预应力混凝土给水管道施工技术分析

孙 伟

(深圳市建安(集团)股份有限公司， 广东 深圳 518040)

在调水工程众多方案对比中，大直径预应力混凝土管在成本、生产、施工、抗腐蚀等方面体现出了优势，发展前景巨大。但预应力混凝土管道存在自重大、接口多等缺点，在施工和运行过程中容易发生漏水事故，需要在施工中高度重视。

1 项目概况

某新建给水管道工程采用Ⅲ级双排预应力混凝土管，一期总里程为15 km，管径在DN800～DN1 000，使用压力为0.4 MPa，主要工程地质为粉质粘土、粉砂，部分区域为淤泥质粉质粘土需进行地基处理，地下水位于2～6 m处。穿越河流部分采用倒虹吸，穿越县级及以下公路采用支护开挖，穿越省级道路采用顶管或拉管施工。

2 测量与开挖

校核永久控制点，建立测量控制网。每20 m设一个断面，确定管道的中线和开挖坡顶与坡底的边线，反推管道底部标高。结合现场地质条件和设计图纸，将边坡坡率控制在1 ∶1～1 ∶1.5。

沟槽开挖过程中随时检查管道的轴线、槽底宽度、槽底标高，槽底预留200～300 mm进行人工开挖，施工过程应避免对原有地基的扰动，开挖时根据管槽的坡度，由下游向上游方向开挖[1]。堆土底边与沟槽上开口的距离不小于1 m，堆土高度小于1.5 m。人工开槽深度超过3 m时分层开挖，每层深度不超过2 m，机械分层开挖深度按照机械性能确定，一般不超过4 m。对于超挖部分严禁采用原土回填压实，应采用中粗砂分层回填压实，压实完成后避免重型机械在上行走。

3 地基处理

沟槽开挖完成后，将槽底清理干净，进行钎探实验，查看地基是否均匀、是否有古井、坟墓等影响地基承载力的情况，根据钎探情况在平面布置图上标注特硬和较软点的位置。由于部分地段地下水位较高，施工过程中出现渗水现象，将管槽地基浸泡，造成承载力降低。降水采取明排方式，槽底粉质粘土层承载力较低，采用级配碎石或山皮石换填(如表1所示)，级配碎石换填厚度为300 mm，山皮石换填厚度为500 mm，换填后地基承载力不小于100 kPa。现场降排水工作持续至管道安装、土体回填完成，现场试验数据见表1。

表1 槽底级配碎石和山皮石换填处理分析Tab.1 Analysis of filling treatment of graded gravel and gravel at trough bottom

4 管道安装

为降低管道转场过程中产生的管道破损影响，在管道进场后沿管道路径进行排管、放管，排管按照从下游往上游的顺序进行，确保承口向上游、插口向下游[2]，安装从下游往上游进行，以提升工作效率和安装质量。

安装前首先对管道外观质量进行检查，若管道有径向裂纹、承插口露筋等质量问题严禁使用。对管道内杂物进行清理，胶圈尺寸与管径相适应，胶圈安装在承口底部，安装过程防止胶圈翻滚，密封不严。

管道吊装采用吊带吊装，使用前检查吊带质量，确保其满足施工要求。吊带采用双吊点，吊点选择在管道长度的1/3～2/3处，吊装过程控制好吊装速度，防止管道与其他物体碰撞导致受损。

管道预就位后，对管道承插口部位基础砂垫层进行开挖，确保管道安装时管身与垫层紧贴，安装过程中根据承口高低调整开挖的深浅。管节调整完毕后，用铰链在管道的两侧将承口和插口连接在一起，左右铰链同时进行紧固，施工过程中及时测量管道的标高和轴线，防止两侧受力不均造成管道偏移。

管道胶圈表面和工作面应涂刷无腐蚀性的润滑剂，在插口的凹槽内套入胶圈，保证胶圈在凹槽内受力均匀、不出现扭曲翻转的现象。为方便检查插口是否到位，要在拆口上按要求做好安装标记，安装插口的时候，将插口一次性插入承口内[4]，直到显示安装标记为止。安装后放松外力，管节回弹不得大于10 mm，且胶圈应在承插口工作面上。钢筋混凝土管沿直线安装，管口间的纵向间隙最小不得小于5 mm，接口允许转角应符合规范的规定。

