《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术标准》修订研究

薛广进 杨力 罗丁 北京市市政工程设计研究总院有限公司

张云龙 北京市自来水集团有限责任公司基建工程管理分公司

江丽丽 北京市市政工程设计研究总院有限公司

1.基本内容

标准中主要内容为水泥砂浆衬里的施工及检测条款，因此本次修订将标准名称由《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术标准》改为《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里施工及检测规程》。

为使整体章节清晰明了，增加基本规定章节，将一些整体性的基本要求归至该章节，并增加术语章节。

若钢管砂浆衬里在工厂预制的钢管道口径过小，在施工现场焊接后，焊缝处的衬里补口存在不少困难，将给水钢管道水泥砂浆衬里的适用口径提高到DN600以上，现场补口较为方便，确保工程质量。

将适用工艺由现场施工工艺修订为现场衬里施工工艺和工厂衬里预制工艺。

修订了衬里裂缝、空鼓等缺陷的检测及修补要求。

2.砂浆材料

2.1 水泥

国外水泥砂浆衬里使用硅酸盐水泥的较多，为避免或减少由收缩引起的裂缝，应尽量选择干缩性较小的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

由于水泥生产过程中掺入高炉矿渣等掺和料，有可能含有钡、镉和放射性等对人体有害的成分，故应注意对上述成分的控制。现行国家标准《建设用砂》GB/T 14684中对砂的放射性指标也提出了规定。

2.2 用砂

水泥砂浆用砂宜选用河砂。现行国家标准《建设用砂》GB/T 14684中规定：砂的含泥量（质量比）1%～5%，云母含量（质量比）1%～2%，轻物质含量（质量比）小于1%。考虑到水泥砂浆衬里质量的重要性，规定衬里用砂中含泥量、云母及轻物质等有害物质的质量之和不应超过总质量的2%。

2.3 用水

参考现行标准《钢质管道水泥沙浆衬里技术标准》SY/T 0321中的总含盐量和SO42-指标采用了行业标准《混凝土用水标准》JGJ 63中的素混凝土用水水质指标，为保证衬里质量，水质指标采用了行业标准《混凝土用水标准》JGJ 63 中的预应力混凝土的用水水质指标。

3.砂浆施工

3.1 施工工艺

3.1.1 施工技术

水泥砂浆衬里施工技术主要包括离心成型法、风送挤涂法、涂敷机涂敷法、机械喷涂法和人工涂抹法。水泥砂浆衬里可以在现场施工也可以在工厂预制。离心成型法包括单一离心成型法和先喷涂后离心成型法，适用于砂浆衬里在工厂内进行预制的单根钢管；风送挤涂法、涂敷机涂敷法和机械喷涂法均适用于在施工现场进行砂浆衬里的施工管段，一般施工管段长度大于500m。离心成型发、机械喷涂/涂抹、手工涂抹三种施工方式对比见表1.

表1 水泥砂浆内衬防腐三种施工方法对比

水泥砂浆衬里施工过程如下：

施工准备→外观检查与管口找圆→试压一清管除锈→涂衬技术→砂浆层的养护→内衬补口。

3.1.2 表面处理

衬里现场施工前，需要去除管内壁上的各种附着物，最后用水清洗干净。对于管壁的除锈程度，国外标准中要求去除浮锈即可。国内现行标准针对不同的衬里施工工艺，规定了不同的内表面清理标准：采用离心成型法进行衬里施工的钢管内表面，要求采用喷砂除锈，除锈等级应达到现行国家标准《未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》GB/T 8923.1中规定的Sa1级；对于现场施工的衬里，其管段内表面应采用除锈器或手工工具除锈，除锈等级应达到现行国家标准《未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》GB/T 8923.1中规定的St2级。

3.1.3 管道焊接

钢管焊制及现场安装焊接对口，允许有偏差，管道焊接接头内壁应做到平整。内壁的错边量应小于或等于0.2倍管壁厚，且不得大于2mm。在以上规定的基础上，为保证水泥砂浆衬里有足够的厚度，钢管内壁焊缝凸起高度（包括错口偏量）不得大于规定衬里厚度的1/3。

3.1.4 钢筋网设置

当进行直径1600mm及以上的钢管道的砂浆衬里施工时，为方便施工保证衬里质量，通常采取在钢管道内焊接增强钢筋或钢筋网的方法。增强钢筋或钢筋网的材质应与钢管基材保持相同或相近，以免引起电化学腐蚀。增强钢筋间距过密或钢筋网格间距过小会导致水泥砂浆与管内壁间发生空鼓，为保证砂浆涂层能够完全覆盖钢筋或钢筋网内部，增强钢筋的直径或钢筋网的截面厚度应小于水泥砂浆衬里厚度的1/3。

3.2 水泥砂浆制备

水泥砂浆的配比大小与要求砂浆强度、使用的水泥品种、施工方法等均有密切关系，综合各标准中的数据及施工经验，规定水泥与砂的重量配比宜为1∶1～1∶2。

为控制水泥砂浆具有最佳稠度和良好的和易性时的最小含水量，以保持砂浆与管壁良好的结合和避免过大的收缩。本文所述公称直径为大于DN600，综合上述各标准中的数据及施工经验，为保证衬里质量规定水泥砂浆坍落度宜取60mm～80mm，当管道公称直径小于1000mm时，坍落度不宜大于120mm。

