大直径球墨铸铁管在高原盆地湖积淤泥区施工方法及质量控制措施

大直径球墨铸铁管在高原盆地湖积淤泥区施工方法及质量控制措施

罗毅

云南建投第一水利水电建设有限公司云南昆明650217

摘要：球墨铸铁管具有较强的抗腐蚀性，普遍应用于地下水丰富的地区作为输水管道，湖积淤泥区地下水丰富、腐蚀性较强，球墨铸铁管是较为理想的输水管材，但大直径球墨铸铁管安装管槽开挖深度较大，湖积淤泥区工程地质条件又较差，从而造成施工难度增大。本文主要论述了大直径球墨铸铁管在湖积淤泥区的施工方法及质量控制措施。

关键词：湖积淤泥区；球墨铸铁管安装；管槽开挖；质量控制

1.项目工程概况

蒙开个地区河库连通工程从开远南洞河取水，经过三级泵站提水至输水线路末端的蒙自四通水厂，调水流量为6m³/s、总提水扬程418.7m，输水线路总长度51.913km，工程规模为中型、工程等级为Ⅲ等。总长度51.913km输水线路包含泵站、箱涵、渡槽、倒虹吸、隧洞等17座建筑物，沿线地貌划分为高原、山地和盆地坝区三种地貌类型，其中大石岩至蜈蚣山倒虹吸管道（17.189km）采用大直径K9级DN2000（P=1.0MPa）球墨铸铁管，管槽开挖深度在3m~5m之间。该线路段主要穿越草坝、大庄及蒙自盆地，近三分之二管槽经过水稻农田地段，地基基础较差。根据设计地质勘查描述，其中基本稳定段（Ⅱ类）占全段管道1%、中等稳定段（Ⅲ类）占全段管道21.8%、较不稳定段（Ⅳ类）占全段管道35%、不稳定段（Ⅴ类）占全段管道42.2%。最大难点在于羊街至草坝管线（约10km）大多处于高原盆地湖积淤泥区，地下水位线较浅（0.5～2m），地基承载力较低，一般小于0.15MPa，含砾黏土具有弱膨胀性。管槽开挖及管道安装施工中的边坡支护、抽排水、基础处理措施是一大难点。

2.施工方法

2.1施工技术措施

湖积淤泥区一般地下水位线较浅，管槽开挖后具有管槽边坡容易塌方和管槽基础地基承载力不足的鲜明特点。一般来说此类地质条件下边坡的变形破坏都需要一定的时间，对于开挖后边坡变形不明显，地基基础承载力满足要求的地段应加快施工速度快速安装快速回填；对于开挖后变形明显地段，应先对管槽进行支护再进行管道安装及管槽回填；对于地质条件极差的淤泥区应先在管槽开挖线外进行支护后再开挖施工。在淤泥区施工快速开挖快速安装快速回填是施工的关键，因此在管道施工前必须确保施工临时便道畅通、施工人员齐备、施工机械运行正常、抽水泵配备充足。因为球墨铸铁管管径大，开挖管槽较深安全隐患较大，因此施工时必须有专职人员进行安全监护。

2.2边坡支护措施

边坡支护一般有锚喷支护、浆砌石挡墙、混凝土挡墙等支护形式，本工程管槽均为临时管槽，开挖后需回填复耕，采用上述措施不但费工费力且不利于管槽复耕作业。本工程采用可重复利用的钢板桩打入管槽两边对开挖边坡进行支护，钢板桩打入至管槽底板一下0.5~1m之间。钢板桩采用I20工字钢制作长度在4~5m之间，钢板桩一端切割削尖，另一端开孔以便用钢绳吊装打入，施工时仅需一台中型挖机及两个人工配合即可，具有操作简单、施工速度快、支护效果明显的特点。蒙开个地区河库连通工程采用该支护方案成功完成了17km倒虹吸的安装施工。

2.3地基基础处理

湖积淤泥区管槽地基基础承载力大多不能满足要求，在本工程的施工过程中采用块石换填或混凝土换填的方式处理地基基础。当管道开挖底板遇淤泥等软弱地层地基基础不能满足设计要求时，可采用块石换填管槽底板的方法解决，块石换填厚度一般在1~0.5m即能满足要求，块石粒径宜在30cm~50cm之间，块石粒径不宜过大也不宜过小；当止推墩及阀室井地基基础不能满足承载力要求时宜采用混凝土换填，待换填混凝土到达一定强度后再在换填后的底板上浇筑止推墩及阀室井。在施工过程及后期监测测量结果中显示，经过换填处理的管槽底板及镇墩阀室井底板沉降量较小，均满足施工质量要求。

