论文部分内容阅读
[摘 要]文章介绍了球墨铸铁管的特性并对大口径球墨铸铁管的施工工法进行了分析和研究。
[关键词]大口径 铸铁管 工法
中图分类号：TU991.36 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0399-02
我国的球墨铸铁管行业起步于20世纪90年代初，这种新型管材充分发挥了球墨铸铁的高强度、高韧性及耐腐蚀性，具有结构强度大、承压能力强、管身及接口严密、使用寿命长、安装效益好、管材内壁摩阻系数小、输水成本低、施工方便等诸多特点。球墨铸铁管在以往的实际应用中主要以DN800以下小口径管为主，但近年来，由于该种管材的诸多优点得到了社会的广泛认同，在大型的水、气输配工程中DN800以上的球墨铸铁管开始逐步应用，并且在可以预见的将来，大口径球墨铸铁管材的应用必将会越来越多。
1 特点
1.1 同口径管材中，球墨铸铁管最经济可靠。
1.2 可承受较高的管内压力和外部荷载。
1.3 管材的強度可防止管材在吊装、运输、安装过程中受损坏，对管基及回填土施工要求低。
1.4 采用“T”形和“K”形橡胶圈密封，密封性能好，施工操作方便，安装速度快。
1.5 管材内表面衬水泥砂浆衬里，表面光滑，尤其是经过一段时间的运行后，内表面更加光滑，这样可以保证运行期内保持很高的通水能力，其水力摩阻n=0.0107。
1.6 由于构成管材的铸铁材料在管内壁被密实的混凝土及砂浆包裹，混凝土或砂浆提供的碱性环境使得构成内部球铁钝化，从而防止其内腐蚀；管外壁采用环氧煤沥青漆二道防腐或特殊防腐处理，可对管材进行有效的防腐，即使在运输过程和生产过程中外防腐层遭到破坏，由于铸铁自身具有较好的抗腐蚀性能，也可以保证腐蚀仅限于表层而不向其内部扩展。
1.7 管材本身此种独特复合结构，加之其连接方法均为柔性接口，不易出现管身漏水、接头漏水及爆管现象，管路损失小，输水成本低，使用寿命可达50年以上。
1.8 大口径球墨铸铁管可采用全管线水压试验（闭水试验），也可以对管接口处逐一进行水压试验，从而避免管道严密性试验所用大量水资源，节约和减少施工成本。
1.9 对直线管道安装更快捷，成本低，操作施工简单。
2 工艺原理
大口径球墨铸铁管一般口径在DN1400及以下采用T形承插柔性接口，而口径在DN1600及以上采用K形承插柔牲接口，靠承插口挤压胶圈使之变形，从而对承口内壁及插口外壁产生压力，达到止水效果。如图2-1、图2-2所示。
3 工艺流程及施工操作要点
3.1 安装工艺流程
选材→采购→验货→报检→散管→施工排水→沟槽开挖→沟槽支撑→管道基础处理→安管→接口水压试验→管道标高、坐标复测→回填土一回土密实度试验→交工验收
3.2 施工方法及操作要点
1）沟槽开挖
（l）沟槽开挖应针对地质条件按规范要求进行放坡，沟深超过4m的应按规定分层开挖放坡。沟底宽应按下式计算：
沟槽底宽=管道结构外缘宽度+两边操作面宽度+沟底明沟排水宽度+沟槽支撑结构宽度一般所指大口径球墨铸铁管标称口径通常不小于DN800，上式中两边操作面宽度，DN1500及以下的不小于600mm，DN1600及以上的不小于800mm，DN3000以上的不小于lOOOmm，或者也可根据具体条件确定。
（2）球铸管通常埋深较深，往往会低于地下水位，故其沟槽开挖时应根据地下水位情况适当考虑地下水的降、排水。通常对于透水性较高的粉土、粉砂土、砂土等，可采用井点降水。对于透水性不高的土质，如黏土、黄土等，应主要以沟底明沟排水系统为主。在沟内一侧或双侧超挖200—300mm形成排水明沟，每隔50m左右挖一个0.6m×0.6m×0.8m集水坑，内置潜水泵抽水到现场临时排水系统。基底低于地下水位的沟槽必须采取一定措施保持基底干燥。
