周旭東，何飛，劉星宏

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048；2.中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

1 引言

PCCP管道的管溝回填作為PCCP管道安裝過(guò)程的重要工序，對(duì)PCCP管道的施工及運(yùn)行質(zhì)量都具有重要影響。一般情況下，通過(guò)控制合理的壓實(shí)度往往能取得較好回填效果。但對(duì)于濕陷性黃土的特殊地質(zhì)條件，僅依靠壓實(shí)度控制往往不能有效地保證施工質(zhì)量，一旦出現(xiàn)回填不密實(shí)或排水不通暢等問(wèn)題時(shí)，容易造成水土流失、管溝沉陷以及管道接口滲漏等事故災(zāi)害。為此本文結(jié)合某水庫(kù)供水管道工程的施工情況，對(duì)回填施工質(zhì)量保證措施進(jìn)行了更加全面深入的研究。通過(guò)對(duì)該工程回填施工方法的分析研究，提出管溝回填施工的優(yōu)化方向和建議，對(duì)后續(xù)類似工程的施工具有一定參考價(jià)值。

2 工程概況

陜西省斗門水庫(kù)工程位于西安市西郊灃河右岸原昆明池遺址，作為引漢濟(jì)渭輸配水工程的調(diào)蓄水庫(kù)。是以城市供水、改善生態(tài)環(huán)境為主，兼顧防洪的綜合性平原水庫(kù)。其中，南池系統(tǒng)的供水管線工程采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管），管徑為DN2400，工作壓力0.6MPa，管道長(zhǎng)度6000mm，平均覆土深度6.0m。工程位于一、二級(jí)階地，管基主要位于黃土層，黃土干密度ρd=1.49g/cm3，c飽和=14kPa，Φ飽和=15°，壓縮系數(shù)a1-2=0.73MPa-1，承載力特征值fak=140kPa，黃土具有濕陷性，濕陷類型為非自重濕陷，濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（輕微）～Ⅱ級(jí)（中等）。地下水深度在5.2 m～14.5m。

3 PCCP管道回填施工工藝

PCCP管道的管溝回填施工主要采用分區(qū)分層回填壓實(shí)的方法。常見(jiàn)管道回填的施工中一般根據(jù)管道截面尺寸將管溝回填大致分為管區(qū)和非管區(qū)施工，其中管區(qū)又可以分為管頂以下回填區(qū)及管頂0.5m范圍內(nèi)的回填區(qū)，非管區(qū)為管頂0.5m以上至原地面高度的回填區(qū)[1]。本工程回填施工與管道安裝相結(jié)合，分階段進(jìn)行回填施工，便于及時(shí)固定管道，并通過(guò)流水作業(yè)節(jié)約工期。

本工程管溝回填總的施工順序按管線安裝完成的先后順序分兩期進(jìn)行。一期為砂礫石墊層回填及管頂0.5m以下范圍內(nèi)土方回填（除管接口外），一期填筑包含墊層、管道下部回填區(qū)（管道中心線以下）、管道上部回填區(qū)（管道中心線以上至管頂0.5m），在水壓試驗(yàn)前完成。二期為管頂0.5m以上部位土方回填，包含管頂回填（管頂0.5m以上至復(fù)耕區(qū)）、復(fù)耕區(qū)回填，按水壓試驗(yàn)完成先后順序依次組織回填施工?；靥罘謪^(qū)示意圖，見(jiàn)圖1所示。

圖1 管溝回填分區(qū)示意圖

除回填施工前的基底墊層處理、管道安裝、質(zhì)量驗(yàn)收等施工準(zhǔn)備工作外，回填施工主要施工流程包括土料運(yùn)輸、回填土樣及壓實(shí)試驗(yàn)、分層鋪料壓實(shí)、質(zhì)量檢測(cè)等。具體施工流程如圖2所示。