2.4施工工艺流程

场地清表平整→测量放线→管沟土（石）方开挖→施工降排水→（边坡支护或底板处理）→砂垫层铺筑夯实→球墨铸铁管检查及止水圈安装→球墨铸铁管吊装就位→球墨铸铁管道组装→粗砂（土）回填夯实→各种井室、止推墩施工→土方回填

3.施工质量控制措施

湖积淤泥区工程地质较差，如何控制好施工质量，做到又好又快施工，可有效加快施工进度，降低施工成本。

3.1管件吊运

起吊时使用专用吊钩并用胶垫隔离保护，确保水泥内衬和外层沥青不受损伤。起吊时缓慢、平稳、小心吊运，起吊后避免与其他物体碰撞，严禁球墨铸铁管直接在地上拖拉。

3.2球墨铸铁管外观、椭圆度检查

3.2.1外观检查

（1）管材内外表面不允许有飞边、毛刺、粘砂、多肉、缺肉、裂纹、皱皮，需要保持光洁；内与外表面孔洞深度不能超过2毫米；承口内表面要光洁，不能有纵向沟纹，并且高度要超过1毫米的凸点和深度要超过1毫米、直径超过1.5毫米的孔洞。

（2）橡胶圈的表面不能有重皮、裂缝、气孔、平面扭曲或肉眼可见的杂质等等。

（3）内外防腐层的完整性也必须要检查（管体外表面涂层为富锌环氧煤沥青层、内表面水泥砂浆层），要求内涂层和外涂层粘附性好、涂层均匀、表面光洁、不能起皮。

3.2.2椭圆度检查

椭圆度检查，见图1。

采用红外线测距仪检查每节截面椭圆度应符合：

椭圆度=100×（）/（）<2％，

--直径最小值直径，--直径最大值直径。

安装前管节检查按照椭圆度<1％控制，安装（回填土后24h）按照椭圆度<2％控制，若发现椭圆度不满足要求可用顶筒、千斤顶等工具进行校正。

图1椭圆度检查及校正

3.3球墨铸铁管槽开挖方法

（1）依据设计轴线及其断面开挖管槽，不欠挖，超挖要控制在50毫米内，对于超挖部分只能用粗砂回填，不能用松土回填，管槽基础面的松渣与杂物要清理干净；开挖期间要做好基槽的降水与排水，可对管槽底一边挖排水沟，另外对管道安装范围外开挖集水坑进行抽排；设置警戒线及警示标志牌在边坡两侧。

（2）在开挖时要根据地形和地质情况进行调整坡比，如有需要可用钢板桩支护，槽深超过3米时要分层开挖，分为二级开挖，以管槽两侧设立开挖马道来保证管槽边坡稳定和便道过车安全。

（3）根据地质情况，管槽开挖长度不宜过长，开挖一节段是8米左右，安装一节管节为6米，要及时回填施工来防止浮管。

3.4球墨铸铁管底砂垫层铺设、夯实方法

粗砂需要提前洒水闷料，砂垫层厚度25厘米（考虑铺砂3～5厘米的松散系数），用冲击夯夯实3遍，确保压实度满足设计要求；在对不良地质段开挖时，提前在管槽两侧挖好排水沟，或者及时抽排水，遇到软土、淤泥地基时，须把基底软土、淤泥清除，铺筑15厘米以上厚碎石（也可根据基础情况先采用块石换填），在表面再铺筑厚25厘米砂垫层。

3.5球墨铸铁管下管前承插口清理、安装胶圈和涂油保护

下管前把承口位置砂和土等杂物用毛刷或者干净毛巾去清理干净；根据管径大小，把橡胶圈弯成“梅花”型套入承口槽内，并沿整个胶圈用橡皮锤砸实，确保胶圈所有部位不翘扭，均匀卡在槽内；采用胶布对承口120º周围进行包裹；并把插口涂油处清理干净，最后再均匀涂抹凡士林（注意不能过早抹涂好凡士林，为避免温度过高固化）最后做防污染保护。

