气泡混合轻质土填筑污水管道施工工法.doc

泡沫混凝土填充污水管道施工工法
楚风臣 15938800831

1、前言
泡沫混凝土填充污水管道作为城市基础设施改造回填废弃管道的新型技术，与传统的开挖、破除、清运相比，泡沫混凝土具有较小工作量，缩短施工周期，节省工程费用，操作简便等特点，尤其对于工期较短的市政工程，采用泡沫混凝土填充废弃污水管道不失为一种经济、高效的好方法。近年来在管道填充、公路护坡、河岸、港口的挡土墙、公路铁路建设中的软基处理等方面得到了广泛的应用，在郑州市北三环快速化工程中也取得圆满成功。
郑州市北三环快速化工程位于郑州市中心城区北部，西起南阳路立交西侧、经索凌路、丰庆路、文化路、花园路、经三路、东至中州大道东侧龙湖外环路，路段全长约 7.872公里。中国水电路桥在进行S主线桩基施工时，遇到东西贯穿的废弃污水管道，该管道内径为D1600mm ，外径为D1920mm，埋设深度6.5米，为素混凝土管道，每60m有一检查井。该工程为市政工程，工期十分紧，周围地理形势复杂，车流及行人密集，为确保工程能够按时保质保量完成，中国水电路桥成立了科技创新领导小组，采取了一系列措施和方案，最终圆满完成任务，并对施工工法进行了总结，供类似工程参考。
2、工法特点
泡沫混凝土是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，在将泡沫加入到含硅（砂、粉煤灰）、钙质材料（石灰、水泥）、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌，浇筑成型，养护而成的一种多孔材料。其特点可大致归纳为以下几点：
2.1轻质：泡沫混凝土的密度较小，密度等级一般为300-1800kg/m3，常用泡沫混凝土的密度等级为300-1200kg/m3。
2.2高耐火性：是无机材料，属A1级防火材料，从而具有良好的耐火性，耐火度达1000℃以上，完全满足地下废弃污水管耐火要求。
2.3强度好，不易碎裂：抗压抗折强度均较高，达到了低密度较高强度的相对统一，使用不易碎裂。
2.4易施工：可现场浇筑施工，只需使用水泥发泡机可实现自动化作业，工作量为150-300m3/工作日。
2.5环保：泡沫混凝土所需材料为水泥和发泡剂发泡剂大都接近中性，不含苯、甲醛等有害物质，另外泡沫混凝土可大量利用工业废渣生产，减轻和避免了环境污染。
3.适用范围
地下废弃的油柜、管线（内装粗油、化学品）、污水管及其它空穴填充等工程施工。
4.工艺原理
4.1 泡沫混凝土填充污水管道系统的组成
本工程需填充的废弃污水管道影响范围大、埋设深度大、管线种类多、管径大，主要施工设备主要包括：管道打孔机、空压机、4寸潜污泵（15KW）、发泡机、输送泵、水车、旋挖钻。其中：空压机配合打孔机钻排气孔，4寸潜污泵（15KW）抽排污水，发泡机拌合泡沫混凝土，输送泵进行泵送泡沫混凝土，旋挖钻进行桩基钻孔。

4寸潜污泵抽排污水

发泡机拌合

管道打孔机钻排气孔

4.2 泡沫混凝土填充污水管道的工作原理
在2012年11月3日，郑州市三环快速化项目部组织专家，设计单位，监理单位、施工单位对郑州市三环快速化项目北三环工程--桩基与污水管道交叉处理方案进行了论证，中国水电建设集团路桥工程有限公司郑州市三环路快速化工程项目部针对北三环工程--桩基与污水管道交叉处理提出的五个处理方案，专家组对提出的五个方案的优缺点进行了认真的讨论和比较，经对现场情况了解，认为在满足设计要求的前提下，建议：在方案三（向桩基内填干土，利用旋挖钻及将干土向管道两侧挤压，形成挡水围堰，再进行桩基钻孔施工）的基础上做试验段，而后做方案5（全部管道内填充方案）试验段，取得相关参数后，对两个方案加以细化完善，决定采用全部管道内填充泡沫混凝土施工。
施工前，先用管道打孔机钻排气孔，后采用C15混凝土将污水管检查井封堵，预留部分检查井用作抽排污水，利用4寸潜污泵（15KW)从预留检查井内将污水管内污水抽排干净；污水抽排完后，从预留检查井内填充泡沫混凝土（400Kg/m3），强度0.8-1MPa。待混凝土凝固后，利用旋挖钻在设计孔位埋设钢护桶并挖至污水管顶部，冲击钻钻进（污水管及管内泡沫混凝土破碎）至污水管底下部1米时,再采用旋挖钻钻进。

