郭强
中铁二十局集团第三工程有限公司 重庆 400000
摘要：预应力钢筒混凝土管（PCCP管材）在上世纪90年代进入我国，先后在国内多个大项目上得到成功的应用，在国内的供水工程中已得到广泛认可，应用越来越多；受工程所在区域水文、气候影响，严寒地区预应力钢筒混凝土输水管道（PCCP）安装存在较大的难度。文中以我公司承建的某严寒地区输水管道工程PCCP管道安装为例，从施工准备、施工方法、安全、质量控制等方面，阐述了超严寒地区PCCP管道快速安装的施工方法及关键质量控制。
关键词：预应力钢筒混凝土管；超严寒地区；快速安装；关键质量控制
1工程概况
我公司承建的某PCCP输水管线工程，管道设计流量为16.7m3/s。全长21km，工期为20个月。主体工程为PCCP管道建安工程，主要由PCCP管、钢管、管道附属构配件及稳压水池、各类阀井、管道镇支墩、过洪渠、交通桥等各类建筑物工程组成。工程中使用的PCCP管道设计长5m，内径3000～3000 mm，壁厚280～400mm，工作压力0.8MPa，覆土厚度2.5m～8m单节管重42t～45t左右，是目前国内比较大的PCCP管道。
管道沿线位于超严寒地区，年平均气温在7℃左右，月平均气温为-21℃，极端最低气温达-39.7℃，最大冻土厚度为1.41m，管道应埋设在冻土线以下。
根据管线总体施工进度计划，无法在进入冬季施工前完成，为确保工程按期完成，部分区段需在冬季进行施工；为确保PCCP管道建安工程要在低温环境下连续施工，保证PCCP输水管道的安装质量并按期顺利完成，在输水管道工程沟槽开挖、混凝土浇筑、管道安装、管沟回填等施工项目中采取了一系列低温环境下施工措施。
2 PCCP管道的结构特征及施工准备
2.1 PCCP管道的结构特征
预应力钢筒混凝土管（Prestressed concrete cylinder Pipe，简称PCCP）是在带钢筒（薄钢筒的厚度不小于1.5mm）的混凝土管芯外侧缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并制作水泥砂浆保护层而制成的管体，根据施工工艺特点，PCCP管分为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPDE）两种，这两种管的区别在于钢筒相对于混凝土的位置不同。钢筒位于混凝土外侧，预应力钢丝缠绕在钢筒外表，称为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL），一般适用流量不大的小口径管，如图1.1所示；钢筒埋嵌在混凝土中，大约靠近内侧混凝土1/3处，预应力钢丝缠绕在混凝土外表面，称为埋置式预应力钢筒混凝土管，适用于流量大的大口径管，如图1.2所示。
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图1.1 内衬式预应力钢筒混凝土管 图1.2 埋置式预应力钢筒混凝土管
与普通管道相比，PCCP管虽然具有高强度、高抗渗性、高密封性、耐久性、接口精确度高、维修费用低及安装速度快等优点；但也有存在一些缺点，对环境要求较高，比如橡胶圈、接缝砂浆及防水防腐材料在低温环境下施工质量无法得到保证等，为保证施工质量在施工前要进行一系列施工准备。
2.2 施工准备
为合理安排施工、缩短工期、确保管道正常使用，力争做到技术到位、经济合理、安全使用，确保施工质量和速度，在进入冬季施工前做好充分准备工作。
（1）组织准备
冬季施工前成立PCCP管道工程冬季专项施工小组，由技术负责人明确冬季施工的起止时间，根据项目部组织模式对施工任务进行分解，做到分工明确、责任到人，为冬季施工的顺利进行做好各种资源保障；在进入冬季施工前组织项目部有关人员学习、了解冬季施工的技术特点及要求，并向施工班组进行技术交底。