圖2 PCCP管溝回填施工流程圖

管溝回填根據(jù)部位不同采用不同的填料方式和壓實(shí)機(jī)具，同時(shí)也具有不同的壓實(shí)度控制指標(biāo)。具體施工方法：管底以下墊層用10t自卸汽車運(yùn)料，1.0m3反鏟挖掘機(jī)填料，0.5m3反鏟挖掘機(jī)攤鋪，F(xiàn)SD-600小型振動(dòng)碾碾壓；腋角以下墊層和管道下部回填區(qū)用長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)填料，0.5m3反鏟挖掘機(jī)配合攤鋪，F(xiàn)SD-600小型振動(dòng)碾碾壓，不能到達(dá)的部位人工攤鋪整平，腋角部位由人工用木夯仔細(xì)夯實(shí)；管道上部回填區(qū)采用1.0m3反鏟挖掘機(jī)配合長(zhǎng)臂反鏟挖掘機(jī)上料，人工或小型反鏟挖掘機(jī)攤鋪土料，F(xiàn)SD-600小型振動(dòng)碾壓實(shí)；管頂50cm以上部分回填，用1.0m3反鏟翻倒，74kW推土機(jī)推運(yùn)、攤鋪整平，復(fù)耕區(qū)應(yīng)留有高度不小于300mm的余土，使之高于原地面，以作為自然沉降補(bǔ)償之用。管道上部石渣回填用1.0m3反鏟挖掘機(jī)挖裝，10t自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)攤鋪整平即可?；靥钸^(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制分層壓實(shí)厚度和壓實(shí)遍數(shù)，并隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，保證壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而保證回填施工的施工質(zhì)量。本工程碾壓施工實(shí)景見(jiàn)圖3所示。

圖3 管溝下部回填區(qū)碾壓施工實(shí)景圖

4 黃土地區(qū)管道回填施工難點(diǎn)

4.1 腋角施工質(zhì)量不易控制

針對(duì)圓形管道的腋角回填，由于其與水平基礎(chǔ)面之間夾角較小，施工條件較差。因此，只能采用人工夯實(shí)機(jī)具對(duì)其進(jìn)行回填夯實(shí)。但與機(jī)械壓實(shí)相比，其壓實(shí)度的控制具有較強(qiáng)的不確定性，一旦出現(xiàn)回填土壓實(shí)度不足、壓實(shí)不均勻等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致管道移位、沉降不均勻以及管道接口變形等管道施工質(zhì)量問(wèn)題。而管道腋角的回填作為固定管道位置，防止管道沉降的重要部分，必須考慮對(duì)其質(zhì)量控制采取加強(qiáng)施工過(guò)程管理、回填土料特殊設(shè)計(jì)等保障措施。

4.2 回填土料性能不穩(wěn)定

常用的管溝回填施工質(zhì)量主要由壓實(shí)度進(jìn)行控制，對(duì)回填土料的質(zhì)量提出了較高要求。對(duì)于黃土地區(qū)的管道回填，由于濕陷性黃土特殊的結(jié)構(gòu)性，其回填土料的質(zhì)量如果不能得到有效保證，同時(shí)如果排水條件不利或壓實(shí)質(zhì)量較差時(shí)，易出現(xiàn)回填土的沉陷流動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致管道的變形移位。因此黃土地區(qū)的回填土料是管道回填施工質(zhì)量的重要控制因素。

4.3 回填施工對(duì)管道接口的擾動(dòng)

PCCP管道安裝質(zhì)量很大程度取決于管道接口的可靠性。尤其是對(duì)于目前常見(jiàn)的柔性接口，在管溝回填的過(guò)程中，如果不能有效控制回填施工及回填土對(duì)管道接口的擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致管道的滲漏、腐蝕，嚴(yán)重情況下，可能需要進(jìn)行返工，造成經(jīng)濟(jì)的巨大損失[2]。因此，對(duì)于黃土回填在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制管道上部振動(dòng)碾壓施工對(duì)管道接口穩(wěn)定性的影響。

5 黃土地區(qū)管道回填施工質(zhì)量控制措施

5.1 腋角回填質(zhì)量控制

本工程在施工過(guò)程中，考慮到PCCP管道腋角回填的重要性，對(duì)其進(jìn)行了專門的質(zhì)量控制。

①在回填土開(kāi)挖區(qū)開(kāi)采有代表性的填筑料，模擬人工夯實(shí)狀況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)確定黃土的理論最優(yōu)含水率、土料虛鋪厚度、夯實(shí)厚度以及夯壓遍數(shù)等壓實(shí)參數(shù)。