图1 水泥砂浆衬里涂敷机涂敷法施工

图2 水泥砂浆衬里机械喷涂法施工

根据水泥砂浆的配比，衬里质量及施工、使用的要求，规定的水泥砂浆的抗压强度不得低于30MPa。

3.3 衬里施工及养护

水泥砂浆衬里厚度应按照工程设计要求设置，并不应低于表2中的要求。

表2 水泥砂浆衬里厚度及允许公差（mm）

不同工艺施工的衬里应采用相应的养护方法和养护要求。对于风送挤涂法、涂敷机涂敷法、机械喷涂法和人工涂抹法施工的管道衬里，应采用自然养护法；对于离心法施工的衬里和管件的衬里，应采用蒸汽养护法或自然养护法。

衬里机械施工完成后马上进行养护，进行养护的管段开口需密封，保证衬里湿润状态，同时规定衬里施工完成后应尽快通水来防止衬里发生损坏；衬里施工后24h以内不应对衬里进行人为加压。养护的最佳温度为15～25 ℃，湿度90%以上，通常在初凝后24～48 h内进行淋水湿养。管段衬里浇水养护保持湿润状态应在7d以上，由于矿渣硅酸盐早期强度低，干缩性大，为保持湿润状态的养护时间应延长至14d以上。

4.质量检测及修补

水泥砂浆衬里质量检测主要包括厚度检测及表面质量检测。表面质量指标包括平整度、裂缝、表面缺陷、空鼓及表面粗糙程度。

4.1 厚度检测

水泥砂浆衬里厚度可用钻孔法、测厚仪或游标卡尺检测。衬里施工经验表明，管段断面左右两侧衬里厚度容易做到符合要求，而上下侧容易出现厚度误差。据此将管道断面上下侧作为每个断面的检测点。衬里厚度的检测采用测厚仪比较方便，但由于管壁水汽大容易出现误读。采用钻孔方法检测，虽麻烦一些，但检测数值较准确，故提出用钻孔方法或测厚仪检测。公称直径大于或等于800mm时由人进入管内进行检测。当公称直径小于800mm时可对靠近管段两端的衬里厚度进行检测。

4.2 表面平整度

衬里表面应光滑，无螺纹线凸肩，否则将影响管道过水能力。衬里表面平整度的检验，目前国内外均采用靠尺量隙法，即用300mm长的直尺平行管道轴线测定衬里表面和直尺之间的间隙。采用工厂衬里预制工艺的衬里表面平整度检测频率参考现行行业标准《钢质管道水泥沙浆衬里技术标准》SY/T 0321规定。

4.3 表面裂纹

衬里不允许出现有害的裂缝，以保证衬里的使用寿命。衬里因收缩引起的裂缝，在湿润条件下养护或充水浸泡早期，由于水泥的水化作用继续在进行，当裂缝宽度不大时裂缝能自动愈合。

为避免衬里出现有害的裂缝，保证衬里使用寿命，水泥砂浆衬里裂缝宽度应符合表3的规定。

当裂缝宽度不满足表3，可通过加强养护促进裂缝自动愈合，通过对裂缝进行浸水养护。本文对裂缝养护愈合进行试验，在一段浸水养护的水泥砂浆衬里上选择长度分别为400mm、300mm、200mm的衬里裂缝各2段进行检测，浸泡24h、48h时裂缝愈合情况见表4。

表3 水泥砂浆衬里裂缝宽度及长度

表4 水泥砂浆衬里裂缝愈合

试验管道管径均小于600mm，裂缝宽度均大于0.8mm，不满足表2的要求。通过水浸48h后均小于等于0.5mm，愈合率达55%-78.57%，满足表2的要求。

4.4 表面粗糙系数

钢管道进行水泥砂浆衬里后，其衬里表面的粗糙程度直接影响输水能力。现行国家标准《室外给水设计规标准》GB 50013规定：采用水泥砂浆衬里管道，内壁较粗糙，水流一般处在紊流粗糙区，水力计算公式采用谢才公式（1），谢才公式中的粗糙系数n值与内壁的粗糙程度有关。

式中：

C—流速系数；

R—水力半径；

n-粗糙系数；

y-指数。

根据对国内外采用水泥砂浆衬里后的钢管道进行的通水能力校验显示：衬里表面的粗糙系数 n值大多小于或等于0.012，因规定采用谢才公式进行水力计算时，粗糙系数n取值范围应为0.011～0.012；采用海曾-威廉公式进行水力计算时，海曾-威廉系数Ch取值范围应为120～130。为减少输水过程的能量损耗，应严格遵守相关规范进行水泥砂浆衬里的施工、检测和验收，保证水泥砂浆衬里的表面粗糙系数n值满足设计要求。

5.结论

结合当前生产条件，参考国内外相关最新标准，调研工程建设中设计和施工的实际状况，开展技术探讨和现场试验，总结吸收多年来国内外在水泥砂浆衬里技术上的成功经验，对《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术标准》CECS10∶89进行了修订，为给水工程中水泥砂浆衬里的施工及验收提供了依据，对实际生产及运行提供有效参考。