（2）技术准备
施工前组织技术人员认真复核图纸并熟悉冬季施工规范，通过试验段论证相关工程项目冬季施工能够满足设计及规范要求，并安排专人进行气象预报收集和温度测量工作，加强现场气温观测，做好数据统计工作。
3施工方法及措施
3.1 土方开挖
冬季进行沟槽开挖，为防止基底土壤冻结影响基底质量，应采取以下措施：
1、合理进行施工组织，保证各工序衔接紧密。沟槽开挖以后及时进行后续各道工序施工，例如沟槽开挖不应滞后于管道安装施工100m，沟槽回填不应滞后于管道安装60m等，以减少基底在低温环境下暴露的时间，保证管基质量。
2、预留覆盖层或用保温材料覆盖。沟槽开挖时为防止扰动地基和土壤冻结应预留一定厚度的保护层，待该段管线施工前人工挖除，冬期可根据现场实际温度对保护层的厚度进行适当调整；如因客观条件导致沟槽开挖后不能及时进行下道工序施工，可采取覆盖保温材料的方法将基土覆盖，防止基土冻结，影响管基质量，保温材料可采用中粗砂、回填筛分料、或草帘。
同时，低温环境下施工，应定期对坐标点、水准点等控制桩进行复测、校正，以防止土壤冻胀导致控制桩偏移，影响主体工程质量。
3.2 管道安装
管道安装施工工艺流程：场地平整→测量放线→施工降排水→沟槽开挖→基底处理→中粗沙垫层→PCCP管吊装就位→PCCP管道安装施工→接口水压试验→填封接口缝→土方回填→水压试验→竣工清理
本标段PCCP管道安装全部为明挖段，施工时选用70 t桁架式龙门吊进行PCCP管道卸管与安装。管材运输车辆将PCCP管道运至管沟内停好，龙门吊行驶到运输车辆上方进行吊装，龙门吊采用4点起吊，相对单吊点具有移动平稳、PCCP就位微调方便快捷、易于接头对接、不易造成接口碰伤、安全风险也小等优点。龙门吊为电力驱动，在现场采用1台100KW柴油发电机随时为龙门吊提供动力，龙门吊行驶轨道选用55 kg／m的标准重型钢轨．以保证龙门吊行驶时地面的承载力满足要求。（图2）
图2 龙门吊吊装施工
安装方法为内拉法，首先在已安装好的管道内壁缝处插入一根长3m两头扁平厚度为15mm的钢插销作为固定端，再在龙门吊吊起的待安装管道口外端固定一根两头扁平厚度为15mm的钢插销，在钢插销与管道内壁之间垫短木方或橡胶垫，防止损伤管的内壁；将50cm水平尺放在钢插销中心线位置上，调整钢棒至水平尺水平，两根钢插销之间长度至少保持在3根PCCP管的距离，以防止对拉时发生移动。在固定端钢插销中心两侧对称捆绑2根钢丝绳并用手拉葫芦连接，手动葫芦的另一端直接兜在移动端钢插销对称位置，人工拉紧手动葫芦，把承插口徐徐地紧密接合好，安装完毕后由测量人员再次用全站仪复核，来确定管件轴线是否有偏差（偏差≤30mm），用水准仪确定管内底标高是否符合要求（±30㎜）（图3）。
图3 内拉法施工
轴线、标高符合要求后，管底两侧同时用人工回填管道90°包角，并捣实，然后缓缓卸去门吊荷载，使管子完全着地，再重新复核轴线、标高，符合要求后抽出纤维吊带；为防止低温环境对管道强度及管道表面防腐质量造成影响，管道安装完毕后要及时用帆布或无纺布对管道进行覆盖保温防护，管口适当位置设置挡板或挡帘，避免穿堂风对管道的影响（图4）。
图4 对管道进行保温覆盖
3.3 接口打压
管道安装完成后需对管道接头进行三次打压试验。第一次接头打压试验在每节管道安装完成后随即进行，以检验接头的密封性。接头打压使用经过率定的专用加压泵，从接头下部的试压孔压水，上部试压孔排气；排气结束后拧紧M8螺栓，加压至规定的试验压力0.8MPa，保压2min内无压力降即为合格；每安装3节PCCP管后，应对先前安装的第一根管接缝进行第二次接头打压，管顶以上500mm回填完毕后进行第三次接头水压试验，检验方法同第一次。低温环境下管道接头打压时应采用温水进行，打压完成后应及时将打压水排空（图5）。
图5 接口打压
3.4 接头灌浆
