针对湿陷性黄土地层预应力钢筒混凝土顶管接头密封设计

摘要：结合禹门口提水东扩工程输水管线穿越高等级公路湿陷性地层特点，对预应力钢筒混凝土顶管接头密封设计进行研究，所采用的接头密封设计经工程应用证明是可靠的。为同类工程提供很好的借鉴实例。

关键词：穿越公路；湿陷性黄土；JPCCP；接头密封设计；工程应用

中图分类号：TU398.9文献标志码：A文章编号：

1672-1683（2015）001-0228-03

Design of joint waterproof for Jacking-Prestrssed concrete cylinder pipe using in collapsible loess stratum

YANG Jian-hong

（Shanxi Yumenkou Hydraulic Engineering Management Bureau，Taiyuan 030002，China）

Abstract：Combining with the characteristics of collapsible loess stratum for Jacking-Prestressed Concrete Cylinder Pipe（JPCCP） in Yumenkou water diversion eastward expansion project，the design of joint waterproof of JPCCP have been studied in this paper.It can be concluded that the jointl safety performance of JPCCP is security，which is proven by the engineering application.It provide a good reference for the similar engineering examples.

Key words：crossing hignway；collap sible；JPCCP；design of joint waterproof；engineering application

山西省禹门口提水东扩工程穿越高等级公路在国内首次采用了预应力钢筒混凝土顶管方案，且管线多位于湿陷性黄土区域，顶管接头止水可靠性直接决定工程安全。本文就湿陷性黄土地层预应力钢筒混凝土顶管接头密封设计进行研究，提出了针对性方案，并进行了工程应用。禹门口东扩工程工程位于山西省中南部，主管线长488 km，采用DN2000、DN1800、DN1400三种管径的预应力钢筒混凝土管（PCCP）；支管线长306 km，采用DN1600、DN1000两种管径的PCCP和DN1200、DN1000、DN800三种管径的玻璃钢夹砂管（RPMP）。工程设计年供水161亿m3，分两期实施，一期工程已完工，并已通过管线静水压试验和通水验收，禹门口提水东扩工程预应力钢筒混凝土顶管应用取得了成功，对同类具有很好的借鉴作用。

1东扩工程预应力钢筒混凝土顶管应用简介

1.1顶管技术

Jacking-Prestressed concrete cylinder pipe，即预应力钢筒混凝土顶管，简称JPCCP。在引调水工程管线穿越公路等建筑物传统方法主要采用大开挖铺设管道、顶进混凝土箱涵或管涵内穿压力管道方案，而JPCCP是直接顶进预应力钢筒混凝土管作为压力输水管道，该方案将PCCP和钢筋混凝土顶管合二为一，具有对周边环境干扰和影响少、材料消耗少成本低、施工工艺简单进度快，且环保的优点。JPCCP结构特点主要为：（1）充分发挥PCCP管材优势；（2）进一步优化PCCP结构，满足顶进和受力要求。对于后者一是二次浇筑高强度钢筋混凝土结构层替代PCCP外部砂浆保护层；二是采取承插口顶进工作面平整性设计，承插口端部增设钢环、插口环增设注浆孔以减少顶进阻力，插口外壁顶进端面增设传力木垫板，保证均匀传力。

JPCCP通过优化PCCP管道设计结构，严格控制管道制作工艺和顶进工艺，经过承载能力试验和顺利顶进检测充分证明管道质量优良。JPCCP直接顶进作为输水管道即承受外荷载土压力又承受内荷载水压力，承插口连接的特性对管道接头密封性提出更高的要求。

1.2顶管应用

东扩一期工程穿越公路、铁路顶管共有19处，其中13处穿越公路采用JPCCP，管基岩性主要为湿陷性黄土，特性指标见表1。

表1穿越公路13处JPCCP特性

2湿陷性黄土地层特性

2.1黄土湿陷性及分类

黄土湿陷性：黄土结构特征决定其在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质。可分为自重湿陷与非自重湿陷两种类型。（1）自重湿陷。当湿陷性黄土地基或场地浸水后，没有任何外部的附加荷载，仅在地基土的自重压力作用下发生湿陷。（2）非自重湿陷。湿陷性黄土地基或场地没有外部附加荷载的作用下浸水不发生湿陷，需要有一定的附加荷裁作用下浸水才能发生湿陷。湿陷性黄土地基的湿陷等级见表2。

