大口径钢管道挂网水泥砂浆衬里施工技术探讨

深圳自来水（集团）联源供水工程安装公司
王刚　　臧翀

　　摘要：大口径钢管道挂网水泥砂浆衬里是深圳市首次对钢管道内防腐采用的一项技术。目前在国内仍尚缺对挂网水泥砂浆衬里的施工经验及相关的技术要求，本文结合深圳市东部供水水源网络工程大坝河段DN3100钢管道挂网水泥砂浆衬里施工，提出对该项技术的几点看法。

一、前言

　　埋地给水钢管道水泥砂浆衬里施工技术，近年来在国内的工程上已广泛应用，并取得了较成熟的经验。给水钢管道内壁采用水泥砂浆衬里，可以在钢管内壁形成一层致密的保护层，将管材内壁与水或空气隔开，不但能防止管道内壁腐蚀结垢，延长管道的使用寿命，并能起到保护水质，保证管道输水能力，节省能源，具有显著的经济和社会效益。大坝河钢管道挂网水泥砂浆衬里属深圳市东部供水水源网络工程（永湖～松子坑段）大坝河倒虹吸管段内防腐工程，该项工程作为深圳市的一项重点工程，从规划、设计到施工及使用阶段都有较高的要求。本工程设计为安全考虑，防止水泥砂浆衬里层脱落、增强其整体受力性能，首次对该工程增加挂网项目，以确保衬里的质量。

二、施工材料

　　1、 本工程选用湖南某厂生产的水泥，符合普通硅酸盐水泥GB175—85的规定，水泥标号为复合硅酸盐水泥425R。
　　2、工程用砂颗粒坚硬，洁净，级配良好，砂中云母、泥土、有机质及其它有害物质总质小于砂重的2%，砂粒使用前经过严格筛选，其质量标准及检验方法符合《普通混凝土用砂的质量标准及检验方法》
　　3、 工程采用生活饮用水，水质清洁，不含泥土、油类、酸碱、有机质等影响水泥砂浆衬里的物质。
水泥砂浆采用机械充分搅拌，并在初凝前使用，砂浆重量配合比为1：1，设计标号M30.0，坍落度70～90mm，砂浆试块经28天养护，抗压强度范围44.3MP～53.9MP，均高出规范值30MP。
　　4、 钢丝网：采用φ3镀锌铁丝网，网孔为50×50毫米，钢丝网长2.1米，宽1.0米，钢丝网垫块采用φ6，A3短钢筋，钢筋长70毫米，垫块间距350毫米，单位网片垫块个数为21个，钢丝网与钢管内壁利用垫块点焊固定，钢丝网焊接示意图（图一）如下：

三、衬里施工前条件：

　　大坝河倒虹吸管工程分埋地管段和跨越大坝河的管桥明管段图示如下:

　　在水泥砂浆衬里施工前，管桥明管段已焊接安装，并用支撑环支撑在桥墩上，处于稳定状态。埋地管段DN3100钢管道已埋入地下，按设计要求复土夯实后，钢管道竖向变形数据如下：

　　由上表可知，DN3100钢管道竖向最大变形值为51毫米，设计及规范值为不超过2%D=62毫米，钢管道在设计允许变形范围内，已经处于稳定状态。在水泥砂浆衬里施工前，对钢管道内壁进行电动钢丝刷除锈，直至达到设计标准，即显示出金属光泽后，用清水冲洗，清扫，施工前内壁无积水。

四、衬里喷涂:

　　在喷涂施工条件成熟后，沿DN3100钢管道内壁每两人孔间为一施工单元（约100米），铺设钢丝网。网片间距10毫米，钢丝网与钢管内壁利用垫块点焊固定，垫块采用φ6短钢筋，钢筋长70毫米，垫块间距350毫米（见图一）。钢丝网经检验与管壁牢固焊接后，进行水泥砂浆衬里施工。直管段采用机械喷涂施工；弯头、斜坡段采用手工涂抹。衬里厚度设计值δ=20毫米，因砂浆层较厚，并夹有钢丝网等阻碍喷涂因素的存在，致使一次成型的效果较差，初凝前易脱落。 本次工程衬里喷涂采用先打底后盖面的二次施工方案，即通过调节喷涂机的线行速度来实现两次喷涂厚度的不同。底层厚6～8毫米，使水泥砂浆底层能埋住垫块并预留网面，以增加二次喷涂水泥砂浆沿管壁的咬合力。初凝后立即喷涂面层，面层厚度12～14毫米。本水泥砂浆衬里结束后，封堵该段管道的所有孔洞，终凝后进行潮湿养护，直至通水前不断保持内衬水泥层湿润。架空管桥加盖麻袋布并加装喷淋管进行养护，以免产生裂缝和空鼓。

