市政工程組合式排管裝配化施工技術(shù)研究與應(yīng)用

陳攀

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢 430040）

1 工程概況

雄安容東B、C 社區(qū)支路配套綜合管網(wǎng)、市政道路、排水管網(wǎng)系統(tǒng)、給水管網(wǎng)系統(tǒng)工程（二期）項(xiàng)目位于雄安容東片區(qū)，本項(xiàng)目是河北雄安新區(qū)成立后先期開(kāi)始動(dòng)工建設(shè)的項(xiàng)目片區(qū)之一， 該項(xiàng)目位于河北省容城縣東側(cè)、 榮成—烏海高速公路北側(cè)，規(guī)劃用地面積約為13 km2。

本項(xiàng)目綜合管網(wǎng)工程中的組合排管長(zhǎng)度為12.150 km，分別布設(shè)在E11 路、E12 路、E16 路、E17 路、E18 路、E19 路、N12路、N13W 路、N13E 路、N14 路、N15 路、N17 路共12 條支路下方。 組合排管為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中，電力排管內(nèi)部管道采用內(nèi)徑為175 mm 的管道，材質(zhì)為PVC-C，通信排管內(nèi)部管道采用內(nèi)徑為110 mm 的管道，材質(zhì)為PVC-U，組合排管為兩種內(nèi)徑管道的排列組合不同分為不同的類型，每延米質(zhì)量約為5 t（見(jiàn)圖1）。

圖1 B1 型組合排管橫截面圖

2 施工工藝選擇

雄安容東片區(qū)是回遷安置區(qū)，居民能否順利回遷，事關(guān)啟動(dòng)區(qū)及雄安新區(qū)整體開(kāi)發(fā)能否順利開(kāi)展。 本項(xiàng)目全部組合排管需要在1 個(gè)月內(nèi)完成，工期較短，且受房建單位交叉施工影響，工作面移交受限，不能全部工作面同時(shí)施工。 組合排管的傳統(tǒng)施工工藝為鋼筋混凝土現(xiàn)澆施工，優(yōu)點(diǎn)是成熟可靠，缺點(diǎn)是勞動(dòng)力需求量大，施工效率較低，施工周期耗時(shí)較長(zhǎng)，難以滿足上述業(yè)主工期目標(biāo)的要求[1]。

組合排管預(yù)制安裝工藝，采用工廠化預(yù)制、標(biāo)準(zhǔn)化水平更高，施工現(xiàn)場(chǎng)只需要將組合排管進(jìn)行安裝連接，每個(gè)工作面每日可安裝60 m， 配置7 個(gè)工作面同時(shí)施工， 施工效率大大提高，完全滿足業(yè)主工期要求。

3 組合排管預(yù)制工藝研究

針對(duì)本項(xiàng)目組合排管預(yù)制裝配化施工， 項(xiàng)目的研究工作在借鑒國(guó)內(nèi)外成功的經(jīng)驗(yàn)和已有的研究成果基礎(chǔ)上， 通過(guò)大量認(rèn)真細(xì)致的研究工作解決了項(xiàng)目組合排管施工應(yīng)用過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)， 同時(shí)組合排管裝配化施工技術(shù)的應(yīng)用提高了項(xiàng)目施工效率和施工質(zhì)量。 其主要研究?jī)?nèi)容為：（1）組合排管節(jié)段預(yù)制長(zhǎng)度12 m，使用直徑32 mm 吊環(huán)起吊，每節(jié)段10 個(gè)吊環(huán)；（2）組合排管側(cè)壁設(shè)15 cm 深張拉槽,組合排管核心區(qū)外側(cè)壁厚20 cm；（3）節(jié)段間端部連接質(zhì)量。

3.1 組合排管預(yù)制節(jié)段長(zhǎng)度研究

組合排管節(jié)段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為12 m，主要考慮內(nèi)部管道定尺長(zhǎng)度為6 m，同時(shí)盡量減少接頭數(shù)量，提高安裝效率。 但存在以下3 個(gè)問(wèn)題：（1）組合排管每米質(zhì)量約5 t ，12 m 節(jié)段質(zhì)量約60 t。現(xiàn)場(chǎng)吊裝環(huán)境復(fù)雜，交叉施工影響較大，場(chǎng)地受限，吊裝60 t構(gòu)件較為困難；（2）12 m 節(jié)段運(yùn)輸較為困難， 需要采用加長(zhǎng)車輛，同時(shí)單節(jié)段60 t，屬于超限運(yùn)輸；（3）單個(gè)節(jié)段設(shè)置10 個(gè)吊點(diǎn)，為平衡各吊點(diǎn)受力，需采用專用吊具，起重吊裝不便。

