試論市政給排水預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道施工技術(shù)

摘 要：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道施工技術(shù)以其優(yōu)越的抗?jié)B性、抗腐蝕性以及較低的成本，逐漸成為市政給排水工程中的主流技術(shù)。基于此，探討預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道施工技術(shù)的發(fā)展，研究預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的施工技術(shù)，探討施工中可能遇到的問題及解決方法，以便提高市政給排水工程的施工質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：市政給排水；預(yù)應(yīng)力；鋼筋混凝土；管道施工技術(shù)

中圖分類號：TU528.73" " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）01-0020-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，市政給排水系統(tǒng)的建設(shè)需求日益增加，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道（PCCP，Prestressed Concrete Cylinder Pipe）以其高強(qiáng)度、高耐久性和良好的抗?jié)B性，而被廣泛應(yīng)用于市政給排水工程中。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的施工技術(shù)較為復(fù)雜，涉及預(yù)應(yīng)力筋的張拉、混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，施工過程中的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響管道的最終質(zhì)量和使用壽命，因此深入研究預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的施工技術(shù)，探討施工中可能遇到的問題及解決方法，對于提高市政給排水工程的施工質(zhì)量和效率具有重要意義。

1 預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)原理

預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的原理是在混凝土構(gòu)件中施加預(yù)應(yīng)力，使其在使用荷載作用下保持壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高其承載能力和抗裂性能。預(yù)應(yīng)力技術(shù)利用高強(qiáng)度的鋼筋或鋼絲，通過張拉設(shè)備將其預(yù)先拉伸，然后固定在混凝土構(gòu)件中。在施加外部荷載之前，預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼絲已經(jīng)對混凝土產(chǎn)生了一定的壓應(yīng)力。這種預(yù)應(yīng)力的存在，使得混凝土在承受外部荷載時(shí)，要先克服預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的壓應(yīng)力，從而有效減少了拉應(yīng)力的產(chǎn)生。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的結(jié)構(gòu)一般包括鋼筒內(nèi)襯、環(huán)向和縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋[1]。

鋼筒作為內(nèi)襯主要承擔(dān)內(nèi)部水壓和外部土壓力的作用。環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋沿管道的圓周方向布置，通過張拉設(shè)備施加環(huán)向預(yù)應(yīng)力，使得管壁在環(huán)向上始終處于壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高其抗裂性能和抗?jié)B性能。縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋沿管道的軸向布置，通過張拉設(shè)備施加縱向預(yù)應(yīng)力，使得管壁在縱向上也處于壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高其整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的施工技術(shù)

2.1 溝槽開挖

溝槽的溝底寬度應(yīng)滿足管道的鋪設(shè)和地下水排出的需要。在溝底采用龍門起重機(jī)安裝鋪設(shè)PCCP時(shí)，溝底寬度應(yīng)適當(dāng)增加。溝底寬度一般按以下方式設(shè)置：當(dāng)管徑≤1 000 mm時(shí)，取管外徑＋2×500 mm；管徑≥1 200 mm時(shí)，取管外徑＋2×600 mm。

地下水位較高或雨季施工時(shí)，應(yīng)采取降水或排水措施。在任何情況下不允許溝內(nèi)長時(shí)間積水，以防止浮管現(xiàn)象。溝槽開挖現(xiàn)場圖如圖1所示。

2.2 管道制作

2.2.1 鋼筒

鋼筒作為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的主要受力構(gòu)件，其制作質(zhì)量直接影響整個(gè)管道的性能和使用壽命，其中鋼筒制作通常包括以下4個(gè)主要工序：鋼板下料、卷筒、焊接及質(zhì)量檢驗(yàn)。

鋼板下料是將大塊鋼板按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割。其切割精度直接關(guān)系到后續(xù)工序的順利進(jìn)行。卷筒工序則是將下料后的鋼板卷成圓筒形，確保其直徑和圓度符合設(shè)計(jì)要求。在焊接工序中，需要將卷筒后的鋼板邊緣進(jìn)行焊接，使其形成完整的鋼筒結(jié)構(gòu)。焊接質(zhì)量對鋼筒的密封性和強(qiáng)度至關(guān)重要，因此焊接過程中需嚴(yán)格按照規(guī)范操作。焊縫完成后，要進(jìn)行無損探傷檢查，這是質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵步驟之一，即通過超聲波檢測、射線檢測等無損探傷技術(shù)，及時(shí)檢查焊縫中的裂紋、氣孔等缺陷，并進(jìn)行修復(fù)，以確保鋼筒的整體質(zhì)量和安全性[2]。鋼筒示意圖如圖2所示。

2.2.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑作為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其質(zhì)量直接關(guān)系到管道的整體性能和使用壽命，因此需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范和工藝要求進(jìn)行操作。

在預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，緊接著需要在鋼筒外表面進(jìn)行混凝土澆筑。混凝土的配合比需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配比，以確保其強(qiáng)度、密實(shí)度和耐久性。

