徐財國

甘肅山丹水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅張掖，734100

0 引言

近年來，由于基礎(chǔ)理論研究的開展以及新型施工工藝的出現(xiàn)，鋼筋砼管體系逐步被廣泛應(yīng)用于各類建筑工程構(gòu)件[1]。特別是在高層建筑構(gòu)件中，由于建筑物層高的增大，鋼筋高強(qiáng)度砼以及鋼筋超高強(qiáng)度砼構(gòu)件的使用也在獲得迅速的進(jìn)展。

1 鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)的特點

鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)良好的受力特性與施工性能主要體現(xiàn)為如下幾個方面。

1.1 強(qiáng)度大、熱延性強(qiáng)，抗震性能優(yōu)越

鋼筋混凝土管柱中，外鋼筋對其內(nèi)砼產(chǎn)生的約束效應(yīng)使砼保持三向受力狀態(tài)，從而增加了砼的抗壓強(qiáng)度；外鋼筋內(nèi)的砼也能夠更有效地避免內(nèi)部鋼材產(chǎn)生局部挫曲。研究結(jié)果表明，鋼筋砼管梁的強(qiáng)度大于相應(yīng)的鋼梁強(qiáng)度與砼墻強(qiáng)度之和。鋼筋與砼間的作用使鋼筋內(nèi)部混凝土的損傷從脆性破壞轉(zhuǎn)化為塑性損傷，結(jié)構(gòu)的伸延性能明顯提高，消耗力量明顯提高，獲得較好的抗震特性。

1.2 施工方便，工期縮短，節(jié)能減排

鋼筋混凝土井內(nèi)的主要零部件較小，工廠焊接數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡便，且柱腳常采取在混凝土基上預(yù)留杯口的插入式柱足，因此工廠制造結(jié)構(gòu)簡單易行，而且主要構(gòu)件墻體的自重較小，搬運和吊裝施工也容易，施工過程容易，且由于鋼筋混凝土井內(nèi)一般使用板材卷制，因此板材安裝厚度都不大，通常在四十米之內(nèi)，因此無論工廠焊接和現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)械連接，都不是問題。同樣，和鋼筋混凝土井內(nèi)一樣，由于鋼筋混凝土井內(nèi)的管外表面鋼筋綁扎既有鋼筋的功能，又兼具了縱向鋼筋綁扎和橫向箍筋的功能，所以由于管中表面沒有鋼筋綁扎，又省去了鋼筋綁扎的下材和綁扎鋼筋材料等一些作業(yè)工序，也因為管柱外表面鋼筋綁扎本身就是耐擋土墻的強(qiáng)模板，同樣又省去了支模和拆模等作業(yè)工序、支模、拆模的物料和人工費用。當(dāng)鋼筋砼管構(gòu)件澆筑時，內(nèi)部鋼筋綁扎也可作為強(qiáng)勁性骨架承受澆筑階段的澆筑負(fù)荷和構(gòu)件重量，澆筑過程不受砼養(yǎng)護(hù)時間的影響，從而大大節(jié)約了時間。

1.3 有利于鋼筋的抗火和防火

因為在鋼筋混凝土管徑內(nèi)填有大量鋼筋混凝土，可以吸收大部分的熱能，所以在發(fā)生火災(zāi)時管柱截面高溫場的熱分配并不均勻，增加了立柱的抗火工作時限，從而大幅減小了鋼柱的向上流速，而且如果鋼柱屈服，則鋼筋混凝土就能夠承擔(dān)大部分的軸向荷載，從而避免了結(jié)構(gòu)倒塌。經(jīng)實驗數(shù)據(jù)證實：按照等級消防三小時要求與鋼筋混凝土柱比可節(jié)約耐火涂料1/3～2/3或者更多，由于鋼筋混凝土材料孔徑增大，節(jié)約涂料就更大。

2 鋼筋混凝土管的工程應(yīng)用

2.1 工程概況

甘肅省山丹縣白石崖渠道改建工程位于甘肅省張掖市山丹縣境內(nèi)，距山丹縣城約90km。工程主要任務(wù)是三條引水管線和白石崖總干渠套襯：東岔輸水管線長約1.47km，設(shè)計流量0.5m3/s；舊渠改建輸水管線長約8.4km，設(shè)計流量3.0m3/s，加大流量3.75m3/s；水庫輸水管線長約835m，設(shè)計流量0.5m3/s。白石崖總干渠套襯1.3km，拆除重建總分水閘一座，新建節(jié)制分水閘一座以及管道附屬建筑物。

