王天翼 趙志峰 王小征

(北京翔鯤水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 100192)

在混凝土全包封輸水管道施工過(guò)程中，管道安裝精度要求高、施工難度大，目前國(guó)內(nèi)普遍做法為用混凝土支墩控制管道安裝位置，此種方法包封混凝土支墩一旦澆筑成型，安裝的精度就很難調(diào)整，并且支墩形式及精度很難控制，也不足以保證鋼管施工時(shí)的安全性。本技術(shù)利用長(zhǎng)方體塊狀混凝土支墩承重，采用穩(wěn)管鋼支架進(jìn)行穩(wěn)管，可以提高管道安裝質(zhì)量、保證施工安全，在工程中經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，效果良好，受到業(yè)主的高度評(píng)價(jià)。北京市南水北調(diào)配套工程河西支線明挖工程中應(yīng)用了混凝土全包封輸水管道施工技術(shù)進(jìn)行管道安裝，實(shí)踐證明，該技術(shù)確實(shí)提高了管道安裝質(zhì)量、縮短了施工工期、保證了施工安全。2018年9月4日鋼管全包封混凝土澆筑穩(wěn)管支撐結(jié)構(gòu)獲實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)。該技術(shù)成果在北京市南水北調(diào)配套工程?hào)|干渠亦莊調(diào)節(jié)池工程中應(yīng)用，受到業(yè)主的高度評(píng)價(jià)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程河西支線工程大寧水庫(kù)—小清河段管道鋪設(shè)(ZY0+000～ZY2+634),明挖段管道全長(zhǎng)共計(jì)2235m。鋼管采用C25混凝土全包封結(jié)構(gòu)，管道直徑為2600mm，鋼管材質(zhì)為Q235C，鋼管壁厚20mm,采用鋼筋混凝土全包封結(jié)構(gòu)，包封厚度600mm。

2 技術(shù)原理

本施工技術(shù)利用混凝土支墩承重，采用穩(wěn)管鋼支架進(jìn)行穩(wěn)管。將混凝土支墩制作成長(zhǎng)方體塊，用于鋼管承重，現(xiàn)場(chǎng)便于施工。穩(wěn)管鋼支架用于固定和調(diào)節(jié)管道的橫向位置，穩(wěn)管鋼架與鋼管處制作一與鋼管同弧度接觸面。為保障鋼管的安裝精度，將精度的兩個(gè)參數(shù)高程和軸線位置分開(kāi)控制。長(zhǎng)方體支墩調(diào)整高程，穩(wěn)管支架對(duì)其軸線位置進(jìn)行限定，可以防止鋼管安裝過(guò)程中滾動(dòng)并且可靈活調(diào)整鋼管的位置，便于鋼管安裝。

3 流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

澆筑混凝土支墩、布置穩(wěn)管支架→吊裝入槽(不摘鉤)→定位→鋼管焊接→撤出澆筑倉(cāng)兩側(cè)穩(wěn)管支架→鋼筋安裝→模板安裝→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)。

3.2 澆筑混凝土支墩、布置穩(wěn)管支架

混凝土支墩作為鋼管的主要承重結(jié)構(gòu)，尺寸為1.8m×0.28m×0.58m(長(zhǎng)×寬×高)，支墩位置調(diào)整至距鋼管口端部1.5m處，混凝土支墩水平間距3.0m，見(jiàn)圖1。支墩頂部墊一層橡膠墊以保護(hù)鋼管防腐涂層，待鋼管對(duì)口精調(diào)完成后取掉橡膠墊。

圖1 支墩正視圖及側(cè)視圖 (單位:m)

考慮到鋼管安裝時(shí)的安全性，在鋼管兩側(cè)設(shè)計(jì)兩組穩(wěn)管支架作為穩(wěn)管措施。穩(wěn)管鋼架采用14號(hào)槽鋼制作，與鋼管接觸面用鋼管制作成圓弧面，槽鋼及鋼管之間全部采用焊接方式連接，且鋼管上設(shè)置10mm木板(圓弧面)，再在其木板上鑲釘10mm厚橡膠板。具體設(shè)計(jì)尺寸及制作形式見(jiàn)圖2。

圖2 穩(wěn)管支架正視圖及側(cè)視圖 (單位:m)

每根鋼管安裝需要兩組穩(wěn)管支架，分別放置在鋼管兩側(cè)靠近支墩內(nèi)側(cè)。其具體放置位置見(jiàn)圖3。把兩組穩(wěn)管支架按照設(shè)計(jì)位置放在鋼管兩側(cè)，穩(wěn)管支架中點(diǎn)與管軸線投影位置重合，穩(wěn)管支架的兩托架水平凈距為2.0m。

圖3 支墩及穩(wěn)管支架布置圖 (單位:m)

