排水管道噴涂技術結構性修復施工的應用研究

安旭 何威

1.中國建筑第七工程局有限公司 河南 鄭州 450000 2.燕山大學 河北 秦皇島 066004

引言

隨著市政管線負荷量的不斷增大，早期建設的排水管道變形、開裂等現象時有發生，已無法滿足城市雨污水排放的需求。按傳統的明挖施工方法，不僅需對大量的土方進行開挖，管道的更換施工成本較高，如遇管道開挖處處于居民住宅、鐵路或市政道路下，拆遷或交通阻礙等影響代價將更大。

國內對聚氨酯噴涂法的研究大多處于防腐與防水階段，大多忽略了聚氨酯材料自身的結構性。聚氨酯材料具有一定的抗張和抗彎強度，屬于半結構性材料，可以與管道共同承受來自常規的工作壓力和外部荷載。何威等人在聚氨酯噴涂法在排水管道修復中的應力分析與應用中明確闡述了聚氨酯在管道噴涂前后的應力變化情況，劉柯夫等人也提出快速固化聚氨酯噴涂內襯技術在修復給水管道的應用，郭健也開發出一種非開挖管道修復用聚氨酯固化體系。

本文在此基礎之上，提出聚氨酯噴涂施工操作工藝及要點，利用聚氨酯提高管道的耐壓、耐腐蝕性能的同時，也考慮排水管道修復時聚氨酯材料的結構性，以延長管道的使用壽命，同時免了傳統明挖施工所帶來的成本較高、破壞道路、影響交通、周期長等諸多問題，有著更好的經濟和社會效益。

1 工程概況

依托工程為寶能科技城（寶華一期）A-06-02地塊施工總承包工程，位于貴州省貴陽市雙龍航空港經濟區，龍路以東、龍洞堡大道以南、西南環線以北處，本項目建筑主要為商業及辦公樓，總用地面積約6萬m2，總建筑面積約25萬m2。

施工過程中，項目臨近的部分市政排水管道，因施工引起的道路路段發生不均勻沉降，致使該路段區域（563m）管道局部出現不同程度的破裂現象，管道管徑為1800mm。為保證項目施工進度及成本，經本項目技術管理人員溝通，采用聚氨酯噴涂技術對該段管道進行修復。

2 模型建立

2.1 模型構建

采用ANSYS有限元軟件對埋地管道結構進行有限元分析，以便更加精確的得出聚氨酯噴涂前后的受力情況。

根據彈性層狀理論體系和車輛荷載的作用方式，整體計算模型可采用如圖1所示。

3 施工工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程

圖2 施工工藝流程圖

圖1 管道-瀝青路面計算模型

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

1 作業條件及人員準備

收集道路周邊管線的類型及分布等資料部署施工，同時，根據工程量大小，配備相應的管理人員及施工工人，對特殊工序要求工人持證上崗。

2 機具及材料準備

作業人員明確管道所在位置及所須噴涂的聚氨酯厚度，準備噴涂機、沖擊鉆、噴槍、扳子等相關機具，并檢查機具符合要求，同時，計算水溶性聚氨脂（A組分）、油性聚氨酯（B組分）、水不漏、水泥等材料用量，充分準備施工材料，保證現場順利實施。

3 作業條件準備

運行時間較為長久的地下管道，通常存在淤泥沉積和污水滯留，且管道通風不暢，地下管道中一般會產生硫化氫、甲烷等有害氣體。另外，城市道路地下管線錯綜復雜，城市燃氣管道等氣體泄露可能會擴散到排水管道中。若施工人員貿然進入管道會對人身安全構成危害，因此必須對管道通風處理。

工程開工前，首先開啟作業井及其上下游的井蓋進行自然通風，通風時間約為2h；自然通風后再利用鼓風機進行機械通風。通風完成后，使用氣體探測儀探測管道內的有害氣體含量，檢測合格后施工人員才能進行后續修復工作。

3.2.2 堵水、清淤

堵水是管道聚氨酯噴涂非開挖修復重要的預處理措施，應避開雨天進行施工，避免出現大面管道堵水情況。排水管道在長期的運行中，會存在大量的污泥、垃圾等沉積物，修復時需要對污泥、垃圾等進行清除。可采用人工清理和機械清淤相結合的方式。當沉積物較少時，主要采用大流量水沖洗，輔以人工清理；當沉積物較多時，采用人工進入管道進行清淤的方法。

3.2.3基層處理

采用化學灌漿止水后粘貼防腐材料對管道內漏水點依次進行修補；管道內表面破損部位剔鑿清洗干凈，釘掛鋼絲網并使用快干水泥進行人工修復平整，保證修復處不得出現脫落現象。

3.2.4 噴涂施工

根據計算聚氨酯噴涂厚度確定的聚氨酯噴涂量，將聚氨酯A、B兩種組分水性聚氨酯與油性聚氨酯分開放入加熱器中加熱到50℃，預熱時間約4小時。材料預熱結束后，將聚氨酯A、B兩種組分按2.5：1（體積比）的比例均勻混合。

首先試噴涂5～10s，排出聚氨酯組分瓶和噴槍內的空氣和雜質。每次正式噴涂前，都需要在施工現場先噴涂一塊標準樣塊，現場噴涂試驗結束后，待噴涂成型的材料冷卻，由建設單位、監理單位等單位檢查驗收其噴涂的厚度、色澤和光滑度是否滿足要求。