2.2 鋼筋混凝土管的選用

2.2.1 選擇原則

輸水管道為本工程項目的最主要部分，在資金投入比例上占比重較大，因而管材選擇十分重要。本次確定選用管道的基本原則為：能滿足設(shè)計要求的最大內(nèi)壓和對外負(fù)荷；使用性能安全可靠，維護(hù)工程量較小，設(shè)計接管簡單、施工簡便；應(yīng)用期限長，內(nèi)壁較平滑，輸水能力基本維持恒定，而在應(yīng)用中的摩阻系數(shù)也沒有出現(xiàn)很大改變；工程費用相對低廉；水質(zhì)在管道中不會產(chǎn)生二次污染等[2]。

針對本工程建設(shè)的特殊性，本階段采用了供水施工中常用的各類管線，并按照其設(shè)計內(nèi)徑、工程內(nèi)水壓、鋪設(shè)方法、外部負(fù)荷、地形、地質(zhì)、施工條件與原物料供給情況等要求，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面綜合比較判斷。管路中通?？晒┦褂玫墓懿念愋陀校汗懿?、球墨鑄鐵管、預(yù)制砼管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、玻璃鋼夾沙管、聚乙烯管（PE）等。

2.2.2 性能優(yōu)勢

鋼筒混凝土管是一款結(jié)構(gòu)新穎的剛性管道。其是由帶鋼筒的高強(qiáng)度鋼筋混凝土管芯環(huán)繞在外部的預(yù)應(yīng)力鋼筋上，噴以鋼筋混凝土或砂漿保護(hù)層材料，內(nèi)部采取了鋼質(zhì)的承插口，和鋼筒連接在一塊，承插口的溝槽與膠圈之間構(gòu)成了滑移式膠圈的柔性連接，是由鋼材、混凝土結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)鋼筋和混凝土砂漿等多種材質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合型結(jié)構(gòu)，同時具備了鋼材與混凝土結(jié)構(gòu)各自的特點。由上述特點分析可以得知，鋼筒混凝土管有著理想的復(fù)合構(gòu)造、承載內(nèi)外壓較高、耐裂性和防水滲能力較好、爆管率低、接口密封性好、防震力強(qiáng)、施工方便、防腐蝕性能好、維修簡單、運營費用低廉、適用性較廣等特點，被建筑工程界所重視，應(yīng)用于各種工程中。鋼筒混凝土管道的直徑通常為DN600～4000mm，最大工作水壓約為≤3.0MPa。

鋼筒混凝土管匯集了一般預(yù)應(yīng)力砼管與鋼管的雙重優(yōu)勢，并克服了它們的缺點，是一個優(yōu)良的復(fù)合型管道。鋼筒混凝土管的主要特點為：高強(qiáng)抗?jié)B能力，除依靠混凝土的防水滲漏能力以外主要靠鋼筒管壁的防水滲漏能力，可保證在高壓下不泄漏；管接頭具高度密封性，承插口鋼度大連接環(huán)硬度高不易破裂，管接頭配合公差僅為0.4～2mm，并利用圓形的滑動膠圈封口；具有較大的強(qiáng)度和較大的抗彎力，可抗高外壓，當(dāng)管道出現(xiàn)與重量標(biāo)準(zhǔn)的偏差時也不會損壞；管壁糙率比一般的預(yù)應(yīng)力砼管徑?。还艿罏槿嵝越宇^，防震特性較強(qiáng)，應(yīng)用于地震帶管道的效果良好。

鋼筒混凝土管道有應(yīng)用時期長、抗壓性能強(qiáng)大、制造工藝簡便等的優(yōu)點，且工程造價也相對于其他管材低，所以在管線施工中的使用也十分普遍。其好處是節(jié)約鋼材、安裝施工簡單、輸水性能穩(wěn)定、接頭安全性高及使用安全等。而從成本投入上講，砼管道的工程費用也較為低廉。砼管材也可按照設(shè)計壓力的差異，來設(shè)計形成承載各種水壓的管材，如無壓力非滿流管子、低壓水管、預(yù)應(yīng)力管子等[3]。