（3）沟槽开挖应注意不得扰动基底原土，应用机械开挖到基底标高以上100— 150mm然后人工铲削找平到设计基底标高。
（4）大口径球墨铸铁管的基础处理应由设计确定，土壤承载力高的可采用原土基础，土壤承载力较差的应采用适当的基础形式，如碎石基础、砂石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础等。
（5）开挖时应在管接口处预挖操作坑以便安装时工人在管底进行接口、混凝土灌浆等操作，其深度一般不低于800mm，长度约lOOOmm，宽度与沟底同宽。
（6）沟槽开挖时应单边堆土，堆土应不超过1.5m，并应距沟边保持不小于800mm的安全距离。。
2）管道安装
（1）沟槽开挖时不堆土的一侧应设一条施工便道，以便于管节运输及吊装。便道距沟边应不小于1.0m，并有足够的宽度、转弯半径、平整度和承载力。便道外侧应有不小于5m的空地以便管节堆放。
（2）管道运输。球墨铸铁管通常口径较大，重量较重，其运输车辆应选则有足够运力的车辆，并应将球墨铸铁管与车身用钢丝绳绑扎牢固，钢丝绳用捯链、拉紧器等收紧，以确保安全。为便于装卸，还应在管与车厢板之间用木架或铁架架空。
（3）管节卸车后应在便道外侧沿线散管并编号，每节管的摆放位置应能保证吊车不用移车位即可方便地将管节吊装到其设计位置。为便于吊装时穿钢丝绳，应让管节与地面之间留出约lOOmm左右的空间，为此应在管节两端用木架子托住或用砂袋堆垒托住管节两端。DN1600以上K接口球墨铸铁管的压兰应分别摆放在相应管节、管件旁边，胶圈及丁字螺栓应集中摆放，使用时取出。
（4）球墨铸铁管安装时宜自下游开始，承口朝向施工前进的方向。
（5）球墨铸铁管原则上不宜切割下料，应在供应商生产时就按排管图生产好，到现场后直接进行安装即可。若遇意外情况或设计变更需要切割下料，应采用等离子切割，或者也可以用电动砂轮切割机断管。切割后，应用角向磨光机将毛刺、氧化皮和热影响区磨掉，并且应该将管口修磨成倒角，以利安装。 （6）管节及管件下沟前，应清除承口内部的油污、飞刺、铸砂及凹凸不平的铸瘤；柔性接口铸铁管及管件承口的内工作面、插口的外工作面应修整光滑，不得有沟槽、凸脊缺陷；有裂纹的管及管件不得使用。
（7）球墨铸铁管的每米重量远远超过同口径钢管或其他材质的管道，因此对于大口径球铸管的吊装应慎重选择吊装机具及吊装方案，其原则是够用并留有余地。吊装设备及吊装方法严格按照相关规定执行。
（8）T形接口的球墨铸铁管在对口插入前，应先计算好其插入深度（插入深度以管内接缝宽lOmm左右为宜）在插口上做好标记，然后将胶圈均匀地安装在承口相应的凹槽内，使其无变形、无扭曲，再在插口外表面、承口內表面及胶圈上均匀地涂以润滑剂（黄油），最后对口，将插口端插入承口中，控制其插入深度与先前做的标记相符合。
（9）T形接口球墨铸铁管接口胶圈有一定的强度和韧性，在装入承口时有一定的技巧：首先承口胶圈槽内要涂上黄油以利润滑，然后将胶圈用细绳放人承口内，再解开细绳，先将上半圈胶圈装到位，最后再将胶圈最下部用木榔头敲打到位，卡到承口胶圈槽内。
（10）T形接口球墨铸铁管在插入时，可以用捯链将其插入，见图3-1。
（11）K形接口的球墨铸铁管在对口插入前，先将其压套法兰套在插口端，再在插口端外表面涂以润滑剂（黄油），再将胶圈按正确的方向套在插口端，并推到离插口端一定距离，然后将插口端插入前一管节的承口端内，插到管内接缝lOmm左右，校正其同轴度，最后推动压套法兰与承口端法兰靠拢，四周均匀地收紧螺栓。螺栓方向应注意保持一致。
（12）球墨铸铁管安装时，考虑到具体情况的复杂性，有可能会要求管线从两端分别向中间安装最后碰头，这样可以在碰头处增加松缩套头，然后用球墨铸铁盘承、盘插分别与两管端相接。
（13）球墨铸铁管安装的允许偏差见下表。
