排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口连接方法探讨

赵 磊，边燕红，曹 喆

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

预制装配式钢筋混凝土检查井因其施工时能够保证井室质量、缩短工期、节省工程费用、整体性能好、刚度大、抗震能力强、耐久性能好、标准化程度高、适应性强、达到环保节能的效果[1]而在排水管网改造项目中得到广泛运用。但在工程实践中，排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口连接是个施工难点，处理不当会造成管道接口漏水，闭水试验无法通过，后期管道使用中出现基础下沉，道路表面出现裂缝等。该接口连接常规设计及施工都是按照图集《预制装配式钢筋混凝土排水检查井》06MS201-5 总说明第8.2 条方法施行。该方法对施工单位技术水平及施工场地地层条件要求高。现结合实际工程，提出该连接方法的不足及改进意见。

2 工程概况

2021 年参与西宁市东川工业园区排水系统提升改造项目（一期），负责雨污水管线的结构设计。该项目场地土为2 级（中等）自重湿陷性黄土，自重湿陷量的计算值为272～403 mm，湿陷土层深度为7.50～9.50 m。管道全场3.6 km，管道埋设在非机动车道下面，排水管道覆土约3 m，考虑到该项目为西宁市环保督察项目，工期紧张，经与项目负责人沟通，检查井均设计为预制装配式钢筋混凝土检查井。

3 管道与检查井接口连接存在的问题

关于排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口位置，图集《06MS201—5》总说明第8.2 条给出接缝处理方法为“检查井与钢筋混凝土管、钢管及铸铁管连接时采用1∶2水泥砂浆或采用聚氨酯掺和水泥砂浆，掺和量为代替20%～50%的水量，接缝厚度为10～15 mm”[2]。图集处理方法可以理解为管道接缝位置采用水泥砂浆或聚氨酯掺和水泥砂浆封堵即可，没有别的截水或者堵缝处理措施。对于该项目，场地为自重湿陷性场地，若采用图集做法，存在以下不足：首先，忽略了湿陷性场地土层遇水存在下沉的情况，若检查井与管道连接处存在薄弱点，管道基础与检查井存在不均匀沉降，接口位置存在脱开的风险；其次，水泥砂浆虽然掺和聚氨酯，减缓管道局部变形，但水泥砂浆稠度差，成本也高，碎性大，抗裂性能差，保水性差。另外，近几年通过现场配合西宁管网改造项目，发现西宁市施工队伍专业能力普遍较差。而预制装配式钢筋混凝土检查井为成品，若施工时对接口位置不进行界面凿毛处理，砂浆干缩后接口缝隙出现裂缝，管道缝隙处容易漏水，为后期管道沉降埋下隐患。同时，预制装配式钢筋混凝土检查井与排水管道接口填缝水泥砂浆因其使用量比较少，施工单位考虑到施工成本，现场拌制较多，而现场监管体制不全，监管不到位、不规范，造成水泥砂浆配合比、强度均达不到设计要求，很容易出现管道脱开，缝隙处漏水、管道下沉、路面出现开裂等情况。

4 解决管道与检查井接口渗漏等问题的方法

对于排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口位置存在的不足，现根据该项目现场实际情况，提出以下3种改进方案。

方案一：将缝隙填充材料由原来的水泥砂浆改为微膨胀水泥砂浆，即在水泥砂浆中掺入硫铝酸钙类膨胀剂。添加微膨胀剂是因为水泥砂浆中的水泥存在收缩。

试验研究发现水泥的收缩性能包括：①未饱和空气中混凝土因水分散失而发生干缩现象，是影响水泥收缩的主要因素；②大气中的CO2与水泥的水化物在有水的条件下发生化学反应，生成CaCO3沉淀，引起水泥的收缩；③外界温差变化引起的水泥收缩；④在恒温没有湿度的环境下，混凝土由于胶凝材料的水化作用而引起的体积变形；⑤混凝土现场拌制，在特定的一段时间内，水化反应十分激烈，逐渐形成分子链，发生泌水以及收缩的现象，称之为“塑性收缩”[3]。大量试验研究表明，水泥充分水化时的水灰比仅为0.25 左右，剩余的水将以胶凝状态的水、毛细孔水、自由水等形式存在，而毛细孔水及胶凝水的蒸发，则是引起干缩的根源。微膨胀水泥砂浆通过在水泥砂浆中添加膨胀剂，补偿水泥的收缩，可以避免水泥石的开裂[3]。同时，相关实验结果表明，排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井缝隙填充材料改为微膨胀水泥砂浆后，后期养护时，其作用机理如下：受外力约束，在限制条件下，膨胀砂浆使其膨胀性能得到充分发挥，通过14 d的养护，膨胀性能趋于稳定，有一定强度，收缩性小。因砂浆在膨胀时受到井壁外力的约束限制，增加其相互作用力，并建立一定的自应力，使得砂浆结构更加紧密，并且室外气候变化和雨水作用使得缝隙处膨胀，抵消了部分收缩，故收缩性能相对减小。