鋼筒混凝土管目前應(yīng)用廣泛，能夠節(jié)省鋼材和能源?；炷凉馨垂に噭澐侄悾活愐虬垂に噭澐秩?，故一般稱作三階段預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管（SYG），另一分類方式則為一次成形，通常稱作第一階段管（YYG）。鋼筒混凝土管通過滾動膠圈密實，止水性能很好。而預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管則利用對鋼筋的擠壓密實，大大增加了鋼筋的防水滲漏能力，不降低管道的輸水功能，同時不易結(jié)垢，防腐蝕特性能較好，由于產(chǎn)品價格相對低廉，施工技術(shù)簡便，且生產(chǎn)過程簡便、費用少，比較適應(yīng)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件，而適用范圍相當(dāng)廣泛。在鋼筋管道生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)問題，如三階段管噴漿質(zhì)量不穩(wěn)，容易剝落和起鼓；第一階段管在使用的外部預(yù)應(yīng)力中質(zhì)量不易控制（尤其在插口端部），而且由于體積比重較大導(dǎo)致的運輸使用上都不便利，使其在實際應(yīng)用中受到了相當(dāng)影響。一階段的預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管孔徑通常在DN2000以內(nèi)，第三階段的預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管可達(dá)DN3000。鋼筒混凝土管的最大水壓一般為0.4～1.2MPa。缺點是載荷較大，安裝與移動比較麻煩，且沒有按照標(biāo)準(zhǔn)配套使用，因此日后的維護(hù)困難度較大，使用壽命也較短。

3 鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)使用中需要注意的問題

3.1 材料的應(yīng)用

鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)主要用于各種柱子，但根據(jù)柱子特點和目前的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中GB55017的相關(guān)條款，明確了對鋼筋的要求。因鋼筋主要是由鋼板冷彎卷制而成，故需要冷彎180°以上的強(qiáng)度。而圓鋼混凝土管結(jié)構(gòu)主要使用螺旋焊管與直縫焊管，但前者質(zhì)量較好，可滿足焊縫和母材等對質(zhì)量的需要。在有了可靠依據(jù)之后，還應(yīng)按照實際要求選擇無縫鋼材直徑。當(dāng)螺紋焊接管的使用尺寸無法滿足要求時，可以選用型鋼卷條制成的直縫焊接鋼筋，應(yīng)選擇在對接斜坡處焊接，但不可以選擇用鋼板搭接長度的直角焊接。并且焊縫應(yīng)滿足二級質(zhì)量檢驗規(guī)范。

因為鋼筋直徑本身就是密閉的，多余水分也無法排除，所以水灰比不能過大。選擇流動性水泥或塑性混凝土，主要決定于其所用的澆注工藝。好的水泥密實率，是確保鋼筋與核心水泥之間一起工作的最主要前提條件[4]。高強(qiáng)度水泥、自密實高性能水泥使用已較為成。調(diào)查顯示，在標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土管內(nèi)使用自密實高性能鋼筋時，只要按照國家相關(guān)要求嚴(yán)格控制其質(zhì)量，鋼筋自密實混凝土就可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土管的設(shè)計要求。使用高強(qiáng)度水泥有助于降低構(gòu)件墻體自重、降低工程造價。由于水泥硬度的增加，其延性降低，也限制了其在實際施工中的使用。將高強(qiáng)度砼在灌注鋼筋中產(chǎn)生高強(qiáng)鋼筋混凝土管，因為受鋼筋的約束作用，砼處在三向受力狀態(tài)，因此其延性將大大增強(qiáng)，而其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也獲得了一定的增強(qiáng)。所以，生產(chǎn)高強(qiáng)鋼筋砼管有著巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。

3.2 鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)體系抗震性能

在對使用于鋼筋混凝土井內(nèi)和鋼筋混凝土井內(nèi)的框架結(jié)構(gòu)，開展了抗震性能的比較實驗研究；并在理論上分析對比了兩個構(gòu)件的空氣動力特性，得到了鋼筋砼管中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能顯著高于鋼筋砼管框架架構(gòu)的實驗結(jié)果。但目前對于鋼筋砼管結(jié)構(gòu)抗震特性的研究，大多仍然集中在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面，而對鋼筋砼管結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件的抗震特性的研究，還不夠多。在鋼筋砼管結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，對使用于鋼筋砼管梁以及鋼筋混凝土井內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)架，其整體構(gòu)件抗震等級也可根據(jù)鋼筋砼管構(gòu)件的等級分類；對采用鋼柱或鋼筋－砼復(fù)合柱，在鋼筋混凝土井道內(nèi)的結(jié)構(gòu)框架，可按現(xiàn)有國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50011和現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《高級住宅砌體施工技術(shù)管理規(guī)程》JGJ99的規(guī)定使用。