3.3 吊裝入槽

每根鋼管設(shè)置兩個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)位置為距管道兩端的三分之一處。用吊車(chē)將鋼管吊運(yùn)至設(shè)計(jì)位置，放在兩個(gè)支墩上(先不摘除吊鉤)，并用穩(wěn)管支架限定其軸線位置，待鋼管穩(wěn)定后摘鉤。

3.4 定位

吊車(chē)吊運(yùn)鋼管時(shí)，指揮人員嚴(yán)格控制鋼管就位位置，一次將鋼管縱向位置調(diào)整到位，局部縫隙采用2個(gè)5t手拉葫蘆進(jìn)行微調(diào)。縱向位置調(diào)整完成后調(diào)整高程位置，采用2個(gè)5t千斤頂將鋼管輕微頂起，調(diào)整到位后在支墩上墊厚度適宜的橡膠墊。再通過(guò)穩(wěn)管支架上的對(duì)拉螺栓固定托架以固定鋼管的橫向位置，調(diào)整到位后，復(fù)測(cè)符合要求后將相鄰鋼管點(diǎn)焊。

3.5 鋼管焊接

相鄰管口之間采用手工電弧焊、雙“V”形坡口焊接，首先在坡口內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接，完成后外側(cè)采用碳刨刨出6mm深、10mm寬的“V”行坡口，再進(jìn)行外側(cè)焊接。焊接前進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)確定后的最佳焊接方式為：內(nèi)側(cè)焊三遍(打底、填充、蓋面)，外側(cè)焊兩遍(打底、蓋面)。

3.6 撤出澆筑倉(cāng)兩側(cè)穩(wěn)管支架

鋼管焊接完成以后，撤出先澆筑混凝土倉(cāng)(12m一倉(cāng))內(nèi)的鋼架，兩側(cè)倉(cāng)內(nèi)鋼架不撤出，待先澆筑倉(cāng)內(nèi)的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后再撤出兩側(cè)倉(cāng)內(nèi)的鋼架，用于下一批鋼管安裝。

3.7 鋼筋安裝

a.鋼筋安裝前熟讀圖紙，核對(duì)成品鋼筋的鋼號(hào)、直徑、形狀、尺寸和數(shù)量等是否與設(shè)計(jì)要求一致。如有錯(cuò)漏，及時(shí)糾正增補(bǔ)。

b.按設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確放樣劃線定位，編制或設(shè)計(jì)鋼筋的安裝順序。

c.除預(yù)先埋設(shè)在支墩底部的鋼筋外，其余鋼筋依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求安裝，外圈環(huán)向筋間隔倒置，以錯(cuò)開(kāi)焊縫位置，保證鋼筋強(qiáng)度。

d.鋼筋安裝完成后在鋼筋與模板之間設(shè)置C25混凝土墊塊，以保證混凝土50mm保護(hù)層的厚度。墊塊應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，分散布置。

3.8 模板安裝

包封混凝土采用普通鋼模板和定型模板組裝而成。一次澆筑成型，側(cè)模板采用P6012模板，倒角起點(diǎn)處采用135°角定型模板，倒角以上采用P6012普通鋼模板。兩側(cè)斜邊模板每隔2m留出一個(gè)260mm×260mm的下料口，以方便混凝土澆筑。模板要有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。拼裝前要涂上脫模劑，涂刷要均勻。

3.9 混凝土澆筑

3.9.1 澆筑方法

包封混凝土采用跳倉(cāng)法澆筑，每倉(cāng)澆筑長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求為12m。分縫材料采用閉孔泡沫板，待模板拆除后黏貼或用水泥釘固定在端頭混凝土面上。

包封混凝土使用混凝土灌車(chē)配合泵車(chē)進(jìn)行，采用汽車(chē)泵泵送入倉(cāng)。為了減小混凝土浮力及其他作用力對(duì)模板及鋼管的影響，混凝土采用分層法澆筑，每層澆筑厚度為30～40cm；嚴(yán)格控制澆筑速度，在混凝土澆筑至鋼管四分之一高度時(shí)放緩澆筑速度，每小時(shí)澆筑高度不大于1m?；炷敛捎貌迦胧秸駬v棒進(jìn)行垂直振搗，插點(diǎn)均勻排列、逐點(diǎn)移動(dòng)、順序進(jìn)行，避免漏振與過(guò)振。振搗棒在每一插點(diǎn)上的振搗延續(xù)時(shí)間，以混凝土不顯著沉落、不出現(xiàn)氣泡、表面泛漿并不產(chǎn)生離析為度，振搗控制時(shí)間為25～30s，要快插慢拔。

3.9.2 抗浮措施

混凝土澆筑過(guò)程中為防止漂管現(xiàn)象，進(jìn)行抗浮計(jì)算，并采取相應(yīng)措施。澆筑時(shí)混凝土上升速度控制在1m/h之內(nèi)，以減少澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的浮力，鋼管在澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的浮力按照《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 162—2008)規(guī)范有關(guān)公式計(jì)算。

