混凝土全包封輸水管道施工技術研究

許 可, 朱 國 林, 林 剛, 孔 令 煬

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

混凝土全包封輸水管道是當前輸水工程中最常用的管道類型,其具有施工簡單、穩定可靠的優點。但要保證混凝土全包封輸水管道的施工質量,還需結合工程的實際情況制定出合理、可行的施工技術方案。

李家巖輸水管道工程的建設目的是實現李家巖水庫工程的主要建設任務,完成從李家巖水庫至成都市中心城區主水廠(水六廠和水七廠)的原水輸送,提供成都市城區集中供水所需的原水常態補水和應急備用原水以及溫江區應急供水所需的原水,保障城市供水安全。

該工程主要由水庫及輸水管道構成。輸水管道由李家巖水庫城鄉供水隧洞出口消力池處取水設施接出,由西向東北方向敷設至成都市水六廠、水七廠徐堰河取水設施,輸水管道單線總長度為50 km,管材為 PCCP預應力鋼筒混凝土管及鋼管混搭安裝。輸水管道從上游至下游共分為四個標段,我公司主要承建李家巖水庫工程Ⅳ標段輸水管道項目,含分水站、綜合樓等附屬構筑物等,管道單線長度為 14.1 km,為該輸水管道的末端,主要連接成都自來水六廠和七廠,由于其落差較大、多次穿越彭溫路、唐太路等省級公路和徐堰河等主要飲用水源河流,故設計上對管道多處采用混凝土全包封“穩管”工藝,對管道的固定和保護取得了良好的施工效果。該項目施工平面布置情況見圖1。

圖1 李家巖輸水管道項目施工平面布置圖

2 管道施工

2.1 管道安裝工藝流程

管道安裝工藝流程見圖2。

圖2 管道安裝工藝流程圖

2.1.1 管道安裝的技術要求

(1)管道的吊裝不可穿心和溜放,更不能使用挖掘機等機械設備直接推拉管道,以免管道受損。吊裝時應做好管口保護,防止管體遭受損傷。施工時一定要切實加強安全防護,全體操作人員都應戴好安全帽,管道吊起的下方不可站人。

(2)在管道安裝過程中,需要將管節軸線及高程逐段調整準確,并對安裝完成的管節實施復測,經復測確認合格后方可開始下一道工序。

(3)在管道安裝過程中,隨時將管道中的雜物清理干凈;安裝暫停時,需要對管道的兩端進行臨時封堵。

(4)管道安裝應按照從下游到上游的順序進行施工。

2.2 PCCP管道安裝的技術要求

(1)在將管道吊放入溝槽內前,需要對管道標識進行核對,確定其是否與設計圖及配管圖完全相符。

(2)管道接口的橡膠圈應采用滑入式的方法進行安裝。

(3)管道接口安裝到位后須按照相關技術規程進行水壓試驗。安裝完兩根管道后,需要對前面的接口進行第一次水壓試驗;在第二次接口水壓試驗完成并確認合格后,按照設計要求對接口的內外間隙進行密封。

(4)在接口外采用水泥砂漿進行密封施工時,需要使用防水編織布制作灌漿帶進行包裹并在其上面預留灌漿口,使用鋼絲將灌漿帶捆綁在管上。灌漿材料為流態砂漿,其施工方法為:從灌漿帶的一端將砂漿倒入,直到另外一端升起砂漿,最后在頂部使用干性水泥砂漿將其抹平,待灌漿達到凝結狀態后開始回填。

(5)接口內部的密封使用雙組分衛生型聚硫密封膠嵌填。嵌填前需要將接口內部的間隙清理干凈并保持干燥,必要的情況下可進行烘干。對于試壓孔,應先用墊片和螺栓進行封閉,然后再進行嵌填,對于嵌填的表面要與管子的內表面保持平齊。

(6)在直線段進行管道敷設施工時,其管道接口的內部軸向控制間隙不能超過25 mm,誤差不能超過10 mm。

2.3 鋼管安裝的技術要求

(1)將管道吊入溝槽前,應先對其標識內容進行核對,以確定其是否與設計圖及廠家配管圖完全相符。

(2)對于鋼管之間以及鋼管與PCCP管道之間均采用焊接的方式相連;對于管徑超過800 mm的鋼管需要采用雙面焊。管道對接焊縫的質量等級需要達到2級。焊接完成且經質量檢測確認合格后方可開始混凝土包封。

