內(nèi)襯多點(diǎn)錨固HDPE板防腐技術(shù)在大型鋼筋混凝土排水管道中的應(yīng)用

張翕照

（天津市管道工程集團(tuán)有限公司，天津 300112）

1 工程概況

天津城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資集團(tuán)有限公司東郊污水處理廠遷建管網(wǎng)配套工程施工3合同項(xiàng)目為大型排水管道建設(shè)工程。工程起點(diǎn)為W1 井，終點(diǎn)為W20井，管徑1 650～3 000 mm，長2 000 m。

工程使用管材為內(nèi)襯多點(diǎn)錨固高密度聚乙烯板鋼筋混凝土排水管，其特點(diǎn)是內(nèi)襯防腐層耐酸、耐堿、耐化學(xué)藥品以及耐污水侵蝕，可有效延長管道使用年限。內(nèi)襯防腐層板材一面為平面，另一面上帶有13 mm 長V 形固定鍵。V 形固定鍵嵌入管體內(nèi)壁上，單個(gè)從混凝土中脫出的抗拉拔強(qiáng)度不低于600 N。

管道接口位置的內(nèi)襯材料連接采用封口板搭接焊接方式，封口板和焊絲均選用與內(nèi)襯板材相同材料，厚度與內(nèi)襯材料厚度一致，覆蓋寬度為160～200 mm，焊跡厚度不低于4 mm，如圖1所示。

圖1 管道接口焊接示意

2 內(nèi)襯HDPE板錨固體抗拉拔強(qiáng)度檢測

2.1 檢測頻率

因?qū)嶒?yàn)室沒有檢驗(yàn)?zāi)芰?，現(xiàn)場采取自制設(shè)備檢驗(yàn)，主要儀器為測力傳感器，并經(jīng)計(jì)量校正部門檢驗(yàn)合格。每2 500 m2HDPE 板抽檢1 根管道，不同管徑規(guī)格、不同廠家獨(dú)立抽檢。

2.2 檢測步驟

2.2.1 試樣選取及制作

將待檢的排水管墊好放平，根據(jù)拉拔試驗(yàn)儀器放置的位置確定隔開HDPE 板的位置；每根管取3處，分別為管兩端600 mm處和管身中部。試樣為長方形，長寬約35 mm×100 mm，嵌入混凝土中的錨固體位于長方形中部，用刀具將片材沿錨固體橫豎向割開，使之與整個(gè)內(nèi)襯HDPE板分離。

2.2.2 試驗(yàn)儀器安裝

2.2.3 檢驗(yàn)加荷方法

檢驗(yàn)采用分級加荷，首先加荷至最大試驗(yàn)荷載值的60%，靜停1 min；繼續(xù)加荷至最大試驗(yàn)荷載值的80%，靜停1 min；最后，分2 次按最大試驗(yàn)荷載值的10%級差加至100%，每次靜停1 min。

2.2.4 檢驗(yàn)結(jié)論

加荷載到100%并維持1min 荷載作用后，如嵌入的錨固體位置沒有出現(xiàn)斷裂或從混凝土中脫落的現(xiàn)象，表示該點(diǎn)合格，若3個(gè)點(diǎn)均合格則管子的內(nèi)襯HDPE 板錨固體抗拉拔強(qiáng)度項(xiàng)目試驗(yàn)合格。現(xiàn)場檢驗(yàn)照片，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場檢驗(yàn)試驗(yàn)

3 管道接口焊接工藝

3.1 一般要求

管道接口處封口板厚度2 mm、寬度190 mm，焊絲尺寸為3.2～4.0 mm，材質(zhì)與母材相同。封口施工前，封口板、焊絲干燥無污染，焊跡部位應(yīng)進(jìn)行打磨、清理，確保焊跡部位清潔干燥和無灰塵、泥土、油跡及其他附著物。焊接時(shí)，調(diào)整好焊槍壓力、速度和溫度，保證焊臂與管道同心和垂直，焊跡要求平滑均勻，騎于接口板邊緣，完成后須修磨平整。嚴(yán)禁帶水作業(yè)，焊接部位有水時(shí)必須用熱風(fēng)槍吹干。

3.2 焊接機(jī)具

焊接機(jī)具包括擠出焊機(jī)、預(yù)熱設(shè)備、焊接鏟和輔助工具、不同焊縫形式的焊接靴。風(fēng)嘴應(yīng)能適應(yīng)焊縫形式，出口熱風(fēng)應(yīng)均勻流過整個(gè)橫截面，以便焊接面均勻塑化。焊接靴安裝在擠出式焊槍前端，是成型不同形狀焊縫的聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)件，如圖3所示。