（14）如果管道设计有基础，则其标高的控制较为方便，只要控制好其基础的上表面的标高即可。如果管道设计无基础，则其标高的调整就相对较为麻烦，应先控制好沟底原土标高，且在沟槽开挖时还应预留好管节安放瞬时下沉量。如果管节标高实测值偏高，则必须将管端略吊起约300mm，将管身下的原土铲掉一点再将管放下。如果管节标高实测值偏低，则应将管端吊起约300mm，在管身下回填砂石或混凝土。管节下到沟底，其平面定位及高程经测量均符合要求后，即在管身两侧用道木卡住使其不能发生径向位移，再将钢丝绳抽出。
3）管道严密性试验
大口径球墨铸铁管的接口可在管内对管接口进行逐一的单口试验，试验水压应为其设计工作压力的1.5倍或按设计要求，以5min内压力不降且管道接口内外均无渗漏为合格。
4）回填土
接口完成后，在试验前，可以在管节中部回填土，形成两个土墩，以增强管节的稳定性。土墩高度以管断面胸高到顶高之间为宜。试验合格后即可对管道进行回填，回填应用细的干土，在管顶上500mm以内用人工夯实，每虚铺250mm左右即进行夯实，密实度不小于95%。回填到管顶以上500mm以上后，回填可用机械进行，其密实度要求不小于90%或按设计要求。回填时为达到最佳密实度，可适当回灌水。回填到地面后，应继续回填到高出地面约250mm，待其日后自然沉实到与地面相平。
4 结语
球墨铸铁管具有管壁薄、重量轻、弹性好、耐腐蚀性好、使用寿命长、对人体无害、施工方便等特点，是一种具有较高科技附加值的铁制品。可广泛应用于市政、工业和农业灌溉系统的供配水管线、电厂循环水管道、各种有压、无压排水管道，也可用于倒虹吸管、压力隧道用衬管和高覆土下涵管。随着我国经济发展水平的提高，各行业能源环保意识的增强，市场呼唤高性价比的“绿色管材”， 大口径球墨铸铁管将有着广阔的发展前景和空间。
作者简介：陈静（1978—— ）女，工程师，天津市排水工程公司，从事工程技术管理工作。
[关键词]大口径 铸铁管 工法
中图分类号：TU991.36 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0399-02
我国的球墨铸铁管行业起步于20世纪90年代初，这种新型管材充分发挥了球墨铸铁的高强度、高韧性及耐腐蚀性，具有结构强度大、承压能力强、管身及接口严密、使用寿命长、安装效益好、管材内壁摩阻系数小、输水成本低、施工方便等诸多特点。球墨铸铁管在以往的实际应用中主要以DN800以下小口径管为主，但近年来，由于该种管材的诸多优点得到了社会的广泛认同，在大型的水、气输配工程中DN800以上的球墨铸铁管开始逐步应用，并且在可以预见的将来，大口径球墨铸铁管材的应用必将会越来越多。
1 特点
1.1 同口径管材中，球墨铸铁管最经济可靠。
1.2 可承受较高的管内压力和外部荷载。
1.3 管材的強度可防止管材在吊装、运输、安装过程中受损坏，对管基及回填土施工要求低。
1.4 采用“T”形和“K”形橡胶圈密封，密封性能好，施工操作方便，安装速度快。
1.5 管材内表面衬水泥砂浆衬里，表面光滑，尤其是经过一段时间的运行后，内表面更加光滑，这样可以保证运行期内保持很高的通水能力，其水力摩阻n=0.0107。
1.6 由于构成管材的铸铁材料在管内壁被密实的混凝土及砂浆包裹，混凝土或砂浆提供的碱性环境使得构成内部球铁钝化，从而防止其内腐蚀；管外壁采用环氧煤沥青漆二道防腐或特殊防腐处理，可对管材进行有效的防腐，即使在运输过程和生产过程中外防腐层遭到破坏，由于铸铁自身具有较好的抗腐蚀性能，也可以保证腐蚀仅限于表层而不向其内部扩展。
1.7 管材本身此种独特复合结构，加之其连接方法均为柔性接口，不易出现管身漏水、接头漏水及爆管现象，管路损失小，输水成本低，使用寿命可达50年以上。