為解決以上問(wèn)題， 項(xiàng)目部通過(guò)與設(shè)計(jì)單位溝通后將預(yù)制節(jié)段長(zhǎng)度調(diào)整為6 m，滿足管道定尺長(zhǎng)度6 m 的要求，同時(shí)節(jié)段質(zhì)量不超過(guò)30 t，解決了吊裝靈活性和超限運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，同時(shí)可將每個(gè)節(jié)段的吊點(diǎn)數(shù)量調(diào)整為4 個(gè)， 普通直徑32 mm 圓鋼受力無(wú)法滿足要求，采用吊環(huán)螺釘代替，并采用專用鴨嘴扣吊具。

3.2 組合排管預(yù)制節(jié)段寬度研究

組合排管采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接，在側(cè)壁設(shè)置了15 cm深張拉槽，要求核心區(qū)外側(cè)壁厚20 cm。 項(xiàng)目部研究分析后發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力孔道與排管內(nèi)部管道的距離較大，存在多余區(qū)域，通過(guò)與設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，將核心區(qū)外側(cè)壁厚調(diào)整為15 cm，縮小結(jié)構(gòu)尺寸，為項(xiàng)目部共節(jié)約混凝土約為1 300 m3。

3.3 組合排管預(yù)制節(jié)段端部連接研究

組合排管連接工藝為無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接， 并使用遇水膨脹橡膠條防水。 該方案存在以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）雨水膨脹膠條雨水膨脹后， 可能從組合排管端部縫隙擠出， 造成防水失效；（2）預(yù)制過(guò)程中，管道位置的偏差可能會(huì)使組合排管連接處存在錯(cuò)臺(tái)，安裝完成后電纜穿線困難。

為解決上述兩個(gè)問(wèn)題， 項(xiàng)目部經(jīng)研究采用以下措施：（1）在排管端部鋼模板四周增設(shè)一圈凸出的鋼帶， 在組合排管預(yù)制完成后端部會(huì)形成凹槽，組合排管安裝完成后，使用防水砂漿封堵，保護(hù)雨水膨脹橡膠條；（2）在排管各孔端四周鋼模板上增加了喇叭口形的外凸模具， 使預(yù)制完成后的排管各孔道口形成內(nèi)喇叭口形狀， 即使組合排管在安裝后產(chǎn)生了輕微的錯(cuò)臺(tái)或不均勻的沉降， 仍可以保證線纜順利穿過(guò)節(jié)段間的組合排管孔（見(jiàn)圖2）。

圖2 B1 型組合排管實(shí)物圖

4 組合排管安裝工藝研究

4.1 主要設(shè)備研究

組合排管安裝施工主要設(shè)備為起重設(shè)備， 對(duì)以下3 種設(shè)備進(jìn)行比選分析（見(jiàn)表1）[2]。

表1 主要設(shè)備選型對(duì)比表

單個(gè)排管長(zhǎng)6 m，最大質(zhì)量約30 t，綜合考慮場(chǎng)地吊裝條件、工效及經(jīng)濟(jì)性等，現(xiàn)場(chǎng)組合排管安裝選擇100 t 汽車吊，預(yù)制工廠內(nèi)起重吊裝選擇80 t 汽車吊。

4.2 組合排管安裝施工方法

4.2.1 組合排管溝槽開(kāi)挖

施工前，首先調(diào)查該場(chǎng)區(qū)是否存在其他管線，根據(jù)設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)方案進(jìn)行溝槽開(kāi)挖，槽底每側(cè)預(yù)留50 cm 工作寬度。

4.2.2 基底處理

開(kāi)挖完成后應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行承載力檢測(cè)， 當(dāng)?shù)鼗休d力不滿足的要求的情況下，應(yīng)采取換填的方式進(jìn)行處理[3]。

4.2.3 墊層施工

墊層施工需要達(dá)到滿足組合排管安裝的高程和平整度要求，采用長(zhǎng)鋁合金導(dǎo)梁作為墊層側(cè)模，支立牢固，同時(shí)作為振搗梁的行走軌道， 測(cè)量復(fù)核導(dǎo)梁頂面高程應(yīng)滿足混凝土墊層設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 組合排管吊裝

