市政工程組合式排管裝配化施工技術研究與應用

陳攀

（中交第二航務工程局有限公司，武漢 430040）

1 工程概況

雄安容東B、C 社區支路配套綜合管網、市政道路、排水管網系統、給水管網系統工程（二期）項目位于雄安容東片區，本項目是河北雄安新區成立后先期開始動工建設的項目片區之一， 該項目位于河北省容城縣東側、 榮成—烏海高速公路北側，規劃用地面積約為13 km2。

本項目綜合管網工程中的組合排管長度為12.150 km，分別布設在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構，其中，電力排管內部管道采用內徑為175 mm 的管道，材質為PVC-C，通信排管內部管道采用內徑為110 mm 的管道，材質為PVC-U，組合排管為兩種內徑管道的排列組合不同分為不同的類型，每延米質量約為5 t（見圖1）。

圖1 B1 型組合排管橫截面圖

2 施工工藝選擇

雄安容東片區是回遷安置區，居民能否順利回遷，事關啟動區及雄安新區整體開發能否順利開展。 本項目全部組合排管需要在1 個月內完成，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施工。 組合排管的傳統施工工藝為鋼筋混凝土現澆施工，優點是成熟可靠，缺點是勞動力需求量大，施工效率較低，施工周期耗時較長，難以滿足上述業主工期目標的要求[1]。

組合排管預制安裝工藝，采用工廠化預制、標準化水平更高，施工現場只需要將組合排管進行安裝連接，每個工作面每日可安裝60 m， 配置7 個工作面同時施工， 施工效率大大提高，完全滿足業主工期要求。

3 組合排管預制工藝研究

針對本項目組合排管預制裝配化施工， 項目的研究工作在借鑒國內外成功的經驗和已有的研究成果基礎上， 通過大量認真細致的研究工作解決了項目組合排管施工應用過程中的技術難點， 同時組合排管裝配化施工技術的應用提高了項目施工效率和施工質量。 其主要研究內容為：（1）組合排管節段預制長度12 m，使用直徑32 mm 吊環起吊，每節段10 個吊環；（2）組合排管側壁設15 cm 深張拉槽,組合排管核心區外側壁厚20 cm；（3）節段間端部連接質量。

3.1 組合排管預制節段長度研究

組合排管節段設計長度為12 m，主要考慮內部管道定尺長度為6 m，同時盡量減少接頭數量，提高安裝效率。 但存在以下3 個問題：（1）組合排管每米質量約5 t ，12 m 節段質量約60 t。現場吊裝環境復雜，交叉施工影響較大，場地受限，吊裝60 t構件較為困難；（2）12 m 節段運輸較為困難， 需要采用加長車輛，同時單節段60 t，屬于超限運輸；（3）單個節段設置10 個吊點，為平衡各吊點受力，需采用專用吊具，起重吊裝不便。

為解決以上問題， 項目部通過與設計單位溝通后將預制節段長度調整為6 m，滿足管道定尺長度6 m 的要求，同時節段質量不超過30 t，解決了吊裝靈活性和超限運輸的問題，同時可將每個節段的吊點數量調整為4 個， 普通直徑32 mm 圓鋼受力無法滿足要求，采用吊環螺釘代替，并采用專用鴨嘴扣吊具。

3.2 組合排管預制節段寬度研究

組合排管采用無黏結預應力筋連接，在側壁設置了15 cm深張拉槽，要求核心區外側壁厚20 cm。 項目部研究分析后發現預應力孔道與排管內部管道的距離較大，存在多余區域，通過與設計單位確認，將核心區外側壁厚調整為15 cm，縮小結構尺寸，為項目部共節約混凝土約為1 300 m3。

3.3 組合排管預制節段端部連接研究

組合排管連接工藝為無黏結預應力筋連接， 并使用遇水膨脹橡膠條防水。 該方案存在以下兩個問題：（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）預制過程中，管道位置的偏差可能會使組合排管連接處存在錯臺，安裝完成后電纜穿線困難。

為解決上述兩個問題， 項目部經研究采用以下措施：（1）在排管端部鋼模板四周增設一圈凸出的鋼帶， 在組合排管預制完成后端部會形成凹槽，組合排管安裝完成后，使用防水砂漿封堵，保護雨水膨脹橡膠條；（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， 使預制完成后的排管各孔道口形成內喇叭口形狀， 即使組合排管在安裝后產生了輕微的錯臺或不均勻的沉降， 仍可以保證線纜順利穿過節段間的組合排管孔（見圖2）。