预应力混凝土管道穿越道路采用明挖回填施工，施工完成后长期的地面车辆荷载会使管道产生不均匀沉降，管道承插口自然角度增大，易出现渗漏，因此对穿越道路管道采用钢筋混凝土包封的处理措施。基础开挖至标高后，施工10 cm厚混凝土垫层，安装管道，绑扎钢筋浇筑包封混凝土(如图1所示)，达到混凝土强度的50%后进行回填。

图1 穿越道路包封断面Fig.1 Encapsulation section of crossing road

5 预应力混凝土管与钢管的转换

大量论证和分析得出，允许预应力混凝土管道自然转角最大为1.5°，自然转角超过1.5°或与各类阀门连接时需采用钢制转换头连接[3]。预应力混凝土管采用柔性接头，钢管采用刚性接头，刚性接头按照柔性接头的实测尺寸加工，如图2所示。

图2 钢制承插口Fig.2 Steel socket

钢制承插口按照管径的大小进行定做，承插口后预留500～1 000 mm焊接钢管，便于与后续焊接管道进行焊接连接，如图3所示。在钢管转弯处弯头两侧采用混凝土支墩加固，让外应力不集中在接口处，使刚性接口与两侧预应力混凝土管道保持变形同步。

图3 管道转弯焊接钢管施工Fig.3 Pipe turning welding steel pipe construction

6 闭水实验

闭水实验前，完成水压试验堵板和后背支撑的设计和施工。经计算，当管道的实验水压升到0.6 MPa后，堵板承受的压力达到60 t，后背在堵板的推动下将产生向后的位移，根据计算在保证1.5～2.0的安全系数的前提下采用2 cm后钢板加工成型做堵板，打入8根竖向槽钢作为钢板桩深入土中1.5 m，在堵板和槽钢桩之间采用螺杆式千斤顶调节位移。

实验前，除管道接口外，管道两侧和管顶以上回填不小于500 mm(如图4所示)，防止实验阶段管道注水后滚动造成管道渗漏。

图4 闭水实验前管道土方回填Fig. 4 Pipe earthwork backfill before closed water experiment

分段进行管道闭水实验，抽取管道长度的1/3进行压力实验，单个实验长度不超过1 km。安装实验段后背和堵板、进水管路、排水孔、加压设备后，向管道内注水，浸润48 h后分级加压至实验压力，保持恒压10 min，检查接口、管身无破损和渗漏，现场即为合格[5]。

实验过程中严禁人员站在堵板的后方，加压过程中设备有人员全程值守。

7 管槽的回填

管道的掖角回填中粗砂，压实度大于0.95，起到固定管道的作用，由于工作面狭窄不具备大型机械夯实处理的条件，采用人工小型机械夯进行夯实。

其余部分按照设计要求分层回填、夯实，分层厚度不超过500 mm。施工前设置试验段，确定夯实技术参数。人工夯实时，不少于3遍，夯击严格控制施工工艺，一压半夯，夯夯相连。分段测取压实度，合格后进行下一层的回填。

管顶500 mm以上回填采用小型压路机碾压，碾压参数根据实验确定，碾压3～4遍，碾压轮距搭接不少于500 mm，边缘、转角处、碾压不到位的部位，采用蛙式打夯机随层补夯，保证压实度符合要求，如图5所示。

图5 管道回填断面Fig.5 Section of pipeline backfill

8 结论

① 对于预应力给水管道施工，如对软土基地管道基础进行换填处理，综合可考虑采用级配碎石或山皮石回填处理基础。在满足承载力的基础上，工期保障和成本控制效果明显。

② 保证柔性承插口垫圈安装质量，防止垫圈在安装过程中翻滚，降低管道渗漏风险。

③ 大直径管道闭水试验加压过程中管道易滚动，须在管道两侧进行回填固定，承插口出露，便于观察渗漏位置。

④ 相邻两节管道安装过程中，随时控制管道安装轴线的线性符合设计要求，避免自然角度过大造成渗漏。

⑤ 预应力混凝土管道穿越道路下方时，采用钢筋混凝土包封处理，可有效降低不均匀沉降。