（1）在墊層上標(biāo)出組合排管的中心線和兩條邊線，同時(shí)在預(yù)制節(jié)段上應(yīng)標(biāo)出中心線、標(biāo)高等控制尺寸。 （2）檢查組合排管預(yù)制節(jié)段的混凝土強(qiáng)度及預(yù)制節(jié)段和配件的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量等滿足設(shè)計(jì)要求。 （3）將預(yù)制組合排管嚴(yán)格按照吊裝順序進(jìn)行編號(hào)，起吊時(shí)要嚴(yán)格按編號(hào)順序依次進(jìn)行吊裝。

4.2.5 組合排管連接

（1）組合排管端部之間安裝遇水膨脹橡膠條，粘貼牢靠。（2）組合排管采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線連接，使用小型穿心式千斤頂，單端張拉。 張拉采用張拉力控制，排管兩側(cè)各設(shè)2個(gè)張拉孔，共4 孔，使橡膠條壓力達(dá)到1.5 MPa；根據(jù)橡膠條壓力和面積換算單根鋼絞線軸力（見(jiàn)表2）。 （3）組合排管張拉完成后，采用防水砂漿將接頭凹槽及張拉槽封堵。

表2 B1 型組合排管張拉力計(jì)算表

4.2.6 組合排管回填

使用6%灰土在排管兩側(cè)對(duì)稱、分層、均勻的進(jìn)行回填。距頂部1 m 回填土碾壓時(shí)， 應(yīng)采用小于15 t 的非振動(dòng)性空載碾壓機(jī)回填土每層壓實(shí)后，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求后方可繼續(xù)回填。

5 效益分析

5.1 社會(huì)效益

通過(guò)本項(xiàng)目對(duì)組合排管裝配化施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，助力雄安新區(qū)容東片區(qū)按期完工，順利完成了居民回遷安置，實(shí)現(xiàn)黨和政府對(duì)人民的承諾，為建設(shè)“妙不可言、心向往之”的未來(lái)之城添磚加瓦，產(chǎn)生了重大社會(huì)效益。

5.2 工期效益

本項(xiàng)目采用預(yù)制裝配化組合排管代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)澆組合排管施工，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作面移交情況并綜合對(duì)比分析，現(xiàn)澆施工按同時(shí)開(kāi)展10 個(gè)工作面計(jì)算，工效為10 人10 d 完成120 m，預(yù)制裝配化安裝施工按同時(shí)開(kāi)展7 個(gè)工作面計(jì)算， 工效為4人1 d 完成60 m。 現(xiàn)澆需要工期102 d，預(yù)制裝配化安裝施工需要工期29 d（預(yù)制不占用工期），節(jié)省工期73 d。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益

5.3.1 組合排管節(jié)段長(zhǎng)度優(yōu)化節(jié)省超限運(yùn)輸費(fèi)用計(jì)算

超限運(yùn)輸公路路產(chǎn)補(bǔ)償費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)為0.5 元/（t·km）； 超限運(yùn)輸護(hù)送費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為30 元/（車次·km）。 預(yù)制場(chǎng)與現(xiàn)場(chǎng)距離約為30 km，按每車次超限30 t 計(jì)算。每節(jié)段長(zhǎng)12 m，共1 012 個(gè)節(jié)段 （車次）。 超限運(yùn)輸公路路產(chǎn)補(bǔ)償費(fèi)=0.5×30×30×1 012=455 400 元；超限運(yùn)輸護(hù)送費(fèi)=30×30×1 012=910 800 元；節(jié)省超限運(yùn)輸費(fèi)用合計(jì)1 366 200 元。

5.3.2 減少組合排管側(cè)壁厚度費(fèi)用計(jì)算

組合排管側(cè)壁厚度兩側(cè)各減少5 cm， 共減少10 cm，組合排管長(zhǎng)度按12 150 m 計(jì)算，高度為1.05 m。 組合排管預(yù)制單價(jià)按3 300 元/m3計(jì)算， 那么節(jié)約費(fèi)用=12 150×1.05×0.1×3 300=42 09 975 元。

5.3.3 合計(jì)

累計(jì)節(jié)約成本557.6 萬(wàn)元。

6 結(jié)論

1）組合排管預(yù)制裝配化施工，大大提高了施工效率，且施工標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使整個(gè)項(xiàng)目工期目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

2）通過(guò)研究可知，組合排管裝配化施工技術(shù)對(duì)推進(jìn)雄安新區(qū)的建設(shè)和發(fā)展起到積極促進(jìn)作用， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3）預(yù)制裝配施工，以其高效、標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，具備良好的推廣應(yīng)用前景，為類似工程施工提供了技術(shù)參考與經(jīng)驗(yàn)支撐。