冲击钻破除污水管道及泡沫混凝土
5.施工工艺流程及操作要点
测量放样
5.1施工工艺流程

管道打孔机钻排气孔

C15混凝土封堵检查井

潜污泵抽排污水

通过试验确定配合比

验收
按要求填充密实
泡沫混凝土泵送至污水管
混合搅拌形成泡沫混凝土
加入水泥、粉煤灰、细沙

加压形成泡沫晶体
外加剂和水在拌和机搅拌

发泡器加水和发泡剂

图5.1-1 泡沫混凝土填充污水管道施工工艺流程框图
5.2操作要点
5.2.1前期准备工作
将北三环快速化工程自南阳路立交西侧至中州大道东侧龙湖外环路南线范围内影响桩基施工所有的污水管检查井找出，因与桩基交叉施工，通过铲车将覆盖在井盖上的泥土清理，井盖打开，用抽水泵将污水抽出并进行排气。检查井位置用旗帜进行标记。
5.2.2工序及时效
分段长度：布设范围100米为一施工段，即每100米移动一次设备，两头进行砂石封堵，设备设置在中间，往东西两侧进行浇筑。如果遇到检查井堵住，可在检查井旁边或中间原桩基位置钻孔，以便观察及浇筑泡沫砼。
每100米浇筑泡沫混凝土工程量为176m³（按管道内径1.5米，检查井位置底部为四方形计算），泡沫砼浇筑时间为1.5个工作日。
如果遇到南北方面有污水管支管，需要节流，用C15混凝土进行封堵。
该路段临时排水沟连接到新的污水管道，在施工路段南侧20米处，以保证污水不乱流。
做好施工记录，并整理好这些资料报监理工程师审核认可。
5.2.3材料实验
项目部实验室与试验监理联合对泡沫混凝土进行现场取样，按《泡沫混凝土》国家标准规定的方法进行了干密度、抗压强度、吸水率、导热系数等实验后，泡沫混凝土结果实验合格，可用于污水管道泡沫混凝土填充。
5.2.4施工测量
在试验段内找出污水管道所有检查井，并用小旗帜标志，测量出两个检查井之间的距离。为保证正确计量出工程量。每三个检查井为一段，把一端的检查井用砂石封堵，通过中间的检查井进行浇筑YT泡沫混凝土填充，如果浆料泵送到另一个检查口时，将这一端的检查井也封堵。
5.2.5污水管排水
由项目部负责，严格控制将污水管内污水排出，以免影响泡沫混凝土水灰比及强度。用6寸污水泵将污水抽出至南侧20米新污水管道内。
5.2.6排气
用空压机将污水管内有毒气体排出，因污水管道内有毒气体甲烷、硫化物等毒气，管内气体充满管道，不利于填实污水管道。如果检查井堵住，需要在堵住的承台旁边钻孔，或在每跨中间30米处钻孔，进行排气并浇筑泡沫砼。
5.2.7浇筑YT泡沫砼
施工工艺流程：
检验水泥、粉煤灰、发泡剂质量→配合比实验→技术交底→准备机具设备→找出所有污水管道检查井→污水管抽水、排气→搅拌浇筑泡沫混凝土→填满污水管道→自然养护→检查验收
拌制时间：每一工序搅拌泵送需要时间为4-6分钟，每小时工程量为20m³。
6.材料与设备
6.1材料
本工法所采用的材料有混凝土、水泥、粉煤灰、发泡剂、补偿剂、水，其中混凝土为C15商品混凝土，水泥为复合硅酸盐32.5水泥。其各项性能指标及配合比详见表6.1-1。泡沫混凝土制作前应详细检查各项材料，有无出厂合格证，发泡剂及补偿剂是否过期等缺陷，在拌合前应再次严格检查，不符合要求的严禁使用。拌合过程中严控配合比。

表6.1-1 泡沫混凝土设计指标及配合比表
技术指标
复合硅酸盐水泥32.5
粉煤灰
发泡剂
补偿剂
水
容重400±50kg
300Kg
100 Kg
14Kg

25 Kg

150 Kg

抗压强度0.8-1.0Mpa
导热系数Wm.k≤0.28
吸水率≤23%
6.2设备
本工法主要施工机械有管道打孔机、空压机、4寸潜污泵（15KW）、发泡机、输送泵、旋挖钻，施工高峰期施工机械见表6.2-1。
表6.2-1 施工高峰期施工机械表
序号
机械名称
单位
数量
用途
备注
1
管道打孔机
台
8
钻排气孔

