預應力混凝土給水管道施工技術分析

孫 偉

(深圳市建安(集團)股份有限公司， 廣東 深圳 518040)

在調水工程眾多方案對比中，大直徑預應力混凝土管在成本、生產、施工、抗腐蝕等方面體現出了優勢，發展前景巨大。但預應力混凝土管道存在自重大、接口多等缺點，在施工和運行過程中容易發生漏水事故，需要在施工中高度重視。

1 項目概況

某新建給水管道工程采用Ⅲ級雙排預應力混凝土管，一期總里程為15 km，管徑在DN800～DN1 000，使用壓力為0.4 MPa，主要工程地質為粉質粘土、粉砂，部分區域為淤泥質粉質粘土需進行地基處理，地下水位于2～6 m處。穿越河流部分采用倒虹吸，穿越縣級及以下公路采用支護開挖，穿越省級道路采用頂管或拉管施工。

2 測量與開挖

校核永久控制點，建立測量控制網。每20 m設一個斷面，確定管道的中線和開挖坡頂與坡底的邊線，反推管道底部標高。結合現場地質條件和設計圖紙，將邊坡坡率控制在1 ∶1～1 ∶1.5。

溝槽開挖過程中隨時檢查管道的軸線、槽底寬度、槽底標高，槽底預留200～300 mm進行人工開挖，施工過程應避免對原有地基的擾動，開挖時根據管槽的坡度，由下游向上游方向開挖[1]。堆土底邊與溝槽上開口的距離不小于1 m，堆土高度小于1.5 m。人工開槽深度超過3 m時分層開挖，每層深度不超過2 m，機械分層開挖深度按照機械性能確定，一般不超過4 m。對于超挖部分嚴禁采用原土回填壓實，應采用中粗砂分層回填壓實，壓實完成后避免重型機械在上行走。

3 地基處理

溝槽開挖完成后，將槽底清理干凈，進行釬探實驗，查看地基是否均勻、是否有古井、墳墓等影響地基承載力的情況，根據釬探情況在平面布置圖上標注特硬和較軟點的位置。由于部分地段地下水位較高，施工過程中出現滲水現象，將管槽地基浸泡，造成承載力降低。降水采取明排方式，槽底粉質粘土層承載力較低，采用級配碎石或山皮石換填(如表1所示)，級配碎石換填厚度為300 mm，山皮石換填厚度為500 mm，換填后地基承載力不小于100 kPa。現場降排水工作持續至管道安裝、土體回填完成，現場試驗數據見表1。

表1 槽底級配碎石和山皮石換填處理分析Tab.1 Analysis of filling treatment of graded gravel and gravel at trough bottom

4 管道安裝

為降低管道轉場過程中產生的管道破損影響，在管道進場后沿管道路徑進行排管、放管，排管按照從下游往上游的順序進行，確保承口向上游、插口向下游[2]，安裝從下游往上游進行，以提升工作效率和安裝質量。

安裝前首先對管道外觀質量進行檢查，若管道有徑向裂紋、承插口露筋等質量問題嚴禁使用。對管道內雜物進行清理，膠圈尺寸與管徑相適應，膠圈安裝在承口底部，安裝過程防止膠圈翻滾，密封不嚴。

管道吊裝采用吊帶吊裝，使用前檢查吊帶質量，確保其滿足施工要求。吊帶采用雙吊點，吊點選擇在管道長度的1/3～2/3處，吊裝過程控制好吊裝速度，防止管道與其他物體碰撞導致受損。

管道預就位后，對管道承插口部位基礎砂墊層進行開挖，確保管道安裝時管身與墊層緊貼，安裝過程中根據承口高低調整開挖的深淺。管節調整完畢后，用鉸鏈在管道的兩側將承口和插口連接在一起，左右鉸鏈同時進行緊固，施工過程中及時測量管道的標高和軸線，防止兩側受力不均造成管道偏移。

管道膠圈表面和工作面應涂刷無腐蝕性的潤滑劑，在插口的凹槽內套入膠圈，保證膠圈在凹槽內受力均勻、不出現扭曲翻轉的現象。為方便檢查插口是否到位，要在拆口上按要求做好安裝標記，安裝插口的時候，將插口一次性插入承口內[4]，直到顯示安裝標記為止。安裝后放松外力，管節回彈不得大于10 mm，且膠圈應在承插口工作面上。鋼筋混凝土管沿直線安裝，管口間的縱向間隙最小不得小于5 mm，接口允許轉角應符合規范的規定。

