管道與預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置存在的不足，現根據該項目現場實際情況，提出以下3種改進方案。

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。添加微膨脹劑是因為水泥砂漿中的水泥存在收縮。

試驗研究發現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生干縮現象，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生化學反應，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混凝土現場拌制，在特定的一段時間內，水化反應十分激烈，逐漸形成分子鏈，發生泌水以及收縮的現象，稱之為“塑性收縮”[3]。大量試驗研究表明，水泥充分水化時的水灰比僅為0.25 左右，剩余的水將以膠凝狀態的水、毛細孔水、自由水等形式存在，而毛細孔水及膠凝水的蒸發，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，補償水泥的收縮，可以避免水泥石的開裂[3]。同時，相關實驗結果表明，排水管道與預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，后期養護時，其作用機理如下：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揮，通過14 d的養護，膨脹性能趨于穩定，有一定強度，收縮性小。因砂漿在膨脹時受到井壁外力的約束限制，增加其相互作用力，并建立一定的自應力，使得砂漿結構更加緊密，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，故收縮性能相對減小。

但在施工時，對膨脹劑摻量的使用有限制，因為膨脹劑摻量過大會引起水泥砂漿安定性能不穩定，甚至出現水泥砂漿因膨脹開裂出現強度下降，填縫處在外界水壓環境下出現貫通裂縫，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物發生反應生成鈣硯石晶體，使得縫隙處水泥砂漿體積膨脹。在制備水泥砂漿時，摻入水泥質量的8%～12%代替相同重量的水泥，可制成帶有補償收縮性能的水泥砂漿，其強度高，干縮小，能防止接縫處填縫材料的開裂，提高抗滲性能。硫鋁酸鈣類膨脹劑具有補償收縮、導入自應力和提高混凝土密實度等性能。有關研究顯示，混凝土限制膨脹率0.015%～0.045%時，導入自應力約0.35～0.95 MPa。同時，混凝土中摻入硫鋁酸鈣類膨脹劑后，耐腐蝕性優于普通混凝土。并且對地下水環境沒有污染，對檢查井的鋼筋沒有銹蝕、無毋落度損失。另外，硫鋁酸鈣類膨脹劑膨脹穩定快，后期強度較高，能防止混凝土建筑物的開裂，提高抗滲性能。試驗時摻入約10%的硫鋁酸鈣類膨脹劑，制成1∶2 和1∶2.5 的水泥砂漿。試驗結果表明，空氣中養護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 的抗壓強度大于或等于47.0 MPa；28 d的抗折強度大于或等于6.8 MPa。抗凍融循環次數不小于150。對于混凝土而言，黏結力比普通硅酸鹽混凝土提高約25%。

所以，對于排水管道與預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：當管材為球墨鑄鐵管時，膨脹劑含量控制在8%以下；當管材為鋼管、混凝土管時，膨脹劑含量控制在5%；當管材為雙壁波紋管時，膨脹劑含量控制在2.5%。同時，為了避免填充完的接口因施工原因出現通縫，在縫隙中間位置沿著管道外壁纏繞膨脹止水條一道。其作用機理是由其材料性質決定的。膨脹止水條是由性能優良的膨潤土為基礎材料，通過物理和化學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，需由現場試驗室或者第三方試驗室出具砂漿配合比相關報告。施工單位根據給定的砂漿配合比進行施工。排水管道與預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口縫隙采用水泥砂漿填實后需采取噴水養護，使微膨脹水泥砂漿在限制膨脹率下充分發揮膨脹性能。預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，按照管道結構設計說明要求處理，預制裝配式鋼筋混凝土檢查井底部鋪設100 mm 厚C20素砼墊層，墊層中間鋪設A8@250×250鋼絲網片；墊層沿預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置向兩側外延2 m，管道基礎采用180°素混凝土基礎，具體做法詳見圖1（圖中DN 為管道公稱直徑，標注尺寸均以mm 計）。該方案通過水泥砂漿中摻入膨脹劑來解決砂漿收縮產生的裂縫，中間設置膨脹止水條來阻止雨污水通過施工不當產生的縫隙外滲。同時，為了防止地基不均勻沉降導致管道在接口位置脫開或者發生錯位，在墊層中鋪設鋼筋網片，通過加強墊層使管道及預制裝配式鋼筋混凝土檢查井即使沉降也保持在同一平面，減小不均勻沉降對路面及周圍環境的影響。