(3)鋼管與設備之間采用法蘭相連。在焊接法蘭與下入溝槽之前應對法蘭盤的規格進行核對,確認其是否一致。

(4)對于直線段敷設的管道,除了兩端不允許使用短節進行拼接外,若必須拼接,則其拼接長度需要達到800 mm以上。

(5)下管之前,應先對管道的防腐層進行檢查,下管時應采取有效措施防止防腐層受損。

(6)管道起彎點和接口之間的距離不能小于管徑,同時亦不能小于100 mm。

(7)管節組對焊接開始前,應先做好修口和清根,其包含管端端面的坡口角度、鈍邊與間隙在內的指標都應達到規范要求。

(8)管壁上不允許隨意焊接其它構件,在拆除管內支撐與其它臨時構件時,不可使用錘擊法。正確的方法是用碳弧刨或氧-乙炔火焰切除,然后使用砂輪將其磨平,防止母材受損。

(9)管道上不得開孔。若必須開孔,則應滿足以下要求:不可在干管的縱向與環向焊縫部位開孔;管道上的任意部位都不能開方形孔;不可在短節或管件上開孔;管道開孔必須得到設計方的允許,同時要采取有效的補強措施由設計單位出圖。

(10)對于直線段的管道,通常不可加短節。若必須加短節的話,則其長度應達到0.8 m以上。

(11)鑒于組合鋼管固定口的焊接及兩管段間的閉合焊接與氣溫有關,故夏季宜在無陽光直照和氣溫較低時施焊[1],冬季宜在白天氣溫較高時施焊。

(12)在對口過程中應確保管道內壁保持平齊,其錯口偏差不能超過壁厚的20%,同時不大于2 mm。

(13)施工采用國標E4303焊條,其質量應達到相關規范要求,存儲時應進行適當的烘焙以使其保持干燥。

(14)管節焊接開始前,應先做好修口與清根工作,清除坡口兩側30 mm范圍內的鐵銹、水跡。

(15)所有焊縫都要在水壓試驗開始前做好外觀檢查,要求焊縫質量的等級達到2級。焊縫的檢驗方法為超聲波探傷,檢驗數量應達到其總數的20%以上。超聲檢測方式以TOFD為宜,若無法對焊縫曲線進行判斷,則可使用射線檢測補探。

3 管道包封混凝土施工

該工程混凝土包封段的鎮墩主要用于穿越河道段和水平轉彎段,采用的是C30混凝土,其配合比參照管線井、室混凝土配合比,最大水膠比為 0.5,水泥采用普通硅酸鹽水泥,最小水泥用量為 320 kg/m3,單倉約為780 m3左右,將混凝土的入倉溫度控制在20℃左右[2](當地平均氣溫約為 13℃)。混凝土直線段包封布置情況見圖3,混凝土水平轉角包封鎮墩布置情況見圖4。

圖3 混凝土直線段包封布置圖

圖4 混凝土水平轉角包封鎮墩布置圖

3.1 混凝土施工依據

結合現場實際施工尺寸,按照《大體積混凝土施工標準》GB 50496-2018要求,大體積混凝土施工技術控制的重點除了原材料、配合比和運輸外,其難點在于監控施工過程中的混凝土厚度和溫度的收縮應力,故在混凝土澆筑體內布置監測點。