为保证沟槽回填施工进度，管道安装完毕后要及时进行接头灌浆施工，低温环境下进行砂浆施工除了采取对原材料进行加热等措施外，还应在沟槽上方安全距离内搭设移动式保温棚，保温棚由棚布和角钢骨架加工制作而成，棚布组成（由内至外）为防水帆布→土工布→棉→土工布→防水帆布，防水帆布选购用气密性好的材料，棚布覆盖于角钢骨架上其长宽均大于暖棚尺寸，以保证包裹密实（图6）。棚内配备取暖设备，保证棚内温度始终保持在5℃以上，保温棚随施工进度进行间歇式前移，以减少砂浆运距和运输过程中的热量损失。砂浆拌制要严格按试验室测定的比例执行，砂浆应有较好的流动性，以使其均匀、密实、无空隙。管道接头灌浆施工应尽量在每天温度较高时进行（具体时段根据气象预报和温度监测统计结果而定），温度低于-3℃时，应对水和砂进行加热（水温≤60℃，砂≤40℃），同时加入水泥量8%的无氯盐早强抗冻复合剂，砂浆出仓后人工运输至灌浆部位，从管道顶部两侧进行灌浆，并通过来回抽动实现放入的铁丝进行振捣，使之密实，顶部用干硬砂浆填满抹光后，及时覆盖保温材料进行养护，砂浆达到涉及强度后拆除模板带，并及时刷涂环氧煤沥青，总干膜厚度不小于600微米。
图6 PCCP管保温棚
3.5 沟槽回填
在管道回填前，应对管道外表面进行一次全面检查，检查接头外缝砂浆及防腐是否存在挤压损伤、开裂、掉皮等，检查管道表面是否存在吊装磨损、露筋以及防腐层是否破损、龟裂等，如果发现质量问题应及时通知相关单位进行修复，确保已安装的PCCP质量。
沟槽回填施工除要按照试验段确定的机械、参数进行回填施工外，还应严格控制回填料的质量，尤其是冻土含量；管顶50cm以下区域回填料严禁含有冻土，管顶50cm以上区域回填可均匀掺入冻土，但控制数量不得超过填土总体积的15％，且冻块尺寸不超过10cm。管道两侧至管顶50cm区域的回填土必须用轻型压实机具对称、分层夯实，严禁单侧回填或用推土机从一侧向沟内推填，以免引起管顶轴线位移和接口变形，同时回填过程中要采取分段流水作业，做到快铺、快压、快检，保证连续施工，提高机械施工效率，从而保证施工进度（图7）。
图7 PCCP管道回填施工
4质量控制要点
当室外日平均气温连续5天低于5℃即进入冬期施工，进入冬期施工前要建立冬期安全生产小组，对现场机械设备、保暖设施、边坡等隐患部位做定期检查，将各种安全隐患消除在萌芽状态，对相关人员进行安全、消防教育；质量管理方面除严格执行技术交底制度、“三检制”外，还应对以下四个方面进行重点把控：一是检查沟槽基础不能冻胀。二是严格管道进场验收制度及管道安装过程控制测量，确保管道质量及安装质量。三是橡胶止水胶圈需要保温桶保温。四是接缝灌浆要进行保温防护。五是管顶50cm以下回填料严禁冻土含有。
5 结束语
PCCP管道工程一般不采取冬季施工，但由于本工程冬季施工在整个施工过程中的比例较大，且工期紧，任务重，为了不影响施工生产进度和工程质量，针对本地区的严寒气候特点，制定合理的冬季施工技术措施，是保质保量完成本工程的重要前提，同时也为今后PCCP管道工程在超严寒环境下的施工提供了科学依据，将国内PCCP管道工程的应用范围推广一个新的高度。
参考文献
［1］赵利.预应力钢筒混凝土管的曲线借转安装.河南建材，2011（06）
［2］ 预应力钢筒混凝土管道技术规范.SL 702-2015
［3］ 抗硫酸盐硅酸盐水泥 GB 748-2005
［4］水电水利工程接缝灌浆施工技术规范 DL/T 5712-2014
［5］ 给水排水管道工程施工及验收规范 GB 50268-2008
论文作者:郭强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/7
标签：管道论文; 预应力论文; 沟槽论文; 混凝土论文; 龙门吊论文; 砂浆论文; 冬季论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;