混凝土澆筑過程中的質(zhì)量控制尤為重要，這個(gè)階段需要避免混凝土離析和空洞的產(chǎn)生。離析現(xiàn)象會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，空洞則會影響管道的密實(shí)性和抗?jié)B性能。所以，施工隊(duì)在混凝土澆筑過程中，需采用振搗設(shè)備進(jìn)行充分振搗，以排除混凝土中的氣泡和空隙，確保其密實(shí)度和均勻性。等到振搗完成后，便需要對混凝土表面進(jìn)行抹平處理，確保其平整度和光滑度[3]。

混凝土澆筑還需注意施工環(huán)境的溫度和濕度條件，避免在不利條件下施工，以免影響混凝土的性能。等到澆筑完成后，便要開始進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)，防止混凝土表面水分過快蒸發(fā)而導(dǎo)致開裂。

2.2.3 養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)，以確保其強(qiáng)度和耐久性。養(yǎng)護(hù)是混凝土硬化過程中至關(guān)重要的一步，主要目的是保持混凝土的濕潤狀態(tài)，防止水分過快蒸發(fā)而導(dǎo)致的表面開裂和強(qiáng)度不足。

常見的養(yǎng)護(hù)方法包括：濕養(yǎng)護(hù)和覆蓋養(yǎng)護(hù)。濕養(yǎng)護(hù)是通過在混凝土表面灑水，保持其濕潤，適用于氣候干燥或風(fēng)力較大的施工環(huán)境。覆蓋養(yǎng)護(hù)是利用覆蓋材料，如麻袋、塑料薄膜等，覆蓋在混凝土表面，防止水分蒸發(fā)。這種方法能夠有效保持混凝土的濕度，適用于大面積施工場地。

為確保混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)施工規(guī)范和混凝土配合比的要求來確定，一般在7～14 d，在養(yǎng)護(hù)過程中需要定期檢查混凝土表面的濕潤情況，及時(shí)補(bǔ)充水分，避免因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致的質(zhì)量問題。通過科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)，才能夠有效提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度和耐久性，確保預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的長期使用性能[4]。

2.3 管道安裝

2.3.1 基礎(chǔ)處理

管道安裝前進(jìn)行基礎(chǔ)處理是確保管道穩(wěn)固性和施工質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。基礎(chǔ)處理通常采用砂礫墊層或混凝土基礎(chǔ)，具體選擇取決于工程設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場地質(zhì)條件。砂礫墊層是一種常見的基礎(chǔ)處理方式，通過鋪設(shè)一定厚度的砂礫層，提供一個(gè)平整且具有良好排水性能的基礎(chǔ)。這種方法具有成本低、施工方便的優(yōu)點(diǎn)，但需要嚴(yán)格控制砂礫的級配和壓實(shí)度，以確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和均勻性。混凝土基礎(chǔ)適用于地質(zhì)條件較差或需要提供額外承載能力的場合，其通過澆筑混凝土層，形成一個(gè)堅(jiān)固且平整的基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)的厚度和配合比需按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，以確保其具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。

基礎(chǔ)的平整度和密實(shí)度是基礎(chǔ)處理的重要質(zhì)量指標(biāo)，可通過使用激光平整儀等先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行精確控制，可以確保基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。基礎(chǔ)處理過程中還需考慮排水和防滲措施，以防止地下水滲入影響基礎(chǔ)穩(wěn)定性。通過科學(xué)合理的基礎(chǔ)處理，便可以為管道的順利鋪設(shè)和長期運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障[5]。

2.3.2 管道鋪設(shè)

管道鋪設(shè)是市政給排水工程的重要環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行軸線和標(biāo)高控制，以確保管道的順直度和坡度。軸線控制是通過測量放線技術(shù)，將設(shè)計(jì)圖紙上的管道中心線準(zhǔn)確標(biāo)定在施工現(xiàn)場，確保管道在水平和垂直方向上的正確位置。標(biāo)高控制則是通過測量儀器，確保管道在縱向上的坡度符合設(shè)計(jì)要求，以保證排水的順暢。

管道的連接方式一般采用承插口或法蘭連接，具體連接方式取決于管道材質(zhì)和施工要求。承插口連接是通過在管道端部設(shè)置承口和插口，將相鄰管道插接在一起，并通過密封圈進(jìn)行密封處理，以防止漏水。這種連接方式具有安裝方便、密封性能好的優(yōu)點(diǎn)。法蘭連接是通過在管道端部安裝法蘭盤，將相鄰管道通過螺栓連接在一起，并在法蘭盤之間設(shè)置密封墊片，以確保密封效果[6]。法蘭連接通常適用于管道需要頻繁拆卸和維護(hù)的場合。