1.8 大口径球墨铸铁管可采用全管线水压试验（闭水试验），也可以对管接口处逐一进行水压试验，从而避免管道严密性试验所用大量水资源，节约和减少施工成本。
1.9 对直线管道安装更快捷，成本低，操作施工简单。
2 工艺原理
大口径球墨铸铁管一般口径在DN1400及以下采用T形承插柔性接口，而口径在DN1600及以上采用K形承插柔牲接口，靠承插口挤压胶圈使之变形，从而对承口内壁及插口外壁产生压力，达到止水效果。如图2-1、图2-2所示。
3 工艺流程及施工操作要点
3.1 安装工艺流程
选材→采购→验货→报检→散管→施工排水→沟槽开挖→沟槽支撑→管道基础处理→安管→接口水压试验→管道标高、坐标复测→回填土一回土密实度试验→交工验收
3.2 施工方法及操作要点
1）沟槽开挖
（l）沟槽开挖应针对地质条件按规范要求进行放坡，沟深超过4m的应按规定分层开挖放坡。沟底宽应按下式计算：
沟槽底宽=管道结构外缘宽度+两边操作面宽度+沟底明沟排水宽度+沟槽支撑结构宽度一般所指大口径球墨铸铁管标称口径通常不小于DN800，上式中两边操作面宽度，DN1500及以下的不小于600mm，DN1600及以上的不小于800mm，DN3000以上的不小于lOOOmm，或者也可根据具体条件确定。
（2）球铸管通常埋深较深，往往会低于地下水位，故其沟槽开挖时应根据地下水位情况适当考虑地下水的降、排水。通常对于透水性较高的粉土、粉砂土、砂土等，可采用井点降水。对于透水性不高的土质，如黏土、黄土等，应主要以沟底明沟排水系统为主。在沟内一侧或双侧超挖200—300mm形成排水明沟，每隔50m左右挖一个0.6m×0.6m×0.8m集水坑，内置潜水泵抽水到现场临时排水系统。基底低于地下水位的沟槽必须采取一定措施保持基底干燥。
（3）沟槽开挖应注意不得扰动基底原土，应用机械开挖到基底标高以上100— 150mm然后人工铲削找平到设计基底标高。
（4）大口径球墨铸铁管的基础处理应由设计确定，土壤承载力高的可采用原土基础，土壤承载力较差的应采用适当的基础形式，如碎石基础、砂石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础等。
（5）开挖时应在管接口处预挖操作坑以便安装时工人在管底进行接口、混凝土灌浆等操作，其深度一般不低于800mm，长度约lOOOmm，宽度与沟底同宽。
（6）沟槽开挖时应单边堆土，堆土应不超过1.5m，并应距沟边保持不小于800mm的安全距离。。
2）管道安装
（1）沟槽开挖时不堆土的一侧应设一条施工便道，以便于管节运输及吊装。便道距沟边应不小于1.0m，并有足够的宽度、转弯半径、平整度和承载力。便道外侧应有不小于5m的空地以便管节堆放。
（2）管道运输。球墨铸铁管通常口径较大，重量较重，其运输车辆应选则有足够运力的车辆，并应将球墨铸铁管与车身用钢丝绳绑扎牢固，钢丝绳用捯链、拉紧器等收紧，以确保安全。为便于装卸，还应在管与车厢板之间用木架或铁架架空。
（3）管节卸车后应在便道外侧沿线散管并编号，每节管的摆放位置应能保证吊车不用移车位即可方便地将管节吊装到其设计位置。为便于吊装时穿钢丝绳，应让管节与地面之间留出约lOOmm左右的空间，为此应在管节两端用木架子托住或用砂袋堆垒托住管节两端。DN1600以上K接口球墨铸铁管的压兰应分别摆放在相应管节、管件旁边，胶圈及丁字螺栓应集中摆放，使用时取出。
（4）球墨铸铁管安装时宜自下游开始，承口朝向施工前进的方向。
