混凝土全包封输水管道施工技术及应用

王天翼 赵志峰 王小征

(北京翔鲲水务建设有限公司，北京 100192)

在混凝土全包封输水管道施工过程中，管道安装精度要求高、施工难度大，目前国内普遍做法为用混凝土支墩控制管道安装位置，此种方法包封混凝土支墩一旦浇筑成型，安装的精度就很难调整，并且支墩形式及精度很难控制，也不足以保证钢管施工时的安全性。本技术利用长方体块状混凝土支墩承重，采用稳管钢支架进行稳管，可以提高管道安装质量、保证施工安全，在工程中经过实际应用，效果良好，受到业主的高度评价。北京市南水北调配套工程河西支线明挖工程中应用了混凝土全包封输水管道施工技术进行管道安装，实践证明，该技术确实提高了管道安装质量、缩短了施工工期、保证了施工安全。2018年9月4日钢管全包封混凝土浇筑稳管支撑结构获实用新型专利授权。该技术成果在北京市南水北调配套工程东干渠亦庄调节池工程中应用，受到业主的高度评价，具有较高的推广应用价值。

1 工程概况

北京市南水北调配套工程河西支线工程大宁水库—小清河段管道铺设(ZY0+000～ZY2+634),明挖段管道全长共计2235m。钢管采用C25混凝土全包封结构，管道直径为2600mm，钢管材质为Q235C，钢管壁厚20mm,采用钢筋混凝土全包封结构，包封厚度600mm。

2 技术原理

本施工技术利用混凝土支墩承重，采用稳管钢支架进行稳管。将混凝土支墩制作成长方体块，用于钢管承重，现场便于施工。稳管钢支架用于固定和调节管道的横向位置，稳管钢架与钢管处制作一与钢管同弧度接触面。为保障钢管的安装精度，将精度的两个参数高程和轴线位置分开控制。长方体支墩调整高程，稳管支架对其轴线位置进行限定，可以防止钢管安装过程中滚动并且可灵活调整钢管的位置，便于钢管安装。

3 流程及操作要点

3.1 工艺流程

浇筑混凝土支墩、布置稳管支架→吊装入槽(不摘钩)→定位→钢管焊接→撤出浇筑仓两侧稳管支架→钢筋安装→模板安装→混凝土浇筑→养护。

3.2 浇筑混凝土支墩、布置稳管支架

混凝土支墩作为钢管的主要承重结构，尺寸为1.8m×0.28m×0.58m(长×宽×高)，支墩位置调整至距钢管口端部1.5m处，混凝土支墩水平间距3.0m，见图1。支墩顶部垫一层橡胶垫以保护钢管防腐涂层，待钢管对口精调完成后取掉橡胶垫。

图1 支墩正视图及侧视图 (单位:m)

考虑到钢管安装时的安全性，在钢管两侧设计两组稳管支架作为稳管措施。稳管钢架采用14号槽钢制作，与钢管接触面用钢管制作成圆弧面，槽钢及钢管之间全部采用焊接方式连接，且钢管上设置10mm木板(圆弧面)，再在其木板上镶钉10mm厚橡胶板。具体设计尺寸及制作形式见图2。

图2 稳管支架正视图及侧视图 (单位:m)

每根钢管安装需要两组稳管支架，分别放置在钢管两侧靠近支墩内侧。其具体放置位置见图3。把两组稳管支架按照设计位置放在钢管两侧，稳管支架中点与管轴线投影位置重合，稳管支架的两托架水平净距为2.0m。

图3 支墩及稳管支架布置图 (单位:m)

3.3 吊装入槽

每根钢管设置两个吊点，每个吊点位置为距管道两端的三分之一处。用吊车将钢管吊运至设计位置，放在两个支墩上(先不摘除吊钩)，并用稳管支架限定其轴线位置，待钢管稳定后摘钩。

3.4 定位

吊车吊运钢管时，指挥人员严格控制钢管就位位置，一次将钢管纵向位置调整到位，局部缝隙采用2个5t手拉葫芦进行微调。纵向位置调整完成后调整高程位置，采用2个5t千斤顶将钢管轻微顶起，调整到位后在支墩上垫厚度适宜的橡胶垫。再通过稳管支架上的对拉螺栓固定托架以固定钢管的横向位置，调整到位后，复测符合要求后将相邻钢管点焊。

3.5 钢管焊接

相邻管口之间采用手工电弧焊、双“V”形坡口焊接，首先在坡口内侧进行焊接，完成后外侧采用碳刨刨出6mm深、10mm宽的“V”行坡口，再进行外侧焊接。焊接前进行焊接工艺试验，经试验确定后的最佳焊接方式为：内侧焊三遍(打底、填充、盖面)，外侧焊两遍(打底、盖面)。

3.6 撤出浇筑仓两侧稳管支架

钢管焊接完成以后，撤出先浇筑混凝土仓(12m一仓)内的钢架，两侧仓内钢架不撤出，待先浇筑仓内的混凝土达到设计强度70%后再撤出两侧仓内的钢架，用于下一批钢管安装。

3.7 钢筋安装

a.钢筋安装前熟读图纸，核对成品钢筋的钢号、直径、形状、尺寸和数量等是否与设计要求一致。如有错漏，及时纠正增补。

b.按设计要求，准确放样划线定位，编制或设计钢筋的安装顺序。

c.除预先埋设在支墩底部的钢筋外，其余钢筋依据设计图纸要求安装，外圈环向筋间隔倒置，以错开焊缝位置，保证钢筋强度。

d.钢筋安装完成后在钢筋与模板之间设置C25混凝土垫块，以保证混凝土50mm保护层的厚度。垫块应相互错开，分散布置。

3.8 模板安装

包封混凝土采用普通钢模板和定型模板组装而成。一次浇筑成型，侧模板采用P6012模板，倒角起点处采用135°角定型模板，倒角以上采用P6012普通钢模板。两侧斜边模板每隔2m留出一个260mm×260mm的下料口，以方便混凝土浇筑。模板要有足够强度、刚度和稳定性。拼装前要涂上脱模剂，涂刷要均匀。