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30 mm 處各設置膨脹止水條一道，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，施工工序簡單，造價低，一般將熱瀝青浸泡過的麻絲進行施工縫或者變形縫堵塞。人工搗實后兩端預留20～30 mm 空隙，再采用30 mm 厚1∶2 防水砂漿抹平。排水管道與預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口處管道基礎做法同方案一，具體做法詳見圖2（圖中DN 為管道公稱直徑，標注尺寸均以mm 計）。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越，采取三道措施阻擋雨污水向外滲。同時，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制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口處脫節的風險。

圖2 方案二管道與井室連接做法斷面圖（單位mm）

方案三：管道平接頭穿過預制檢查井預留洞口并向井壁內側延伸200 mm，縫隙填充材料為瀝青麻絲，在預留洞口外側沿著管道外壁各纏繞膨脹止水條一道，并沿預留洞口兩側200 mm范圍內將池壁鑿毛處理，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度等級同管道基礎。同時，對于球墨鑄鐵管，流槽兩側素砼回填高度不小于0.8D（D 為管道外徑）；對于鋼筋混凝土管道，流槽兩側素砼回填高度不小于0.5D（D為管道外徑），對于PE 管，檢查井與管道采用600～800 mm 長的短管剛性連接，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制裝配式檢查井內側止水條封堵的密實性。排水管道與預制裝配式鋼筋混凝土檢查井接口位置管道基礎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，標注尺寸均以mm 計）。該方案與方案二相比施工簡單，施工步驟較少。通過在預留洞口邊緣纏繞膨脹止水條，保證接口處不出現漏水等現象。

圖3 方案三管道與井室連接做法斷面圖（單位mm）

本工程對3 種方案均進行了現場試驗，通過試驗發現，方案二止水效果最好，管道進行72 h 閉水試驗，發現水位下降僅5 h；方案三止水效果沒有方案二明顯，管道進行72 h 閉水試驗，發現水位下降10 mm，方案一止水效果雖然優于規范給定的處理方法，進行72 h 閉水試驗后，水位下降15 mm（采用規范給定的處理方法，閉水試驗水位下降25 mm）。但是，方案一沒有方案二和方案三止水性能好。通過施工單位現場反饋，方案一和方案三施工比較簡單，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，施工比較繁瑣，且施工容易引起膨脹止水條錯位。從環保方面考慮，方案二的運用有局限性。因為方案二需要現場制作瀝青麻絲，熱熔瀝青，對大氣和周圍環境有污染。該方案適用于對環保要求低的建設項目，比如城鄉管網改造等。使用方案一進行施工時，對水泥砂漿中摻入膨脹劑的量的把控比較嚴格，施工經驗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濟損失。方案三雖然工序多，但施工簡單，對施工人員技術要求低，而且處理效果比較明顯，既能快速止水，又能節省工期。本工程后續排水管道與預制裝配式檢查井接口處理均采用方案三進行施工，最后閉水試驗順利通過項目相關單位驗收，且井室外壁沒有發現滲漏點。

5 結論

通過規范介紹連接方法與改進方案的對比分析，得出以下結論：

（1）規范介紹方法存在缺陷，對施工技術人員業務水平要求高，對場地環境要求高，適用于地基承載力較高的土層，不能用于濕陷性土、軟弱淤泥質土等存在不均勻沉降比較明顯的場地。

（2）改進方案一、方案二、方案三均能應用于不同的工程環境。但是，就常規項目而言，改進方案三更能應用于實踐，指導施工。

（3）改進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，存在后期水壓作用下滲漏的風險。

（4）改進方案三與方案二相比較，施工簡單，施工步驟較少，對施工人員技術要求低，而且處理效果比較明顯，既能快速止水，又能節省工期。