3.6管道轴线校核

勤测量，控制好里程桩号、高程及轴线偏差，做好安装记录。由于大直径球墨铸铁弯管配件目前生产厂家只有11.25°、22.5°、45°及90°四个规格，在实际安装过程中除采用以上4种规格弯头外还需要采用球墨管道直管进行借角，见图2表1。转弯借角位置安装时，提前做好安装借角方案，需要多少直管及在什么位置开始，以免轴线偏移；还要做好管道安装中重要节点位置的记录和施工记录台账。

图2偏转角（借角）

表1球墨铸铁管连接允许的偏转角

3.7管道安装

利用吊车把铸铁管吊装到管槽内，采用挖掘机配合吊车在管子前方水平均匀将管子推入，注意在管节与掘斗之间垫上木质材料或橡胶材料保护，同时也可以采用专用的起重机械（手拉葫芦）配合施工，专用工具在管身处捆绑两点，确保平衡。将管节插口均匀推入承口（正装），禁止“反装”（承口推入插口），保证承插口接缝位置间隙1-3mm。

一般情况铸铁管安装方向由低处向高处安装，承口朝迎水方向，但根据分段及地形特点，承口朝顺水方向安装也是允许的，安装后进行橡胶圈位置检测，用钢尺顺着承插口位置均匀测量8组数值，满足M-M<3cm，说明胶圈均匀没翻圈破损。管道安装好后及时通知参建相关方验收，验收后及时回填。

3.8球墨铸铁管槽回填

必须严格按照设计时的要求，对断面进行沟槽回填施工。主要控制管道两侧的回填：将管两侧对称回填至管顶以上20厘米，用粗砂或者原土回填，须每50厘米一层进行夯实，要求用冲击夯夯实3至5遍；对工作坑及管道下方120°范围必须重点夯实，夯实方法采用插管冲水，必须使管槽两侧回填压实度达到90%以上；管顶以上用原土回填，每1米一层填筑，要尽可能的避免机械碾压管顶以上范围，控制管子椭圆度变形在允许范围内，接头处预留后期回填搭接错台。

3.9止推墩混凝土浇筑

止推墩基础位置需采用触探仪做承载力试验。一、二期混凝土结合部位必须严格凿毛，凿毛标准为施工缝面应无乳皮，微露粗砂。溜槽搭建时要注意混凝土自由下落高度不得超过1.5m，浇筑时严禁在仓内加水，振捣时要注意：振捣器宜垂直按顺序插入混凝土，插入时要快，拔出时要慢，避免混凝土里面留下间隙；振捣完成的依据是：混凝土表面不再沉降或沉降不明显，振捣不再出现气泡或振动器周围不会冒气泡，混凝土表面显像平坦、泛浆，混凝土初凝后可采取洒水覆盖草席等方式养护。

3.10不良地质段基础处理和边坡支护

本工程基础地质较为复杂，DN2000\DN1000球墨铸铁管道部分管线需通过湖积淤泥及软弱地质区域，常年地表水和地下水丰富，根据地质勘查报告资料该段土质为耕植土、粉质粘土、淤泥、中砂、粉质粘土和粘性土层，施工中必须提前制定专项处理措施，采取开挖一个管道段（8米左右）及时安装一个球墨管节（6米）的方法施工，并根据实际围岩地质情况采取分段开挖、钢桩支护、基础换填及强排水等措施保障施工顺利进行。

3.11防止浮管

施工期间特别是雨季及地下水丰富的地段，安装完成的球管节必须及时回填施工，管道端头用木板临时封住管口，不让泥桨灌入注管节中，但要让水能够渗漏进去，保持管道内外水平衡。回填时进行分层夯实，填砂、土要填到管子上方1m以上，必须防止槽外积水回灌沟槽而没有灌入管内，造成管道漂浮。保持施工平衡，后续的止推墩混凝土浇筑也必须及时完成。在微斜坡地段施工更要注意防止管道漂浮事故发生，雨季尤其注意管口段边坡塌方堵积管口造成管道外水位高于内水位而发生浮漂管现象。

4．结束语

本文介绍的施工方法具有工艺流程简单、易于掌握且效果明显的特点，施工质量控制措施详细清楚，减短了作业人员处于软弱土层的深基坑中的时间，缩短了施工周期，节约了施工成本，大直径球墨铸铁输水管质量得到了很好的控制，得到了参建各方一致好评。该技术简单、成熟、可靠，可以应用于类似条件下的工程当中，对处理同类技术的工程有广泛的推广价值。