②針對(duì)腋角回填主要依賴人工壓實(shí)，大型機(jī)械難以施展，受人為因素干擾較大的情況。出于施工安全考慮，在設(shè)計(jì)中應(yīng)提高施工保險(xiǎn)系數(shù)[3]。在滿足規(guī)范要求的前提下，將管基與管道間的腋角回填支撐角增至120°，即腋角處黃土在中心角120°的范圍內(nèi)回填。進(jìn)而保證腋角的穩(wěn)定性，避免管道安裝過(guò)程中出現(xiàn)“漂管”問(wèn)題，腋角回填范圍示意圖，見(jiàn)圖4所示。

圖4 腋角回填范圍示意圖

③經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定回填開(kāi)挖區(qū)土料的各項(xiàng)施工參數(shù)后，需要提前開(kāi)挖并儲(chǔ)存摻合土料，設(shè)置專門的回填土堆料區(qū)。同時(shí)，由于實(shí)際施工過(guò)程中，回填土方量過(guò)大。回填料經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間放置，易出現(xiàn)土料中的水分變化。因此，在腋角回填前必須對(duì)土料的含水率重新測(cè)定，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用翻曬、灑水等措施進(jìn)行調(diào)整，保證施工質(zhì)量。

④在施工過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行技術(shù)交底、班前交底和現(xiàn)場(chǎng)交底。保證質(zhì)檢人員具有全面的技術(shù)指導(dǎo)，操作人員掌握詳細(xì)的施工流程。同時(shí)，施工單位質(zhì)量部門應(yīng)對(duì)回填料每層進(jìn)行壓實(shí)度環(huán)刀試驗(yàn)，安排專人配合自檢工作，并將PCCP管道腋角回填壓實(shí)度一次檢測(cè)合格率納入質(zhì)量考核目標(biāo)，提高施工人員重視程度。

5.2 回填施工質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)

對(duì)于碾壓區(qū)回填的施工質(zhì)量，如果僅依靠機(jī)手的主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制，監(jiān)理只通過(guò)旁站靠眼睛和記憶來(lái)監(jiān)管，則很難保證回填作業(yè)的質(zhì)量[4]。本工程采用數(shù)字化智能碾壓系統(tǒng)對(duì)壓實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，智能碾壓系統(tǒng)采用北斗定位系統(tǒng)，通過(guò)基準(zhǔn)站與安裝在振動(dòng)碾上的衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)，進(jìn)行精確計(jì)算，利用無(wú)線通訊技術(shù)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理中成圖顯示碾壓情況，駕駛員能夠?qū)崟r(shí)知道當(dāng)前壓路機(jī)所處空間位置、壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)、振動(dòng)頻率、速度等施工實(shí)時(shí)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)碾壓結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，保證壓實(shí)質(zhì)量。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理示意圖見(jiàn)圖5所示。

圖5 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理示意圖

此外，還采用現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)和施工過(guò)程控制的雙控措施，進(jìn)行填筑施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)。以施工過(guò)程控制為主，現(xiàn)場(chǎng)取樣控制為輔。施工過(guò)程控制主要包含填鋪、碾壓、加水等全過(guò)程控制。管溝回填施工時(shí)，實(shí)時(shí)對(duì)土料的含水量和粘粒含量進(jìn)行檢查?，F(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)、質(zhì)檢人員在現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)控回填土料質(zhì)量、碾壓參數(shù)、施工程序及各項(xiàng)施工工藝，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)處理，不符合要求的施工工藝及時(shí)督促施工人員改正。同時(shí)，注意觀察碾壓機(jī)械的工況，不好的及時(shí)更換修理，確保填筑施工質(zhì)量。還要對(duì)土料的干密度和含水量等隨時(shí)進(jìn)行抽樣質(zhì)量檢查。通過(guò)綜合性的施工監(jiān)測(cè)措施，有效保證回填全過(guò)程的施工質(zhì)量。

5.3 管道接口上部回填質(zhì)量控制

本工程管道上部回填區(qū)采用振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí)。由于該部分管溝回填時(shí)距離管體較近，且在上部回填施工結(jié)束后即要開(kāi)始進(jìn)行水壓試驗(yàn)。一旦接口處受到回填施工的擾動(dòng)，極易造成管道接口的密封性下降，甚至導(dǎo)致管口損壞、返工維修等嚴(yán)重問(wèn)題。因此應(yīng)在該階段的施工過(guò)程中嚴(yán)格控制擾動(dòng)。