無論采用何種連接方式，均需進(jìn)行嚴(yán)格的密封處理，以防止漏水和滲水。管道鋪設(shè)過程中，還需進(jìn)行中間驗(yàn)收，確保每一段管道的鋪設(shè)質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)施工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.3.3 回填及壓實(shí)

管道鋪設(shè)完成后，進(jìn)行回填和壓實(shí)是確保管道穩(wěn)定性和保護(hù)管道的重要步驟。

回填材料一般采用砂礫或碎石，這些材料具有良好的排水性能和壓實(shí)性能，能夠有效保護(hù)管道并防止地基沉降。回填時(shí)應(yīng)分層進(jìn)行，每層厚度不宜過厚，一般控制在20～30 cm，以確保壓實(shí)效果。分層回填的目的是通過逐層壓實(shí)，使填料達(dá)到設(shè)計(jì)的密實(shí)度，從而提供足夠的支撐力和穩(wěn)定性。

壓實(shí)度是回填質(zhì)量的重要指標(biāo)。通過使用壓實(shí)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行逐層壓實(shí)，可以確保每一層填料的密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在壓實(shí)過程中，應(yīng)注意避免對管道造成損壞。可以在管道上方覆蓋一層保護(hù)層，以減少壓實(shí)設(shè)備對管道的直接壓力。

回填過程中還需進(jìn)行質(zhì)量檢測，如密實(shí)度檢測和沉降觀測，以確保回填質(zhì)量符合要求。通過科學(xué)合理的回填和壓實(shí)，可以有效提高管道的穩(wěn)定性和耐久性，確保市政給排水工程的長期運(yùn)行效果[7]。

2.4 質(zhì)量控制

2.4.1 材料檢驗(yàn)

在施工過程中，材料的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量和使用壽命。因此，對鋼筒、預(yù)應(yīng)力筋和混凝土等關(guān)鍵材料的嚴(yán)格檢驗(yàn)至關(guān)重要。

施工隊(duì)要重點(diǎn)關(guān)注其焊縫的質(zhì)量，因?yàn)楹缚p的強(qiáng)度直接影響到鋼筒的承壓能力和密封性。而采用無損探傷技術(shù)對焊縫進(jìn)行全面檢查，便可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的缺陷，從而確保鋼筒的整體性能。

預(yù)應(yīng)力筋作為增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)承載力的關(guān)鍵要素，其強(qiáng)度等級和彈性模量必須符合設(shè)計(jì)要求。通過實(shí)驗(yàn)室的拉伸試驗(yàn)，便可以準(zhǔn)確地測定預(yù)應(yīng)力筋的力學(xué)性能，確保其滿足工程需要。

混凝土作為主要的承重材料，其抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能等也是通過實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)來確定的，這些細(xì)致的檢驗(yàn)工作為后續(xù)的施工提供了堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量保證。

2.4.2 施工監(jiān)測

施工監(jiān)測是確保工程質(zhì)量不可或缺的環(huán)節(jié)。在施工過程中，一方面要對預(yù)應(yīng)力筋的張拉力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整張拉工藝，避免因張力不足或過大而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。另一方面，混凝土澆筑過程中的質(zhì)量監(jiān)測同樣重要，其中監(jiān)測參數(shù)包括混凝土的坍落度、和易性等指標(biāo)都需實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保澆筑的均勻性和密實(shí)性。

對混凝土的養(yǎng)護(hù)情況進(jìn)行記錄也是必不可少的，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)可以保證混凝土的正常硬化強(qiáng)度發(fā)展，防止裂縫的產(chǎn)生。通過施工監(jiān)測，施工人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，從而確保每一個(gè)施工環(huán)節(jié)都符合預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.3 管道驗(yàn)收

管道施工完成后，全面的驗(yàn)收工作是確保管道質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求的最后關(guān)卡。外觀檢查可以直觀地發(fā)現(xiàn)管道表面是否存在明顯的缺陷或損傷。尺寸檢查則能驗(yàn)證管道的加工精度和安裝準(zhǔn)確性。壓力試驗(yàn)則是對管道性能的一次全面考驗(yàn)，在管道內(nèi)充水后進(jìn)行的壓力試驗(yàn)，其不僅能檢測管道的抗?jié)B性能，還能驗(yàn)證其密封性。

這一環(huán)節(jié)對于確保管道在未來使用中的安全性和可靠性至關(guān)重要。通過這些嚴(yán)格的驗(yàn)收流程，施工隊(duì)也可以確保管道質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)的投入使用提供堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量保障[8]。

3 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道作為市政給排水工程中的重要材料，其施工質(zhì)量直接影響工程的整體性能和使用壽命，所以可以通過合理的施工技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，去有效提高預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道的施工質(zhì)量，這樣便能保障市政給排水工程的順利實(shí)施。

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收稿日期：2024-06-19

作者簡介：劉金城（1995—），男，山東淄博人，本科，工程師，研究方向：給水排水工程。