但在施工时，对膨胀剂掺量的使用有限制，因为膨胀剂掺量过大会引起水泥砂浆安定性能不稳定，甚至出现水泥砂浆因膨胀开裂出现强度下降，填缝处在外界水压环境下出现贯通裂缝，造成管道接口漏水。方案一采用的硫铝酸钙类膨胀剂，其作用机理为石膏、铝酸钙熟料以及明巩石等组成材料与水泥或水化产物发生反应生成钙砚石晶体，使得缝隙处水泥砂浆体积膨胀。在制备水泥砂浆时，掺入水泥质量的8%～12%代替相同重量的水泥，可制成带有补偿收缩性能的水泥砂浆，其强度高，干缩小，能防止接缝处填缝材料的开裂，提高抗渗性能。硫铝酸钙类膨胀剂具有补偿收缩、导入自应力和提高混凝土密实度等性能。有关研究显示，混凝土限制膨胀率0.015%～0.045%时，导入自应力约0.35～0.95 MPa。同时，混凝土中掺入硫铝酸钙类膨胀剂后，耐腐蚀性优于普通混凝土。并且对地下水环境没有污染，对检查井的钢筋没有锈蚀、无毋落度损失。另外，硫铝酸钙类膨胀剂膨胀稳定快，后期强度较高，能防止混凝土建筑物的开裂，提高抗渗性能。试验时掺入约10%的硫铝酸钙类膨胀剂，制成1∶2 和1∶2.5 的水泥砂浆。试验结果表明，空气中养护28 天，限制膨胀率大于或等于0.04%，干缩率小于0.02%；而1∶2.5 水泥砂浆，28 d 的抗压强度大于或等于47.0 MPa；28 d的抗折强度大于或等于6.8 MPa。抗冻融循环次数不小于150。对于混凝土而言，黏结力比普通硅酸盐混凝土提高约25%。

所以，对于排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口，填缝材料改为微膨胀水泥砂浆后，掺入的膨胀剂含量有如下建议：当管材为球墨铸铁管时，膨胀剂含量控制在8%以下；当管材为钢管、混凝土管时，膨胀剂含量控制在5%；当管材为双壁波纹管时，膨胀剂含量控制在2.5%。同时，为了避免填充完的接口因施工原因出现通缝，在缝隙中间位置沿着管道外壁缠绕膨胀止水条一道。其作用机理是由其材料性质决定的。膨胀止水条是由性能优良的膨润土为基础材料，通过物理和化学改性使其具有遇水膨胀，富有弹性，在特定约束条件下彻底止水止漏，实践工程证明效果很好。若施工单位采取自拌水泥砂浆，需由现场试验室或者第三方试验室出具砂浆配合比相关报告。施工单位根据给定的砂浆配合比进行施工。排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口缝隙采用水泥砂浆填实后需采取喷水养护，使微膨胀水泥砂浆在限制膨胀率下充分发挥膨胀性能。预制装配式钢筋混凝土检查井与管道接口位置的管道地基处理措施同其他管道段，按照管道结构设计说明要求处理，预制装配式钢筋混凝土检查井底部铺设100 mm 厚C20素砼垫层，垫层中间铺设A8@250×250钢丝网片；垫层沿预制装配式钢筋混凝土检查井接口位置向两侧外延2 m，管道基础采用180°素混凝土基础，具体做法详见图1（图中DN 为管道公称直径，标注尺寸均以mm 计）。该方案通过水泥砂浆中掺入膨胀剂来解决砂浆收缩产生的裂缝，中间设置膨胀止水条来阻止雨污水通过施工不当产生的缝隙外渗。同时，为了防止地基不均匀沉降导致管道在接口位置脱开或者发生错位，在垫层中铺设钢筋网片，通过加强垫层使管道及预制装配式钢筋混凝土检查井即使沉降也保持在同一平面，减小不均匀沉降对路面及周围环境的影响。