（5）球墨铸铁管原则上不宜切割下料，应在供应商生产时就按排管图生产好，到现场后直接进行安装即可。若遇意外情况或设计变更需要切割下料，应采用等离子切割，或者也可以用电动砂轮切割机断管。切割后，应用角向磨光机将毛刺、氧化皮和热影响区磨掉，并且应该将管口修磨成倒角，以利安装。 （6）管节及管件下沟前，应清除承口内部的油污、飞刺、铸砂及凹凸不平的铸瘤；柔性接口铸铁管及管件承口的内工作面、插口的外工作面应修整光滑，不得有沟槽、凸脊缺陷；有裂纹的管及管件不得使用。
（7）球墨铸铁管的每米重量远远超过同口径钢管或其他材质的管道，因此对于大口径球铸管的吊装应慎重选择吊装机具及吊装方案，其原则是够用并留有余地。吊装设备及吊装方法严格按照相关规定执行。
（8）T形接口的球墨铸铁管在对口插入前，应先计算好其插入深度（插入深度以管内接缝宽lOmm左右为宜）在插口上做好标记，然后将胶圈均匀地安装在承口相应的凹槽内，使其无变形、无扭曲，再在插口外表面、承口內表面及胶圈上均匀地涂以润滑剂（黄油），最后对口，将插口端插入承口中，控制其插入深度与先前做的标记相符合。
（9）T形接口球墨铸铁管接口胶圈有一定的强度和韧性，在装入承口时有一定的技巧：首先承口胶圈槽内要涂上黄油以利润滑，然后将胶圈用细绳放人承口内，再解开细绳，先将上半圈胶圈装到位，最后再将胶圈最下部用木榔头敲打到位，卡到承口胶圈槽内。
（10）T形接口球墨铸铁管在插入时，可以用捯链将其插入，见图3-1。
（11）K形接口的球墨铸铁管在对口插入前，先将其压套法兰套在插口端，再在插口端外表面涂以润滑剂（黄油），再将胶圈按正确的方向套在插口端，并推到离插口端一定距离，然后将插口端插入前一管节的承口端内，插到管内接缝lOmm左右，校正其同轴度，最后推动压套法兰与承口端法兰靠拢，四周均匀地收紧螺栓。螺栓方向应注意保持一致。
（12）球墨铸铁管安装时，考虑到具体情况的复杂性，有可能会要求管线从两端分别向中间安装最后碰头，这样可以在碰头处增加松缩套头，然后用球墨铸铁盘承、盘插分别与两管端相接。
（13）球墨铸铁管安装的允许偏差见下表。
（14）如果管道设计有基础，则其标高的控制较为方便，只要控制好其基础的上表面的标高即可。如果管道设计无基础，则其标高的调整就相对较为麻烦，应先控制好沟底原土标高，且在沟槽开挖时还应预留好管节安放瞬时下沉量。如果管节标高实测值偏高，则必须将管端略吊起约300mm，将管身下的原土铲掉一点再将管放下。如果管节标高实测值偏低，则应将管端吊起约300mm，在管身下回填砂石或混凝土。管节下到沟底，其平面定位及高程经测量均符合要求后，即在管身两侧用道木卡住使其不能发生径向位移，再将钢丝绳抽出。
3）管道严密性试验
大口径球墨铸铁管的接口可在管内对管接口进行逐一的单口试验，试验水压应为其设计工作压力的1.5倍或按设计要求，以5min内压力不降且管道接口内外均无渗漏为合格。
4）回填土
接口完成后，在试验前，可以在管节中部回填土，形成两个土墩，以增强管节的稳定性。土墩高度以管断面胸高到顶高之间为宜。试验合格后即可对管道进行回填，回填应用细的干土，在管顶上500mm以内用人工夯实，每虚铺250mm左右即进行夯实，密实度不小于95%。回填到管顶以上500mm以上后，回填可用机械进行，其密实度要求不小于90%或按设计要求。回填时为达到最佳密实度，可适当回灌水。回填到地面后，应继续回填到高出地面约250mm，待其日后自然沉实到与地面相平。
4 结语
球墨铸铁管具有管壁薄、重量轻、弹性好、耐腐蚀性好、使用寿命长、对人体无害、施工方便等特点，是一种具有较高科技附加值的铁制品。可广泛应用于市政、工业和农业灌溉系统的供配水管线、电厂循环水管道、各种有压、无压排水管道，也可用于倒虹吸管、压力隧道用衬管和高覆土下涵管。随着我国经济发展水平的提高，各行业能源环保意识的增强，市场呼唤高性价比的“绿色管材”， 大口径球墨铸铁管将有着广阔的发展前景和空间。
作者简介：陈静（1978—— ）女，工程师，天津市排水工程公司，从事工程技术管理工作。