圖3 焊接靴

3.3 焊接工藝

將190 mm寬封口板固定在管道接口處，兩側(cè)與內(nèi)襯的HDPE 板搭接，選擇帶焊接靴的擠出焊槍施焊成型。

根據(jù)上述規(guī)定，并考慮到南水北調(diào)工程的水資源管理既涉及水源區(qū)和受水區(qū)，又涉及沿線各省，上下游、干支流、左右岸對于開發(fā)利用和節(jié)約保護(hù)水資源擁有共同的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù)，不僅涉及上游的水源涵養(yǎng)和保護(hù)等生態(tài)環(huán)境問題，還涉及下游的水污染防治、河道治理、防洪減災(zāi)等一系列相關(guān)問題，十分復(fù)雜。建議在國家相關(guān)部門尚未研究明確南水北調(diào)水資源費(fèi)征管體制與征收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)政策前，水資源費(fèi)暫按零計(jì)列。

施焊前，首先對母材焊口處進(jìn)行預(yù)加工，打磨清潔待焊區(qū)。接通電源，開啟焊接工具開關(guān)，設(shè)定合適焊接溫度，直至達(dá)到所需溫度。在焊接靴即將接觸待焊區(qū)之前，利用出風(fēng)口預(yù)熱母材待焊區(qū)的起始部位，后將焊條溶體擠出，并在待焊區(qū)稍作停留，當(dāng)焊接靴的焊接接觸面與母材之間充滿焊條的熔體之后，通過擠出焊槍對焊道施加一定壓力并向前沿焊道移動(dòng)焊接。焊接完成后，讓焊縫部位自然冷卻。操作時(shí)，須根據(jù)手動(dòng)擠出焊接機(jī)的擠出量和所需要焊接的橫截面積調(diào)整焊接速度。焊接完畢后，擠出焊槍停止加熱，待其完全冷卻后，關(guān)閉主開關(guān)及斷開電源，焊接參數(shù)詳見表1。

表1 焊接指標(biāo)參數(shù)

3.4 焊接工藝質(zhì)量評定

按照工藝要求進(jìn)行了HDPE板搭接焊，并送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，拉伸強(qiáng)度為20.2 MPa，大于15 MPa，試驗(yàn)結(jié)果合格，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 半自動(dòng)機(jī)械焊的研發(fā)使用

4.1 機(jī)械焊接優(yōu)點(diǎn)

內(nèi)襯HDPE 板鋼筋混凝土排水管管道接口進(jìn)行現(xiàn)場焊接時(shí)，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，焊接質(zhì)量得不到保證，需要開發(fā)一種焊接設(shè)備代替手工操作。為此，工程使用了半自動(dòng)機(jī)械焊機(jī)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，整體設(shè)備可隨時(shí)移動(dòng)，方便使用。焊接擺臂能旋轉(zhuǎn)360°，實(shí)現(xiàn)整圈焊縫焊接。焊接時(shí)，利用壓輪定位，提高了焊接穩(wěn)定性。該裝置焊口成型質(zhì)量高，焊接效率高，大大降低了施工成本。

4.2 半自動(dòng)機(jī)械焊機(jī)裝置結(jié)構(gòu)

半自動(dòng)機(jī)械焊機(jī)裝置包括主支撐架、焊接機(jī)結(jié)構(gòu)、側(cè)部支撐結(jié)構(gòu)、底（頂）部支撐結(jié)構(gòu)和主行走輪。

主支撐架上方豎直固定安裝第一齒輪。轉(zhuǎn)動(dòng)連接焊接擺臂的一端連接焊接機(jī)結(jié)構(gòu)，另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二齒輪。第二齒輪與第一齒輪嚙合，焊接擺臂上固接有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)第二齒輪環(huán)繞第一齒輪旋轉(zhuǎn)形成焊接擺臂360°旋轉(zhuǎn)。主支撐架上分別固接側(cè)支撐架，每個(gè)側(cè)支撐架上分別固接側(cè)部支撐結(jié)構(gòu)。主支撐架上方固接頂部支撐架，安裝頂部支撐板；下部安裝有底部支撐結(jié)構(gòu)。

焊接機(jī)結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)輪、焊槍、連接板和壓輪。旋轉(zhuǎn)輪與焊接擺臂固接，上固接連接板。連接板的一側(cè)安裝焊槍，靠近焊接擺臂端部的下表面上安裝壓輪。

側(cè)部支撐結(jié)構(gòu)包括側(cè)部導(dǎo)向桿、側(cè)部導(dǎo)向套、側(cè)部支撐板、側(cè)部連接件和側(cè)部液壓驅(qū)動(dòng)器。側(cè)部導(dǎo)向套分別安裝在側(cè)部支撐架兩側(cè)，每個(gè)安裝一個(gè)側(cè)部導(dǎo)向桿。側(cè)部導(dǎo)向桿的一端與側(cè)部支撐板固接，且側(cè)部支撐板與管道的軸線平行；另一端分別與側(cè)部連接件固接。側(cè)部液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端與側(cè)部連接件固接。