图1 方案一管道与井室连接做法断面图（单位mm）

方案二：将缝隙填充材料由原来的水泥砂浆改为沥青麻丝，在接口位置缝隙两端向内30 mm 处各设置膨胀止水条一道，沿着管道外壁缠绕。沥青麻丝是一种良好的止水材料，采用人工施工的方式，施工工序简单，造价低，一般将热沥青浸泡过的麻丝进行施工缝或者变形缝堵塞。人工捣实后两端预留20～30 mm 空隙，再采用30 mm 厚1∶2 防水砂浆抹平。排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口处管道基础做法同方案一，具体做法详见图2（图中DN 为管道公称直径，标注尺寸均以mm 计）。通过与方案一相比较，该方案施工步骤较多，缝隙填充操作没有方案一方便，但方案二防水性能比方案一优越，采取三道措施阻挡雨污水向外渗。同时，填充材料均为柔性材料，适用范围比较广，可以避免地基不均匀沉降造成排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口处脱节的风险。

图2 方案二管道与井室连接做法断面图（单位mm）

方案三：管道平接头穿过预制检查井预留洞口并向井壁内侧延伸200 mm，缝隙填充材料为沥青麻丝，在预留洞口外侧沿着管道外壁各缠绕膨胀止水条一道，并沿预留洞口两侧200 mm范围内将池壁凿毛处理，洒水喷湿，然后做B×H=150 mm×200 mm 的素砼包封圈，素砼包封圈混凝土强度等级同管道基础。同时，对于球墨铸铁管，流槽两侧素砼回填高度不小于0.8D（D 为管道外径）；对于钢筋混凝土管道，流槽两侧素砼回填高度不小于0.5D（D为管道外径），对于PE 管，检查井与管道采用600～800 mm 长的短管刚性连接，然后管道间采用套筒或者橡胶密封圈连接，此种处理方式保证预制装配式检查井内侧止水条封堵的密实性。排水管道与预制装配式钢筋混凝土检查井接口位置管道基础做法及地基处理措施跟方案一相同，具体做法详见图3（图中DN 为管道公称直径，标注尺寸均以mm 计）。该方案与方案二相比施工简单，施工步骤较少。通过在预留洞口边缘缠绕膨胀止水条，保证接口处不出现漏水等现象。

图3 方案三管道与井室连接做法断面图（单位mm）

本工程对3 种方案均进行了现场试验，通过试验发现，方案二止水效果最好，管道进行72 h 闭水试验，发现水位下降仅5 h；方案三止水效果没有方案二明显，管道进行72 h 闭水试验，发现水位下降10 mm，方案一止水效果虽然优于规范给定的处理方法，进行72 h 闭水试验后，水位下降15 mm（采用规范给定的处理方法，闭水试验水位下降25 mm）。但是，方案一没有方案二和方案三止水性能好。通过施工单位现场反馈，方案一和方案三施工比较简单，膨胀止水条比较容易固定。方案二两道膨胀止水条，虽然止水效果很好，但是，两道膨胀止水条中间空隙不容易捣实，施工比较繁琐，且施工容易引起膨胀止水条错位。从环保方面考虑，方案二的运用有局限性。因为方案二需要现场制作沥青麻丝，热熔沥青，对大气和周围环境有污染。该方案适用于对环保要求低的建设项目，比如城乡管网改造等。使用方案一进行施工时，对水泥砂浆中掺入膨胀剂的量的把控比较严格，施工经验不足的施工单位在水泥砂浆中掺入太多膨胀剂，造成水泥砂浆膨胀率过大，容易引起管道接缝处破裂，给工程造成不必要的经济损失。方案三虽然工序多，但施工简单，对施工人员技术要求低，而且处理效果比较明显，既能快速止水，又能节省工期。本工程后续排水管道与预制装配式检查井接口处理均采用方案三进行施工，最后闭水试验顺利通过项目相关单位验收，且井室外壁没有发现渗漏点。

5 结论

通过规范介绍连接方法与改进方案的对比分析，得出以下结论：

（1）规范介绍方法存在缺陷，对施工技术人员业务水平要求高，对场地环境要求高，适用于地基承载力较高的土层，不能用于湿陷性土、软弱淤泥质土等存在不均匀沉降比较明显的场地。

（2）改进方案一、方案二、方案三均能应用于不同的工程环境。但是，就常规项目而言，改进方案三更能应用于实践，指导施工。

（3）改进方案二比方案一止水性能好，但方案二比较繁琐，施工步骤较多，膨胀止水条不容易固定，两道膨胀止水条中间不容易捣实，存在后期水压作用下渗漏的风险。

（4）改进方案三与方案二相比较，施工简单，施工步骤较少，对施工人员技术要求低，而且处理效果比较明显，既能快速止水，又能节省工期。