3.3 鋼筋混凝土管施工

鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)適用作各種柱子，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，因此應(yīng)該針對工程特性，根據(jù)制作廠的設(shè)計要求編寫并制作工藝流程。制造工序中應(yīng)該包含：制造過程所依據(jù)的規(guī)范、制作廠的質(zhì)量保證規(guī)定、對成品的質(zhì)量保證規(guī)定以及工廠為確保成品滿足規(guī)定的生產(chǎn)條件及所制定的安全措施。加工工序中還應(yīng)該包含：制造場所的空間布局，生產(chǎn)所用的機(jī)械加工、焊接裝置和加工裝備以及檢驗裝置，焊接件設(shè)計和檢測的人員資格證明文件，以及各種檢驗項目表，制造時間預(yù)算表和運輸方案表等。而鋼筋構(gòu)件和制造單元也應(yīng)該在必要時，對結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的構(gòu)件開展工藝測試。主要考慮到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工工藝參數(shù)需要先在工藝測試中獲得，如對加工、安裝、連接的變形限制，尺寸精度的限制，必須經(jīng)過測試，才能得出合適的加工工藝參數(shù)，并用于指導(dǎo)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大批量生產(chǎn)，以提高復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造品質(zhì)。這么做有助于避免材料浪費，避免不安全隱患。為確保結(jié)構(gòu)正常澆筑和構(gòu)件安全，先澆注鋼筋直徑內(nèi)的砼宜在鋼結(jié)構(gòu)安裝和檢驗合格后實施，是考慮到先行澆注砼會使結(jié)構(gòu)的調(diào)整工作進(jìn)行困難，以致無法調(diào)整[5]。

鋼筋混凝土管構(gòu)件的建筑施工中也有幾個問題不容忽視。在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接結(jié)構(gòu)方面，為可以發(fā)揮鋼筋混凝土管的強(qiáng)度，鋼筋混凝土管的接頭結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能地使連接應(yīng)力安全地傳導(dǎo)到核心混凝土上。常通過墻頂蓋板、墻腳底板和層間隔板、穿心樓板等來完成。當(dāng)然前提一定是要確保管道混凝土的密實，做好這一步當(dāng)然也是相當(dāng)不易的。橫艙壁的上、下柱之間的銜接也是相當(dāng)復(fù)雜的，特別是對小口徑管道，尤其不方便施工。穿心板的制作也很困難，同時也容易阻礙管道砼的澆灌與振搗。澆筑砼前必須把管道異物、積水清理完畢；管道砼的施工必須在鋼結(jié)構(gòu)施工完成并檢驗合格后實施。鋼筋內(nèi)砼的施工方法，宜選用泵送頂升工程澆筑法、管道輸送方式、手工逐段砼澆注法等，也可選用高位拋落的免點法。鋼筋內(nèi)砼施工前，應(yīng)按照設(shè)計規(guī)定完成砼結(jié)合比設(shè)計工作和必要的混凝土工藝檢驗工作，并在此基礎(chǔ)上提出混凝土工藝設(shè)計和各種工程技術(shù)對策。砼的配合比，除要符合質(zhì)量指標(biāo)之外，還應(yīng)重視砼坍落量的問題。砼配合比應(yīng)按照砼的性能推算，并經(jīng)過測試后確認(rèn)。對于泵送頂升的澆筑方法，砼的配合比尚需符合可泵性條件。鋼筋直徑內(nèi)砼澆筑方法，應(yīng)連續(xù)完成，需留施工縫，將管端密封，避免雨水、油污和雜質(zhì)等掉入。

每次澆筑砼前（包括施工縫），都應(yīng)先澆筑一段厚為100～200mm的與混凝土級別一致的混凝土攪拌砂漿，以防對自由落下的混凝土骨材形成彈跳現(xiàn)象。當(dāng)砼澆筑至鋼筋直徑頂端時，可將砼稍加溢出中斷管后再將已預(yù)留排水孔的層間橫隔板或封頂層緊壓于將管端，接著再通過點焊加固，待砼強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計值的百分之五十后，再將橫隔板或封頂層按要求予以補(bǔ)焊，也可將砼澆筑至略小于管端的地方，待砼強(qiáng)度超過設(shè)計值的百分之五十后再用同樣級別的水泥砂漿添于管端，并按以上方式將橫隔板或封頂層再一次性封焊完畢。鋼筋砼管構(gòu)件室內(nèi)砼澆筑質(zhì)量應(yīng)當(dāng)通過超聲波進(jìn)行檢驗?；炷两Y(jié)構(gòu)中不密實的部分，宜采取局部鉆孔壓漿技術(shù)法加以補(bǔ)強(qiáng)，或直接將鉆孔補(bǔ)焊封固。

4 結(jié)語

鋼筋混凝土管是一類具備承載力高、塑性和韌性好、節(jié)約建筑材料及便于施工等優(yōu)點的新型組合建筑材料，伴隨著科技特別是建筑材料理論和施工技術(shù)水平的提高，更多的新型建筑材料和高強(qiáng)耐候建筑用鋼種的涌現(xiàn)，鋼筋混凝土管結(jié)構(gòu)將會被更加廣泛地運用于工業(yè)與民用建筑等工程建設(shè)中，從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。