對(duì)管道上半部分兩側(cè)管溝的回填，回填料應(yīng)均勻散布在管溝內(nèi)，避免對(duì)管體造成集中荷載，并沿管道兩側(cè)同時(shí)均勻碾壓[5]，每層回填的虛鋪厚度不大于300mm，不得擾動(dòng)管位。管道兩側(cè)的回填高程差，不應(yīng)超過(guò)一層填筑厚度。同時(shí)，對(duì)接口處的分層碾壓施工，鋪料厚度采用150mm，每層回填土碾壓完成后，均進(jìn)行環(huán)刀取樣試驗(yàn)，確保其壓實(shí)度符合要求。水壓試驗(yàn)合格后，及時(shí)回填管溝的其余部分。對(duì)管道頂以上500mm的緩沖覆蓋厚度采用輕夯壓實(shí)，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定合理的壓實(shí)參數(shù)，以防止損壞管道。

6 管溝回填施工質(zhì)量?jī)?yōu)化建議

6.1 上部回填土注漿加固

管道上部及管頂?shù)幕靥钔烈坏┏霈F(xiàn)壓實(shí)不均勻，壓實(shí)度不足等問(wèn)題，更容易對(duì)PCCP管道的柔性接口處穩(wěn)定性造成影響。參考本工程的施工方法，可以考慮在管頂回填施工完畢后，再對(duì)接口處的上部回填土進(jìn)行單液硅化法注漿加固。注漿加固前，應(yīng)根據(jù)各管段的上覆回填黃土厚度進(jìn)行注漿參數(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)考慮注漿鉆孔振動(dòng)對(duì)壓實(shí)土層的擾動(dòng)，在注漿結(jié)束后應(yīng)對(duì)注漿加固的區(qū)段重新進(jìn)行夯實(shí)，保證回填土的密實(shí)度要求。該方法施工成本較低，且可以根據(jù)回填施工效果靈活運(yùn)用?？梢蕴嵘靥钔恋目煽啃?，減少接口處的擾動(dòng)，從而更好地發(fā)揮PCCP管道良好的受力性能，延長(zhǎng)管道運(yùn)行壽命。

6.2 回填土料改良

黃土地區(qū)的回填土料承載性能具有不穩(wěn)定性，因此可以考慮通過(guò)回填土料特殊設(shè)計(jì)進(jìn)行黃土性能的改良。考慮到施工取材的便利性以及黃土摻料的經(jīng)濟(jì)性，將開(kāi)挖區(qū)黃土與石灰按一定比例摻合，有較好的應(yīng)用效果，能夠有效減少黃土的滲水性、壓縮性，在腋角、管道接口附近等重點(diǎn)回填區(qū)，采用該摻合土料可以有效提高黃土填料的強(qiáng)度穩(wěn)定性，從而減少對(duì)管道的擾動(dòng)。

6.3 回填施工管道防擾動(dòng)限位裝置

由于回填壓實(shí)所造成的振動(dòng)較大，對(duì)于管道轉(zhuǎn)角較大或高程變化較大的接口部位，仍存在不小的施工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此可以考慮在回填施工過(guò)程中，在施工條件不良的管道接口處，采用臨時(shí)限位裝置對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)加固，避免振動(dòng)碾壓對(duì)管體造成的沖擊。對(duì)于降排水條件不利的接口部位，也可以將限位裝置通過(guò)灌漿轉(zhuǎn)變?yōu)樵摻涌谔幍闹顾?、防護(hù)裝置，進(jìn)一步提高管道后期運(yùn)行階段的安全性。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)黃土地區(qū)PCCP管的管溝回填工程實(shí)例的施工工藝及施工難點(diǎn)進(jìn)行分析研究，對(duì)其在施工過(guò)程中采用的施工質(zhì)量保證措施進(jìn)行介紹，并根據(jù)該工程的施工方法，提出了一些施工質(zhì)量?jī)?yōu)化建議，供后續(xù)類似工程參考。