2
空压机
台
8
管道排气用

3
4寸潜污泵
个
40
抽排污水

4
发泡机
台
8
拌合泡沫混凝土

5
输送泵
台
8
泵送泡沫混凝土

6
旋挖钻
台
20
桩基钻孔

7
装载机
台
8
装运表面土方

8
自卸车
辆
30
运输清表土方

施工过程中需要的辅助设备详见表6.2-2
表6.2-2 施工辅助设备表
序号
设备名称
单位
数量
用途
备注
1
泡沫剂料桶
个
8
发泡机发泡

2
小推车
辆
15
上料

3
铁锹
把
40
上料

4
水管
套
8
施工用水

5
上料管
m
2000
泵送泡沫混凝土

6
电缆电线工具配件
套
8
施工辅助

7
防毒面罩
套
10
检查污水管

施工过程中需要的试验设备详见表6.2-3
表6.2-3 试验设备表

仪器名称
规格型号
单位
数量
备注
电子天平
0-300g,0-5100g
台
24

试模
塑料
组
24组

塌落度筒
圆锥形筒
个
8

量筒
1000ml
个
16

钢尺
100cm
把
8

7.质量控制
7.1质量保证措施
7.1.1泡沫混凝土拌制质量保证措施
1、泡沫混凝土拌制前，应对各种原材料进行检验，检验合格后方可使用；
2、泡沫混凝土施工配合比必须通过试验，满足设计技术指标和施工要求，并经审批后方可使用；；
3、冬季施工时，应采取保温措施，采取温水进行拌制，确保搅拌均匀；
7.1.2污水管道填充施工质量保证措施
1、潜污泵抽排污水应将淤泥排净，确保填充强度要求；
2、管道打孔机钻排气孔时应符合规范及施工要求，以便在填充泡沫混凝土的过程中能排净污水管内的空气，确保泡沫混凝土充满整个污水管道；
3、泡沫混凝土泵送必须伸入污水管道内1m处，保证足够的压力填充泡沫混凝土；
4、严格实行“三检制”，使施工的全过程均受到控制；
5、工程开工前应对现场技术人员及操作人员进行详细的技术交底和质量要求交底；
7.2质量检验标准
根据《公路工程泡沫混凝土质量检验评定标准（试行）》，有以下规定：
7.2.1一般规定
1、各分项工程的检验批宜按施工段划分，每段的长度宜为100m；
7.2.2主要检验项目
1、泡沫混凝土拌制所需的水泥、粉煤灰、发泡剂及补偿剂等材料应满足设计与施工要求，并符合现行行业标准《公路工程泡沫混凝土质量检验评定标准（试行）》的有关规定。
检验数量：施工单位按填充好的每100m抽检一次，不足100m的抽检一次。监理单位见证取样并按规定抽样平行检验，且不少于1次。
7.2.3一般检验项目
1、复合型硅酸盐32.5水泥及发泡剂发泡倍数应满足设计要求。
检验数量：施工单位、监理单位全部检查。
检验方法：检查施工记录并观察检查。
2、泡沫混凝土应充满整个污水管道，满足设计要求。
检验数量：施工单位按填充好的每100m抽检一次，不足100m的抽检一次。监理单位见证取样并按规定抽样平行检验，且不少于1次。
检验方法：现场取芯观察。
3、泡沫混凝土干密度不应大于7.2-1表中的规定，其容许误差应为+5%；导热系数不应大于7.2-1表中的规定。
表7.2-1 泡沫混凝土干密度和导热系数
项目名称
单位