3.2 混凝土澆筑

(1)混凝土澆筑前的準備工作。為預防惡劣環境及作業人員的操作技能水平差異對施工質量的影響,保證施工質量,使工程滿足設計及相關規范的技術要求,項目部經與設計及業主方溝通,最終采用了以下集中方式進行控制:①加強對作業人員的技術交底。作業前,由項目技術負責人召集項目部技術、質量人員及分包方相關管理人員對施工作業面進行詳細的技術交底,對施工的重點和易出錯的部位進行重點強調并由作業人員本人進行書面簽字,重點強調該項施工工序的重要性;對沒有相關施工經驗的作業人員應加強人員配備,并將施工機具配置齊全、完整[3];②倉內布置冷卻水管用于散熱。為了更好地控制大體積混凝土澆筑時的溫差,采用在倉內提前埋設散熱冷卻管道的方式使水在管道內循環流動以導散倉內由混凝土水化產生的熱量的方式進行控制[4]。冷卻水管采用壁厚2.5 mm、Φ32 mm的鋼管。沿包封混凝土水平方向布置2層水管網,其水平間距為2 m,每層水管的垂直進出口一定要相互錯開2.5 m,且在其進水口配置水閥以調節流量和儀表。冷卻水管的接頭采用軟管接頭,其進、出水口需引出混凝土面1 m以上。水管要與輸水管道的支撐架綁扎牢固。冷卻管網安裝完成后必須做管道水壓試驗并確保水管暢通且不漏水[5];③合理選用混凝土澆筑設備和施工時間。混凝土澆筑優先采用商品混凝土配合天泵進行澆筑。夏期宜在當日氣溫較低時段澆筑混凝土。施工前必須做好充分準備,備足施工設備并保證連續進行混凝土澆筑。混凝土入模溫度不得高于28℃。夏期施工時,在混凝土澆筑地點首盤測定后,對其拌和物坍落度、含氣量、入模溫度、水膠比、泌水率進行重新測試,對于不符合規范要求的禁止入模。采用分層連續澆筑的方式施工,其厚度不宜大于300～500 mm。

3.3 養護與拆模

(1)安排質檢人員負責混凝土的養護監督工作,按照施工方案做好測試記錄。混凝土的內部溫度與其表面溫度之差不得大于 20℃。需要對實測值進行記錄并報告。

(2)對養護用水的溫度進行測試并需保證其與混凝土表面的溫差不大于10℃。

(3)采取薄膜保濕的覆蓋層應在混凝土收面完成后及時進行,保濕養護的持續時間不得少于28 d并指定專人檢查塑料薄膜內水分濕潤的完整情況[6]。

(4)當混凝土強度能夠保證其表面及棱角不受損傷時,方可拆除包封混凝土的側模并應及時回填土;對于地上結構應盡早進行后續施工,避免其長時間裸露在自然環境下。

4 混凝土施工質量控制措施

為避免有害裂縫的出現,應全面考慮混凝土澆筑施工的原材料、施工時的天氣、溫度、振搗方式等,結合實際情況采取有效的措施。

在進行混凝土包封段混凝土澆筑施工時,一定要嚴格控制混凝土的中心溫度與其外表的溫差,其不宜大于25℃,以防止混凝土出現裂縫。為了控制溫差,一般采取以下措施:

(1) 降低水泥水化熱和變形。對于大體積混凝土,應采用水化熱較低的水泥并盡可能地減少水泥用量。

(2)降低混凝土溫度差。混凝土澆筑施工前,應提前3 d查詢天氣情況,夏季應在夜間施工,冬季反之。及時對已綁扎的鋼筋骨架進行覆蓋或設置簡易的遮擋裝置以避免其被雨水浸濕,提前與商品混凝土拌合站溝通好保溫等措施以控制模內熱量的散發。

(3)提高混凝土的極限拉伸強度。提前24 h與混凝土供貨單位溝通好所需要的混凝土等級、用料時間等,采取站內和施工現場分別進行試塊和坍落度取樣的辦法控制混凝土的強度。值得注意的是:對于強度試塊,應采取標準養護和同等條件養護各一半的方式進行試驗,待其達到養護時間后及時進行混凝土試塊的試壓,檢查其強度合格情況。

5 結 語

隨著城市的不斷擴大,城市人口比例持續提升,城市生活飲用水的供給壓力日益增大。與此同時,城市供水的基礎設施也得到了相應的改善和發展。但在城市高速度發展的同時,亦給水資源供應和基礎設施建設增加了巨大的難度。

該工程通過項目部技術管理人員的精心組織、科學施工,從混凝土原材料、施工過程、后期養護等方面進行控制,在項目完美履約的同時也保證了實際施工質量,取得了預期效果。

通過對李家巖水庫輸水管道工程大體積混凝土管道包封施工技術進行的研究,尤其是該項目在管道包封混凝土的施工工序上成功實施了布置冷卻水管的工藝技術,將我公司在輸水管道全包封混凝土支墩的施工技術又提高了一個層次,對類似市政工程中管道的新建、改擴建,冷卻水管的工藝技術將發揮重要的作用,所取得的經驗對同類型大體積混凝土全包封施工技術的研究及實施具有較高的借鑒意義。