复杂地形预应力钢筒混凝土管施工技术

复杂地形预应力钢筒混凝土管施工技术

张兴旺

中国水利水电第一工程局有限公司，吉林 长春 130033

【摘要】：鸡爪沟、砂梁段沿线地形地貌极其复杂、沟壑纵横交错、管沟开挖深度大，PCCP管道无法直接运抵管沟底部而需在顶部伴行路起重吊装，同时过大的纵坡给管道安装及运行带来了较大的难度和安全隐患等问题，在确保安全、质量前提下，文中对复杂地形预应力钢筒混凝土管（PCCP）施工技术进行了论述。

【关键词】：复杂地形、大口径PCCP管安装；管沟开挖处理；内拉法；回填；水压试验。

1 工程概况

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe 简称 PCCP），是一种新型复合型管材，具有钢管抗渗、抗拉的优点，又具有混凝土耐腐蚀、耐磨损和抗压的优势，产品价格低，使用寿命长。本工程沿线有两种复杂地形分别为：鸡爪沟、砂梁地段。鸡爪沟：从地貌上看，类似于鸡爪状，“爪”是凸出来的部分，“沟”是凹下去的部分，“爪”与“沟”相互间隔连续分布，沟壑纵横，起伏变化极大；管沟开挖深度20～45m，属于超高边坡、深基坑开挖，边坡失稳、滑塌等安全隐患大。砂梁地段：地形极其起伏，沟梁相间，垂直管线方向大小冲沟极为发育。沟深5～25m，宽20～200m不等，冲沟间隔30～50m,沿线土质为含砾粉土、中细砂组成，土质松软，运输难度大。

2PCCP管道施工工艺

2.1管沟开挖

2.1.1开挖方法

鸡爪沟、砂梁段地形极其复杂，如墙状V型分布，坡度几近垂直，山体高差及开挖梯段高，最大开挖边坡高度超过40m，地质均为中粉细砂，管线走向横切山体及冲沟，开挖施工难度较大。首先贯通须硬化的盘山临时施工路，再自上而下分层开挖至设计建基面高程，无法用自卸车运料地段，采用反铲向山体两侧多次倒料形成工作面，开挖料运至指定渣场保证回填用料。

2.1.2基础处理

建基面开挖完成处理后做地基承载力试验，若达不到设计要求，须进行换填或挤密处理，满足设计要求后再铺设垫层。

安全防护：离管沟边缘2m处设置高度不低于1.2m的安全防护栏并设警示标志。

2.2管材质量检查及吊装

2.2.1质量检查

施工前，须对进场管材进行质量检查，包括：生产日期、质量合格证、检验报告等随车资料。再对照设计图纸及配管图要求认真核对管材工况、覆土厚度及安装位置。外观质量检查管芯混凝土裂缝宽度、深度、是否有空鼓、承插口长度及椭圆度、端面垂直度、承插口配合间隙等。

2.2.2吊装

本标段PCCP管内径3.4m、壁厚0.26m-0.31m、单节长5m、重45～55t。采用260t以上履带式起重机吊装方案将管材放入沟槽安装。装卸过程中必须单根起吊,遵守“平稳、轻放”的原则。采用两条专用吊具（如尼龙吊带、带身处包了柔软防护物的钢丝绳），间距为管身长度的2/3，距承、插口边缘的距离不小于300mm，以平稳的兜身吊吊装。

2.3管道安装施工工艺

2.3.1基准管安装

管沟开挖完成且满足设计地基承载力后，采用20t振动碾对基础压实处理后铺设20cm厚最大粒径不超过1.5cm的砂砾石垫层并压实。测量定位第一节基准管安装，高程、轴线偏差严格控制在10mm以内，承口面朝上游，其余管道高程、轴线允许偏差≦30mm。

基准（定位）管两端中心线、高程的确定。利用100cm长的水平尺及线坠垂球在管口两端内衬混凝土（流水面）找出两端口中心点并做好标记即为管道中心线，在基础面上用GPS或全站仪确定管道中心线（轴线），用石灰撒线或设置标志桩引线。通过吊车臂杆左右移动，使管道中心线和石灰线位置重合再重复调整安装中心线。用水准仪观测安装高程，通过吊车臂杆起降确保间隙均匀且在规范允许的5mm-25mm范围内，将管道调整至设计高程。

基准管就位后，将管道两侧均匀填土，分层夯实，固定好基准管以利于后续管道安装。

2.3.2顺序管道安装

首先在管道接口处地基位置开挖1000mm×200mm×500mm的工作坑，以确保外缝及抽取吊带施工需要，宽度同管道外径。安装前将钢制承插口及管内异物、飞边、毛刺、泥土、杂物等清理干净。承插口清理完成后安装胶圈入槽，使用一根短棒插入橡胶圈绕插口转2～3圈调整松紧，并涂刷食品级植物油且防止灰土污染。吊起管道将承（插）口缓慢靠近已安装管道的插（承）口，保持平行使管口间隙大致相等。当两管口距离10～20cm时，用方木垫在管口之间防止碰撞。利用2台10t手拉葫芦采用内拉法安装。