圖2 B1 型組合排管實物圖

4 組合排管安裝工藝研究

4.1 主要設備研究

組合排管安裝施工主要設備為起重設備， 對以下3 種設備進行比選分析（見表1）[2]。

表1 主要設備選型對比表

單個排管長6 m，最大質量約30 t，綜合考慮場地吊裝條件、工效及經濟性等，現場組合排管安裝選擇100 t 汽車吊，預制工廠內起重吊裝選擇80 t 汽車吊。

4.2 組合排管安裝施工方法

4.2.1 組合排管溝槽開挖

施工前，首先調查該場區是否存在其他管線，根據設計邊坡防護方案進行溝槽開挖，槽底每側預留50 cm 工作寬度。

4.2.2 基底處理

開挖完成后應對地基進行承載力檢測， 當地基承載力不滿足的要求的情況下，應采取換填的方式進行處理[3]。

4.2.3 墊層施工

墊層施工需要達到滿足組合排管安裝的高程和平整度要求，采用長鋁合金導梁作為墊層側模，支立牢固，同時作為振搗梁的行走軌道， 測量復核導梁頂面高程應滿足混凝土墊層設計要求。

4.2.4 組合排管吊裝

（1）在墊層上標出組合排管的中心線和兩條邊線，同時在預制節段上應標出中心線、標高等控制尺寸。 （2）檢查組合排管預制節段的混凝土強度及預制節段和配件的型號、規格、數量等滿足設計要求。 （3）將預制組合排管嚴格按照吊裝順序進行編號，起吊時要嚴格按編號順序依次進行吊裝。

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）組合排管采用無黏結預應力鋼絞線連接，使用小型穿心式千斤頂，單端張拉。 張拉采用張拉力控制，排管兩側各設2個張拉孔，共4 孔，使橡膠條壓力達到1.5 MPa；根據橡膠條壓力和面積換算單根鋼絞線軸力（見表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算表

4.2.6 組合排管回填

使用6%灰土在排管兩側對稱、分層、均勻的進行回填。距頂部1 m 回填土碾壓時， 應采用小于15 t 的非振動性空載碾壓機回填土每層壓實后，應按規范規定進行壓實度檢測，壓實度滿足設計要求后方可繼續回填。

5 效益分析

5.1 社會效益

通過本項目對組合排管裝配化施工技術的研究和應用，助力雄安新區容東片區按期完工，順利完成了居民回遷安置，實現黨和政府對人民的承諾，為建設“妙不可言、心向往之”的未來之城添磚加瓦，產生了重大社會效益。

5.2 工期效益

本項目采用預制裝配化組合排管代替傳統現澆組合排管施工，結合現場實際工作面移交情況并綜合對比分析，現澆施工按同時開展10 個工作面計算，工效為10 人10 d 完成120 m，預制裝配化安裝施工按同時開展7 個工作面計算， 工效為4人1 d 完成60 m。 現澆需要工期102 d，預制裝配化安裝施工需要工期29 d（預制不占用工期），節省工期73 d。

5.3 經濟效益

5.3.1 組合排管節段長度優化節省超限運輸費用計算

超限運輸公路路產補償費用標準為0.5 元/（t·km）； 超限運輸護送費標準為30 元/（車次·km）。 預制場與現場距離約為30 km，按每車次超限30 t 計算。每節段長12 m，共1 012 個節段 （車次）。 超限運輸公路路產補償費=0.5×30×30×1 012=455 400 元；超限運輸護送費=30×30×1 012=910 800 元；節省超限運輸費用合計1 366 200 元。

5.3.2 減少組合排管側壁厚度費用計算

組合排管側壁厚度兩側各減少5 cm， 共減少10 cm，組合排管長度按12 150 m 計算，高度為1.05 m。 組合排管預制單價按3 300 元/m3計算， 那么節約費用=12 150×1.05×0.1×3 300=42 09 975 元。

5.3.3 合計

累計節約成本557.6 萬元。

6 結論

1）組合排管預制裝配化施工，大大提高了施工效率，且施工標準化程度高，使整個項目工期目標、質量目標順利實現。

2）通過研究可知，組合排管裝配化施工技術對推進雄安新區的建設和發展起到積極促進作用， 具有良好的經濟效益和社會效益。

3）預制裝配施工，以其高效、標準的優勢，具備良好的推廣應用前景，為類似工程施工提供了技術參考與經驗支撐。