3.9 混凝土浇筑

3.9.1 浇筑方法

包封混凝土采用跳仓法浇筑，每仓浇筑长度根据设计图纸要求为12m。分缝材料采用闭孔泡沫板，待模板拆除后黏贴或用水泥钉固定在端头混凝土面上。

包封混凝土使用混凝土灌车配合泵车进行，采用汽车泵泵送入仓。为了减小混凝土浮力及其他作用力对模板及钢管的影响，混凝土采用分层法浇筑，每层浇筑厚度为30～40cm；严格控制浇筑速度，在混凝土浇筑至钢管四分之一高度时放缓浇筑速度，每小时浇筑高度不大于1m。混凝土采用插入式振捣棒进行垂直振捣，插点均匀排列、逐点移动、顺序进行，避免漏振与过振。振捣棒在每一插点上的振捣延续时间，以混凝土不显著沉落、不出现气泡、表面泛浆并不产生离析为度，振捣控制时间为25～30s，要快插慢拔。

3.9.2 抗浮措施

混凝土浇筑过程中为防止漂管现象，进行抗浮计算，并采取相应措施。浇筑时混凝土上升速度控制在1m/h之内，以减少浇筑过程中产生的浮力，钢管在浇筑过程中产生的浮力按照《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ 162—2008)规范有关公式计算。

钢管的自重为1.3t/m，不满足抗浮要求，施工时采用增加配重的措施，在每延米钢管增加配重1.5t。配重采用砂袋或钢筋，放在钢管内小车上，采用卷扬机拉运。

3.10 钢管监测

浇筑前、浇筑过程中以及浇筑后对浇筑部位钢管进行监测，每浇筑仓布设3组监测点，监测点设置在两端及中间，每组监测项目为钢管整体上浮、收敛和变形。浇筑过程中监测发现钢管产生微量变形，主要为钢管整体上浮，目前已完成的浇筑段最大上浮为4mm，满足规范要求。监测的钢管最大变形为钢管直径的0.5%，满足设计要求。经监测，混凝土全包封输水管道施工工法能够满足规范及设计要求。

3.11 养护

浇筑完成待混凝土初凝后在混凝土顶面覆盖塑料薄膜进行保湿养护，拆模后覆盖土工布并洒水保湿养护。

4 材料设备

施工过程中所需主要材料见表1，主要设备见表2。

表1 主要材料

表2 主要设备

5 质量控制

钢管吊装前严格控制稳管支架的位置，测量无误后再进行钢管吊放，稳管支架位置偏差小于5mm；利用手拉葫芦和千斤顶同时对钢管的纵向位置进行精调，之后利用稳管支架固定钢管位置；吊装时采用10cm宽尼龙吊带，增大吊点面积，防止钢管防腐层破坏；浇筑混凝土时，严格控制混凝土浇筑速度，混凝土上升速度控制在1m/h左右，尽量减少混凝土浇筑过程中产生的浮力。

6 安全及环保措施

本技术遵循相关安全和环保的标准和规范。安全方面，项目部在安全技术、安全管理及现场应急处理等方面采取了措施，对于供电与电气设备安全和吊装操作安全非常重视，确保用电和吊装零事故。根据本工程特点，项目部购置了相应的安全防护设备和劳保用品，施工现场严格检查，施工过程准备有相应的安全方案，现场指挥做到信号统一、清楚、正确和及时。环保方面，项目部确保施工场地布局合理，优化作业方案和运输方案，尽量减少施工对周围环境的影响。针对废弃物、噪声和扬尘等环保问题，项目部采取多项技术和管理措施，做到绿色施工、文明施工。

7 应用效果

本施工技术在北京市南水北调配套工程河西支线明挖工程中获得了显著的经济和社会效益，有效解决了现有技术中存在的钢管安装精度差和效率低的问题，提高了施工质量。

河西支线明挖工程全长2235m，共需安装钢管375根，每根钢管需设两组固定的混凝土支墩，设两组可拆卸重复利用的稳管支架。每个混凝土支墩可节约2个人工，传统方法主要为打磨混凝土支墩弧面及精度调整。共节约人工费30万元。钢管可以重复利用，传统利用固定钢支架可节约钢材，用本技术制作60组稳管支架，30根钢管可重复利用。每组稳管支架约需用钢材0.2kg，共节约钢材82.8万元。共计节约112.8万元。

本技术经过实践应用，效果良好，施工简单，易操作，易推广，可减少施工步骤，加快施工进度，提高施工质量,减少对环境的影响。

8 结 语

本施工技术弥补了现有混凝土全包封输水管道技术的缺点。可分开控制高程和轴线位置两个参数，保证了安装精度,缩短了校准精度需要的工期，采用混凝土支墩结合稳管支架进行管道安装，提高了管道安装速度。本技术采用稳管支架进行管道固定，确保管道在混凝土支墩顶不滚动，保证了施工及管理人员安全，由于稳管支架可重复利用，全部安装完成后可回收，降低了施工成本。本技术适用于各类明挖混凝土全包封输水管道工程，具有很强的实用价值和推广意义。