五、挂网水泥砂浆衬里效果评价

　　给水钢管道水泥砂浆衬里所形成隔水隔气的致密保护层，依赖于水泥砂浆与钢管道内壁紧密结合的程度。经实践分析有三种力起了重要作用，即水泥砂浆凝固硬结时体积收缩而紧附钢管内表面的摩擦力，水泥微粒的水化作用形成的凝胶体对钢管道内表面产生的胶结力，及因钢管道内壁粗糙与砂浆产生的机械咬合力，其针对中小管径的机械离心施工效果尤为明显，因其砂浆衬里层厚度较小，经离心后一次性成型，这三种力致使砂浆衬里层能牢固的附着在管内壁上。在机械喷涂大口径钢管道水泥砂浆衬里施工中，通常衬里层较厚（本次DN3100钢管砂浆衬里厚度为20毫米），仅靠砂浆层与钢管内壁的结合力显然有限。 施工过程中一次成型性的喷涂，常因自重大而发生管顶砂浆层脱落，严重阻碍施工进展。施工结束后通常养护不当，使较厚水泥砂浆层硬结收缩而产生裂隙。本次大口径钢管道衬里施工为增强砂浆层与管壁的结合力，改善衬里层的整体受力性能、防止脱落进行挂网，施工中在管道内壁附加钢丝网，并用短钢筋点焊，使网与管壁稳固相贴， 这在实践中的确增强了衬里层与管壁的结合力，因其对砂浆层的支撑和稳固作用是显而易见的，在对衬里层的破坏性处理试验中，其附着力比不挂网的效果有明显提高，用钢凿来破坏也较困难，这在较厚衬里层的稳固性能上有着较大的进展，但同时对挂网水泥砂浆衬里施工技术与常规内涂施工相比较，又引出几个问题有待探讨。
　　1、挂网后的施工成本较高。本次大坝河DN3100钢管道每米挂网造价约135.00元，每米喷涂造价约225.00元，挂网成本占总成本的35%左右，与不挂网的常规水泥砂浆衬里施工相比较造价高出0.6倍
　　2、挂网后的水泥砂浆衬里施工难度增大。对大口径钢管道采用机械喷涂水泥砂浆施工而言，高速喷涂时，因水泥砂浆的连续撞击钢丝网不可避免的产生振动，对较厚的砂浆层产生回弹，一次性喷涂成型易发生局部脱落现象，为解决这一问题，本次施工采用了先打底后盖面的二次施工方法，这无疑增大了施工难度，同时又随之带来缺陷。
　　3、网后的砂浆衬里层对几项检验指标出现了相对的偏差：
　　 1、 盖面砂浆层（约11毫米）喷涂后，回转抹子在对面层的抹光中对砂浆层会发生一定程度的挤压作用，在衬里表面形成了钢丝网的网丝印痕，呈纬线波浪状分布，见示意图（图三），这对衬里的表面平整度会产生一定的影响，同时也增大了管道通水的沿线阻力系数，用300毫米钢直尺平行于管道轴线测定衬里表面和直尺的间隙，发现间隙比不挂网相对大一些，达不到目前规范的2毫米。

　　　2、在水泥砂浆衬里的局部出现大面积空鼓现象，成因归纳起来有以下三种主要原因：首先管壁因电动除锈在局部发生的打光现象影响了砂浆底层与管壁的结合力，这一点可在除锈时加强监督力度来避免；其次较厚的水泥砂浆衬里层在喷涂施工中，为阻止砂浆脱落而采用先打底后盖面的二次施工时，局部因底层与面层的砂浆差异，导致硬结收缩程度不一致会形成空隙，导致局部空鼓，解决这一点需严格控制两次砂浆搅拌强度；最后要加强砂浆衬里层的潮湿养护力度。
　　　3、值得一提的是挂网后的裂隙宽度均控制在0.2mm左右，而且出现的机率甚小，麻面、砂穴、空窝等表面缺陷控制良好，厚度及表面粗糙度等检验指标均达到了较好的标准。
　　 4、钢丝网存在被腐蚀破坏的潜在因素。
　　钢丝网网丝为镀锌铁丝，利用φ6圆钢垫块与钢管内壁点焊固定，焊点镀锌层遭到破坏，同时砂浆保护层为11毫米较薄，考虑到不可预见的裂隙，在氢氧根离子的作用下, 可能发生电化学反应，腐蚀镀锌层，对钢丝网也会产生锈蚀作用．所以施工中对焊点的处理不容忽视，同时要采取阴极保护的措施．本次大坝河DN3100钢管道阴极保护中以镁合金为阳极，其金属失离子能力大于锌，这对解决上述问题起到了较好的作用。

六、总结及建议

　　目前大口径钢管道挂网水泥砂浆衬里在给排水领域尚属首次施工，其施工技术及相关的技术标准有待在实践中加以探讨．根据目前国内现有的设备及喷涂水平，在DN1600～3100大口径供水钢管道水泥砂浆衬里施工设计中，考虑到施工方便、使用实际、造价节省等因素, 砂浆衬里层宜采用16毫米, 既可一次性喷涂成型, 在使用中又可达到较好的效果。 针对挂网技术，在工程上亦可作为给水钢管道穿越或靠近公路、铁路、桥梁等易受震动部位有关水泥砂浆衬里施工的一次借鉴。