鋼管的自重為1.3t/m，不滿足抗浮要求，施工時(shí)采用增加配重的措施，在每延米鋼管增加配重1.5t。配重采用砂袋或鋼筋，放在鋼管內(nèi)小車(chē)上，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)拉運(yùn)。

3.10 鋼管監(jiān)測(cè)

澆筑前、澆筑過(guò)程中以及澆筑后對(duì)澆筑部位鋼管進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每澆筑倉(cāng)布設(shè)3組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在兩端及中間，每組監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為鋼管整體上浮、收斂和變形。澆筑過(guò)程中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)鋼管產(chǎn)生微量變形，主要為鋼管整體上浮，目前已完成的澆筑段最大上浮為4mm，滿足規(guī)范要求。監(jiān)測(cè)的鋼管最大變形為鋼管直徑的0.5%，滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)監(jiān)測(cè)，混凝土全包封輸水管道施工工法能夠滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

3.11 養(yǎng)護(hù)

澆筑完成待混凝土初凝后在混凝土頂面覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，拆模后覆蓋土工布并灑水保濕養(yǎng)護(hù)。

4 材料設(shè)備

施工過(guò)程中所需主要材料見(jiàn)表1，主要設(shè)備見(jiàn)表2。

表1 主要材料

表2 主要設(shè)備

5 質(zhì)量控制

鋼管吊裝前嚴(yán)格控制穩(wěn)管支架的位置，測(cè)量無(wú)誤后再進(jìn)行鋼管吊放，穩(wěn)管支架位置偏差小于5mm；利用手拉葫蘆和千斤頂同時(shí)對(duì)鋼管的縱向位置進(jìn)行精調(diào)，之后利用穩(wěn)管支架固定鋼管位置；吊裝時(shí)采用10cm寬尼龍吊帶，增大吊點(diǎn)面積，防止鋼管防腐層破壞；澆筑混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度，混凝土上升速度控制在1m/h左右，盡量減少混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的浮力。

6 安全及環(huán)保措施

本技術(shù)遵循相關(guān)安全和環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。安全方面，項(xiàng)目部在安全技術(shù)、安全管理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理等方面采取了措施，對(duì)于供電與電氣設(shè)備安全和吊裝操作安全非常重視，確保用電和吊裝零事故。根據(jù)本工程特點(diǎn)，項(xiàng)目部購(gòu)置了相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)備和勞保用品，施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格檢查，施工過(guò)程準(zhǔn)備有相應(yīng)的安全方案，現(xiàn)場(chǎng)指揮做到信號(hào)統(tǒng)一、清楚、正確和及時(shí)。環(huán)保方面，項(xiàng)目部確保施工場(chǎng)地布局合理，優(yōu)化作業(yè)方案和運(yùn)輸方案，盡量減少施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。針對(duì)廢棄物、噪聲和揚(yáng)塵等環(huán)保問(wèn)題，項(xiàng)目部采取多項(xiàng)技術(shù)和管理措施，做到綠色施工、文明施工。

7 應(yīng)用效果

本施工技術(shù)在北京市南水北調(diào)配套工程河西支線明挖工程中獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋼管安裝精度差和效率低的問(wèn)題，提高了施工質(zhì)量。

河西支線明挖工程全長(zhǎng)2235m，共需安裝鋼管375根，每根鋼管需設(shè)兩組固定的混凝土支墩，設(shè)兩組可拆卸重復(fù)利用的穩(wěn)管支架。每個(gè)混凝土支墩可節(jié)約2個(gè)人工，傳統(tǒng)方法主要為打磨混凝土支墩弧面及精度調(diào)整。共節(jié)約人工費(fèi)30萬(wàn)元。鋼管可以重復(fù)利用，傳統(tǒng)利用固定鋼支架可節(jié)約鋼材，用本技術(shù)制作60組穩(wěn)管支架，30根鋼管可重復(fù)利用。每組穩(wěn)管支架約需用鋼材0.2kg，共節(jié)約鋼材82.8萬(wàn)元。共計(jì)節(jié)約112.8萬(wàn)元。

本技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，效果良好，施工簡(jiǎn)單，易操作，易推廣，可減少施工步驟，加快施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量,減少對(duì)環(huán)境的影響。

8 結(jié) 語(yǔ)

本施工技術(shù)彌補(bǔ)了現(xiàn)有混凝土全包封輸水管道技術(shù)的缺點(diǎn)?？煞珠_(kāi)控制高程和軸線位置兩個(gè)參數(shù)，保證了安裝精度,縮短了校準(zhǔn)精度需要的工期，采用混凝土支墩結(jié)合穩(wěn)管支架進(jìn)行管道安裝，提高了管道安裝速度。本技術(shù)采用穩(wěn)管支架進(jìn)行管道固定，確保管道在混凝土支墩頂不滾動(dòng)，保證了施工及管理人員安全，由于穩(wěn)管支架可重復(fù)利用，全部安裝完成后可回收，降低了施工成本。本技術(shù)適用于各類(lèi)明挖混凝土全包封輸水管道工程，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。