内拉法施工工艺：在距已安管道2～3节位置，利用管道内接口间隙作为一端内横撑杆（厚度18-20mm的Q235C钢板与钢梁、20cm槽钢对焊连接）的固定卡缝，插入管缝钢板的受力侧须垫设3mm厚的胶皮垫防止破坏管芯混凝土。另一端外横撑杆在即时安装管道的外侧架设，两侧与管端接触部位垫设5mm厚的胶皮垫。两个横撑杆之间采用两条钢制连接杆件与手拉葫芦的导链连接，人工均匀对称拉动葫芦使承插口缓慢进入并调节接口内缝间隙控制在 5～25mm之间，高程和轴线偏差均小于10mm。每节PCCP管道安装完成后，认真检查位置、高程直至调整合格为止，再及时进行接头水压试验，确保安装质量。

2.3.3管道接头水压试验

管道安装后须进行接头水压试验，采用手动试压泵从接头下部打压孔压水，上部打压孔排气。排气结束后在两个打压孔各安装一个经专业检测单位评定合格后的压力表进行水压试验，加压至规定的试验压力后，保持2min内无明显压力降即为合格。分三次接头水压试验，第一次安装时试验，第二次安装2～3节后重复试验，第三次管顶回填至0.5m后再试验。第一次试验在内接管道安装定位后立刻进行，合格后进行下一节管道安装；第二次试验在该节管道后续安装2节后再对该节管道复压试验；第三次试验在管顶回填至0.5m后进行。

若管道接口水压试验不合格，须拔管重新安装处理，直至合格为止。

2.3.4接头内外灌缝处理

全线管道处于地下碱性腐蚀环境中，为保护外露钢质承插口，管道接头内外侧须进行砂浆填缝处理。外缝填缝在第二次接头打压合格后、回填之前进行。先用水冲洗润湿接头外侧，再包裹一层厚度2mm、宽度不小于250mm的铁皮作为外模包带，外侧用8#钢丝紧线器勒紧，形成不小于200mm的空腔。外包带顶部留有缺口用以灌浆，灌入的非收缩性砂浆（M20掺入水泥用量8%膨胀剂）要有较好的和易性，灌筑过程中使用细钢丝/钢绞线插捣，外侧采用木槌轻轻敲打，确保密实，封口处采用较干砂浆填满。砂浆填缝应与管外壁齐平，待达到50%设计强度后，均匀涂抹一层8mm厚双组份聚氨酯建筑密封胶（环保型），外面再涂刷2mm厚无溶剂环氧煤沥青防腐涂料。内缝填缝在第三次水压试验合格后进行，填缝前将内接缝清理干净，洒水湿润后填筑M20非收缩性砂浆并捣实抹平。

2.4管道回填

由于管道各部位受力条件不同，管道回填设计采用分区控制原则，本工程设计分为4个区控制：管基120°区域（腋角区）采用填弧法施工，回填料粒径≦40mm，压实指标Dr≥0.75,P≥95%；管基120°至管顶50cm区域回填料粒径≦60mm，压实指标Dr≥0.75,P≥90%；管道顶部50-180cm区域，压实指标Dr≥0.70,P≥87%；管道180cm以上推填区域，不压实。

管道第二次水压试验合格后，立即进行腋角回填。受施工条件制约，该区采用人工回填、夯实，特别是垫层与管道形成的三角区范围内，采用粒径小于40mm、含水率在4%～8%、含泥量不超过10%的中粗砂进行回填，使用自制的T形夯实设备或直径10cm左右的圆木分层夯实密实，避免产生不均匀沉降，确保管道稳定。其它区域回填根据不同回填料碾压试验参数确定的压实机具重量、铺料厚度、最优含水率、碾压遍数等控制。

2.5阶段水压试验

为全面检查管材、安装、接口、回填等质量以及验证设计工况下运行安全稳定性，在安装完成或工程验收之前须进行阶段静水压试验。利用设置的打压管及封堵盲板进行水压试验。在连续安装1公里管道后进行首段水压试验；而后，按照不宜超过10公里的分段长度逐段进行水压试验；最后再进行全线管道水压试验直至全部合格。

3结语

PCCP管道在输（供）水工程领域得到广泛应用，以其自身的优点随着安装工艺的不断成熟，应用前景将更为广泛。本文针对复杂地形下长距离大口径PCCP施工工艺、关键工序施工方法、质量控制要点等做了论述，对同类工程施工具有一定的借鉴和指导意义。

4参考文献

（1）作者：孟浩，曲兴辉，赵海鹏；论文名：《大规模多目标压力流输配水工程水力过渡过程分析》；刊名：《调水工程应用技术研究与实践》；2009年；

（2）作者：李斌，赵亮；论文名：《浅谈PCCP管道安装施工质量控制》；刊名：维普网TV52;TV523；文章编号：1001-2184（2017）增2-0089-03；

（3）作者：祝学辉；论文名：《浅谈PCCP管道的安装》；刊名：《水电施工技术》；2008年第2期（总第52期）54—57页；

（4）《给水排水管道施工及验收规范》(GB50268-2008)；

（5）《预应力钢筒混凝土管道技术规范》(SL702-2015)。

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