頂（底）部支撐結(jié)構(gòu)包括頂（底）部導(dǎo)向桿、頂（底）部導(dǎo)向套、頂（底）部支撐板、頂（底）部連接件和頂（底）部液壓驅(qū)動(dòng)器。頂（底）部導(dǎo)向套分別安裝在主支撐架的兩側(cè)，每個(gè)安裝一個(gè)頂（底）部導(dǎo)向桿。頂（底）部導(dǎo)向桿的一端分別與頂（底）部支撐板固接，且頂（底）部支撐板與管道的軸線平行；另一端分別與頂（底）部連接件固接。頂（底）部液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端與底部連接件固接。

主支撐架的底部還安裝有主行走輪，與第一齒輪相對的主支撐架的一側(cè)安裝有輔助行走支架，其底部安裝有輔助行走輪。

4.3 焊機(jī)操作流程

4.3.1 焊前檢查

檢查設(shè)備是否正常，焊槍焊絲及板材尺寸、移動(dòng)線板是否合格；焊槍熱風(fēng)槍是否正常；焊道位置是否打磨、有無異物。試行走一周，確認(rèn)小車已完全接觸到板材并沿管縫方向行走。

4.3.2 焊接操作

接通電源，焊槍升溫，設(shè)定值為280℃，熱風(fēng)槍根據(jù)天氣溫度調(diào)整（7℃左右）。檢查板材及焊接口，確保表面不得有水、油及異物等；熱風(fēng)槍焊接前1 min開啟預(yù)熱，達(dá)到設(shè)定溫度后準(zhǔn)備焊接。開啟焊機(jī)施焊，注意檢查焊槍中排出的焊絲是否熔化、焊接處厚度是否均勻。焊口不得有缺料或余料過多。

4.3.3 焊接質(zhì)量外觀檢測

目視觀察焊接表面狀況，檢查焊縫形式，檢查表面和邊緣是否有裂痕和凹槽、焊縫填塞是否達(dá)到效果、焊縫根部熔透和粘接部分偏移是否可接受。

5 管道內(nèi)防腐層電火花絕緣性檢測

5.1 檢測環(huán)境

檢測前，內(nèi)襯HDPE 板表面應(yīng)使用抹布或其他不會(huì)對HDPE 板面造成損傷的物品擦拭干凈，并保持干燥。

5.2 檢測設(shè)備安裝及注意事項(xiàng)

電火花絕緣檢測儀型號為LYH-7，穩(wěn)固放置在管材附近適當(dāng)位置或手持。接好儀器檢測電源線，并連通金屬掃頭；將儀器接地線與地面或與連接地面的金屬體完全接觸。人體不應(yīng)與掃頭和儀器內(nèi)的高壓輸出柱接觸，以保證安全。同時(shí)，不應(yīng)讓檢測金屬掃頭直接接觸地面，以免損傷掃頭。

5.3 設(shè)備調(diào)試

打開電火花絕緣檢測儀開關(guān)，待指示燈及儀表正常顯示后，調(diào)整檢測電壓值到15 kV。手握金屬掃頭絕緣柄，使探針輕輕靠近地面，依據(jù)儀器的響聲及跳火情況，檢查儀器的靈敏度及運(yùn)作是否正常。

5.4 檢測及處理

手握住金屬掃頭絕緣柄，使金屬掃頭貼近HDPE板表面，輕輕來回掃動(dòng)，逐行檢查HDPE 板表面。觀察檢測儀是否會(huì)發(fā)出“嘟嘟”警報(bào)聲，同時(shí)仔細(xì)觀察金屬掃頭掃到的HDPE 板面是否產(chǎn)生電火花現(xiàn)象。儀器未發(fā)出報(bào)警聲及未出現(xiàn)火花時(shí)，檢測合格。發(fā)出報(bào)警響聲及出現(xiàn)火花現(xiàn)象時(shí)，說明HDPE板表面存在空隙或孔洞，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行標(biāo)識。使用HDPE 平面片材，用熱熔焊接法對漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)，然后重新對該位置進(jìn)行檢測，直到不再出現(xiàn)警報(bào)及火花。

6 結(jié)語

在天津城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資集團(tuán)有限公司東郊污水處理廠遷建管網(wǎng)配套工程施工3 合同項(xiàng)目施工中，應(yīng)用了內(nèi)襯多點(diǎn)錨固HDPE 板鋼筋混凝土排水管道新技術(shù)。從管材內(nèi)襯材料抗拉拔強(qiáng)度檢測、焊接工藝控制、焊接半自動(dòng)設(shè)備研發(fā)應(yīng)用、焊接質(zhì)量檢測等方面對施工質(zhì)量進(jìn)行了控制，積累了一定施工經(jīng)驗(yàn)，效果良好，為該種技術(shù)進(jìn)一步推廣奠定了一定基礎(chǔ)。