預應力混凝土管道穿越道路采用明挖回填施工，施工完成后長期的地面車輛荷載會使管道產生不均勻沉降，管道承插口自然角度增大，易出現滲漏，因此對穿越道路管道采用鋼筋混凝土包封的處理措施。基礎開挖至標高后，施工10 cm厚混凝土墊層，安裝管道，綁扎鋼筋澆筑包封混凝土(如圖1所示)，達到混凝土強度的50%后進行回填。

圖1 穿越道路包封斷面Fig.1 Encapsulation section of crossing road

5 預應力混凝土管與鋼管的轉換

大量論證和分析得出，允許預應力混凝土管道自然轉角最大為1.5°，自然轉角超過1.5°或與各類閥門連接時需采用鋼制轉換頭連接[3]。預應力混凝土管采用柔性接頭，鋼管采用剛性接頭，剛性接頭按照柔性接頭的實測尺寸加工，如圖2所示。

圖2 鋼制承插口Fig.2 Steel socket

鋼制承插口按照管徑的大小進行定做，承插口后預留500～1 000 mm焊接鋼管，便于與后續焊接管道進行焊接連接，如圖3所示。在鋼管轉彎處彎頭兩側采用混凝土支墩加固，讓外應力不集中在接口處，使剛性接口與兩側預應力混凝土管道保持變形同步。

圖3 管道轉彎焊接鋼管施工Fig.3 Pipe turning welding steel pipe construction

6 閉水實驗

閉水實驗前，完成水壓試驗堵板和后背支撐的設計和施工。經計算，當管道的實驗水壓升到0.6 MPa后，堵板承受的壓力達到60 t，后背在堵板的推動下將產生向后的位移，根據計算在保證1.5～2.0的安全系數的前提下采用2 cm后鋼板加工成型做堵板，打入8根豎向槽鋼作為鋼板樁深入土中1.5 m，在堵板和槽鋼樁之間采用螺桿式千斤頂調節位移。

實驗前，除管道接口外，管道兩側和管頂以上回填不小于500 mm(如圖4所示)，防止實驗階段管道注水后滾動造成管道滲漏。

圖4 閉水實驗前管道土方回填Fig. 4 Pipe earthwork backfill before closed water experiment

分段進行管道閉水實驗，抽取管道長度的1/3進行壓力實驗，單個實驗長度不超過1 km。安裝實驗段后背和堵板、進水管路、排水孔、加壓設備后，向管道內注水，浸潤48 h后分級加壓至實驗壓力，保持恒壓10 min，檢查接口、管身無破損和滲漏，現場即為合格[5]。

實驗過程中嚴禁人員站在堵板的后方，加壓過程中設備有人員全程值守。

7 管槽的回填

管道的掖角回填中粗砂，壓實度大于0.95，起到固定管道的作用，由于工作面狹窄不具備大型機械夯實處理的條件，采用人工小型機械夯進行夯實。

其余部分按照設計要求分層回填、夯實，分層厚度不超過500 mm。施工前設置試驗段，確定夯實技術參數。人工夯實時，不少于3遍，夯擊嚴格控制施工工藝，一壓半夯，夯夯相連。分段測取壓實度，合格后進行下一層的回填。

管頂500 mm以上回填采用小型壓路機碾壓，碾壓參數根據實驗確定，碾壓3～4遍，碾壓輪距搭接不少于500 mm，邊緣、轉角處、碾壓不到位的部位，采用蛙式打夯機隨層補夯，保證壓實度符合要求，如圖5所示。

圖5 管道回填斷面Fig.5 Section of pipeline backfill

8 結論

① 對于預應力給水管道施工，如對軟土基地管道基礎進行換填處理，綜合可考慮采用級配碎石或山皮石回填處理基礎。在滿足承載力的基礎上，工期保障和成本控制效果明顯。

② 保證柔性承插口墊圈安裝質量，防止墊圈在安裝過程中翻滾，降低管道滲漏風險。

③ 大直徑管道閉水試驗加壓過程中管道易滾動，須在管道兩側進行回填固定，承插口出露，便于觀察滲漏位置。

④ 相鄰兩節管道安裝過程中，隨時控制管道安裝軸線的線性符合設計要求，避免自然角度過大造成滲漏。

⑤ 預應力混凝土管道穿越道路下方時，采用鋼筋混凝土包封處理，可有效降低不均勻沉降。