干密度等级
--
A03
A04
A05
A06
A07
A08
A09
A10
A12
A14
A16
干密度
（kg/m3）
300
400
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1600
导热系数
W/（m·k）
0.08
0.1
0.12
0.14
0.18
0.21
0.24
0.27
--
--
--
4、泡沫混凝土吸水率不应大于7.2-2表中的规定。
表7.2-2 泡沫混凝土吸水率
单位为百分率
等级
W5
W10
W15
W20
W25
W30
W35
W40
W45
吸水率
5
10
15
20
25
30
35
40
45
8.安全措施
8.1安全管理措施
8.1.1设立以项目经理为安全第一责任人的安全生产领导机构，健全安全管理系统，设置专职安全员，充填班组设置兼职安全员。
8.1.2制定安全施工奖惩制度，制定施工应急预案。
8.1.3施工前进行三级安全教育和安全技术交底。
8.1.4工人上下班实行点名制。
8.2 安全技术措施
8.2.1按照国家劳动保护法的规定，定期发给现场施工的工作人员必需的安全帽等劳动保护用品。
8.2.2准备防毒面罩，避免有害气体有甲烷、硫化物等有毒气体对人员造成伤害。检查人员严禁在井下使用明火，以免发生爆炸。泡沫砼操作工人上、下检查井前，应注意安全，戴上防毒面具、氧气瓶及安全带，并用绳子捆绑到腰上便于井上人员救助。
8.2.3空压机使用前应先运行，检查压力表，并按说明书要求调节好施工使用的压力。空压机连接接头应牢固可靠，不得松动。空压机使用过程中，每天应定期排放空气中过滤的水分。
8.2.4采用空压机进行排气，在工人操作范围内用排气扇赶走气体。
8.2.5在材料运输施工堆放过程中，应注意避免扬尘，应采取遮盖、封闭、撒水，冲洗等必要措施。
8.2.6在使用过程中，泡沫出料口绝不允许对准工人，以免伤人。
8.2.7操作工人在加发泡剂时应戴好橡胶手套，尽量做到不直接与皮肤接触。若由于不小心手或脚等部位沾污发泡剂时 , 应随即用清水冲洗。不允许发泡剂直接与眼睛接触。若在施工过程中发泡剂的泡沫喷到工人头部时 , 应立即用清水冲洗。
8.2.8投放水泥的操作工人应戴好防尘口罩，并经常更换。投放水泥的操作工人应由二人协助上料。有结块的水泥不得放入搅拌箱中，避免卡住搅拌机叶片，而造成电机负荷过大，烧坏电机。
8.2.9工人进入工地施工前，必须对工人进行安全技术交底、并签名，交底内容应齐全、完善、有针对性。进场工人应做好三级教育，并写好登记卡，注明受教育日期。
9.环保措施
本工法不产生有害环境的特殊物质，施工中按照要求做好防止柴油泄漏的措施；平时工作中产生的生产、生活垃圾集中堆放并用自卸车运走，禁止随意丢弃。
10.效益分析
郑州市三环路快速化工程S主线污水管填充泡沫混凝土是一种新型工艺，根据北三环现场实际环境，采用此种方式进行施工，合理利用机械设备，充分发挥机械的使用效率，及时有效的解决了桩基施工严重受限、工作面无法展开的局面，共使用了35天，比传统的开挖、破除、清运并回填施工工艺提前24天，为桩基的迅速施工做好铺垫，从而避免了工期滞后造成的损失，给中国水电路桥公司带来了直接的经济效益。
根据合同条款规定，控制性工期及关键节点工期每拖延一天，承包人向发包人支付违约金人民币壹万元，通过新型填充方式，避免了24天的罚款，同时节省了机械设备租赁费和人工费的支出费用。
（1）24天违约罚款：1万元/天×24天=24万元；
（2）挖机租赁费用：2200元/台班×59台班=12.98万元；
（3）自卸车清运渣土：3.14×（0.96m×0.96m-0.8m×0.8m）×7872m×28元/m3=19.5万元；
（4）土方回填：3.14×0.96m×0.96m×7872m×28元/m3=63.8万元；
（5）人员600人:600人×80元/工日×24工日=115.2万元；
共计节约成本：235.48万元。
11.应用实例
郑州市北三环快速化工程BT1、BT2及BT3标
11.1工程概况
郑州市北三环快速化工程位于郑州市中心城区北部，西起南阳路立交西侧、经索凌路、丰庆路、文化路、花园路、经三路、东至中州大道东侧龙湖外环路，路段全长约 7.872公里。中国水电路桥在进行S主线桩基施工时，遇到东西贯穿的废弃污水管道，该管道内径为D1600mm ，外径为D1920mm，埋设深度6.5米，为素混凝土管道，每60m有一检查井。
11.2施工情况
正式开工日期是2012年10月30日，工期共486天。因整个延线较长，地处郑州市三环路，车流及行人密集，导致工程阻力多，管线错综负责，废弃污水管道正位于S主线桩基处，严重制约桩基施工，经过中国水电路桥公司采用新型泡沫混凝土填充污水管道方式，有效的解决制约工期的问题。

关键名词:
泡沫混凝土：泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。
发泡剂：就是使对象物质成孔的物质，它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。