若不滿足要求，表明材料的預熱時間或噴涂設備所設置的參數不滿足設計要求，應進行檢查核對，并再次進行噴涂試驗直至符合要求。若滿足要求，將樣塊留樣備案并對工人進行交底，將噴涂機轉移至管道中進行對照噴涂。

噴涂工人采用噴槍對管道內表面進行噴涂，采取快速掃噴方式，間隔時間根據環境溫度不同，以表干時間為準，噴涂施工應分層多次完成：第一層為打底噴涂，厚度不宜過厚，每1mm厚膩子噴涂3遍為宜，走槍速度設置為40～60cm/s，然后進行后續分層噴涂，噴涂的最佳壓力應設置0.7～0.75MPa，噴涂距離應保持在15～20cm，噴槍應垂直于待噴基底。聚氨酯涂層10s即可形成膠體，30～60min后可恢復使用，4～6h后完全固化。

3.3 質量要求

3.3.1 檢查標準

鑒于本文采用材料為新型材料，目前國內無明確檢查標準，檢驗標準可參考借鑒《樹脂澆鑄體拉伸性能試驗方法》GB/T 2568-1995、《色漆和清漆 耐磨性的測定 旋轉橡膠砂輪法》GB/T 1768-2006、《橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗方法》GB/T531-1999、《樹脂澆注鑄體彎曲性能試驗方法》GB/T 2570-1995及本工程材料所參考的美國實驗與材料協會（ASTM）D7234及D4542。

3.3.2 檢查程序

班組自檢→班組互檢→班組交接檢查→項目部工長檢查→項目部專職質檢員檢查→監理工程師檢查。

班組提前兩小時申報，同時要說明申報部位和班組檢查情況，然后向專業工長報驗，合格后向技術質量部專職質檢員申報，專職質檢員檢查合格后申報監理單位，過程中嚴格執行質量驗收一票否決制，不合格部位堅決返工，直至驗收合格。

3.3.3 檢查內容

管道噴涂完畢后要進行驗收，驗收項目主要包括外觀、噴涂厚度、粘結強度和噴涂材料的力學性能檢查。

（1）外觀檢查

噴涂后采用觀察法對噴涂管道質量進行評定，檢查標準為噴涂材料和管道之間無任何間隙，噴涂材料無脫落和坍塌，材料表面均勻、連續、光滑，無肉眼可以觀察到的氣泡、水泡，整個噴涂表面未出現任何形式的裂縫。

（2）噴涂厚度檢查

噴涂厚度的檢查方式可分為兩種。一種是從噴涂工程上取樣檢查，利用超聲波檢測儀檢查所取樣品的厚度；另外一種是采用預先設置計量釘來校驗噴涂的厚度。

聚氨酯噴涂厚度偏差要求為[-0.1,+0.1]范圍內。

（3）粘結強度檢查

噴涂材料和原結構體的的粘結可以通過工程上采集樣品來檢查，鑒于目前國內無相關標準，檢驗標準可參考借鑒美國實驗與材料協會（ASTM）D7234及D4542。

（4）力學性能檢查

在工程驗收方認為須進行力學性能檢查，噴涂材料的物理特性可取樣由建設單位委托的第三方單位檢查，物理特性的取樣樣本在實際噴涂過程管道中取得。

4 綜合效益

4.1 社會效益

排水管道的修復施工具有較高的隱蔽性，其過程控制往往比一般地上結構的修復更為復雜，更容易造成質量隱患。如若處理不當，就會產生各種質量事故，可能使得項目工期、成本、質量、安全方面等造成重大損失。

本文所講述的聚氨酯噴涂在排水管道非開挖修復中的施工方法，可保證排水管道修復質量，避免了傳統明挖產生的交通堵塞、揚塵、噪音等現象，為市民的生產生活營造了良好的環境，獲得參建單位及政府監察部門的一致好評，可為項目創造良好的社會效益。

4.2 經濟效益

本工程中，管道修復長度為563m，管道頂距路面1m。明挖更換管道及聚氨酯噴涂修復進行經濟對比如下：

4.2.1 明挖法施工

管道材料費：563×850（元/m）=578550元；

考慮兩側放坡1：0.5，管道開挖土方量為：（2.4+5.2）×2.8×563=11980.64m3；

本項目運距1Km以內土方開挖全費用單價為13元/m3，則需花費：11980.64×13=155748.32元；

保守估計明挖施工花費為：578550+155748.32=734298.32元。

4.2.2 聚氨酯噴涂

根據本項目要求，聚氨酯噴涂3mm的單價為980元/m，其中含人、機、料、稅及安全文明施工等。則所須花費：563×980（元/m）=551740元。

相較與明挖法施工，則采用聚氨酯噴涂施工直接產生經濟效益：

734298.32 -551740=182558.32元。

同時，聚氨酯噴涂管道修復施工，每人每天可噴涂30m，兩個人同時作業，10天內即完成本項目的修復施工，且質量有保證。且聚氨酯噴涂施工，避免了破壞路面、阻礙交通、住宅拆遷、施工周期長等問題，間接經濟效益明顯。

5 結語

本文所講述的排水管道噴涂技術結構性修復施工方法，不僅利用了聚氨酯材料的抗張和抗彎，充分發揮了聚氨酯材料的結構性能，同時，也充分利用看聚氨酯材料的防腐與防水性能，發揮了材料環保、便攜、高效等特點，具有良好的經濟效益及社會效益。