表2湿陷性黄土地基的湿陷等级

注：*表示当湿陷量的计算值Δs>600 mm、自重湿陷量的计算值Δzs>300时，可判为Ⅲ级，其他情况判为Ⅱ级。

2.2黄土湿陷的诱发因素

力和水的作用是湿陷性黄土产生湿陷的必要条件，非自重湿陷性黄土，在其自重压力作用下，无论如何浸水也不会产生湿陷；首先被水饱和的黄土，湿陷性已经退化的黄土，不论施加多大的压力也不会产生湿陷，而当含水量降低，土体趋于干燥时，其湿陷性又可能有所恢复。要使湿陷性黄土产生湿陷，还必须使所施加的压力在其产生湿陷所需要的压力区间内。

根据黄土产生湿陷的特性，对于基底压力小于湿陷起始压力的地基，我们可以不做湿陷性处理；对于基底压力大于湿陷终止压力的地基，我们就要重点关心其压缩变形量的大小，因为此时的压缩变形中已经包含有湿陷变形了；而当基底压力刚好等于土体的天然结构强度时，这时最大限度的考虑地基湿陷性的设防，因为这时湿陷性表现得最为强烈。

2.3顶管方案对湿陷性地层的特殊要求

在国内外许多引调水工程穿越公路、铁路中均成功的应用了顶管方案，就顶管技术而言，是比较成熟的。但在湿陷性黄土地区存在管基湿陷的可能性，所以，首先要排除顶管管基不会产生湿陷而影响到输水管道安全可能性，才能采用顶管方案穿越建筑物。东扩工程顶管管基受力比较见表3。

表3东扩工程顶管管基受力比较

由表3可以看出，实施顶管方案后，输水管道通水状态下对管基的作用力小于原土体的作用力，管基不会因上覆压力增加而产生变形。因此，湿陷性地层采用顶管方案的关键为是否能妥善解决管道接头密封止水问题。预应力钢筒混凝土顶管技术为新技术，工程经验较少，需要对接头密封性能进行针对性研究，以确保工程安全。

3JPCCP接头止水设计

3.1管道接头密封止水是JPCCP方案成功的关键

（1）高等级公路车辆交通量很大，路基的安全是非常重要的，所以不允许有漏水沉降现象发生。

（2）JPCCP作为输水管道既承受外压，又承受内压，在管道材质满足要求的前提下，管道接头不允许出现密封不严渗水现象。

（3）湿陷性地层不允许管道有渗水现象发生。

3.2JPCCP接头密封设计

3.2.1PCCP止水方式

PCCP接头分单胶圈止水和双胶圈止水，在工作压力大、地质条件复杂的工程中一般采用双胶圈止水，便于及时打压检查且止水性能好，详见图1。

图1标准PCCP结构图及双胶圈接头止水

3.2.2JPCCP止水方式

JPCCP接头在PCCP双胶圈止水的基础上，在管道内部接缝底部增加一道聚硫密封胶止水，同时在管道内壁接缝处又增加一道聚脲防水涂层止水，确保管道接头不会发生漏水问题，详见图2。在管接缝表面涂刷30 cm宽（以插口端面为基准覆盖插口内壁10 cm宽、覆盖承口内壁20 cm宽）、平均厚度26 mm（中间3 mm、两侧2 mm）的聚脲层，聚脲内部复合胎基布。聚硫密封胶和聚脲涂层均为柔性材料，可适应地形微小变化，同时两种材料和混凝土及钢材的粘接力较强，耐久性也很好，可起到很好的止水效果。

图2JPCCP接头止水结构

聚脲及聚硫密封胶材料性能参数见表4、表5。

表4手刮聚脲主要技术参数

表5聚硫密封胶主要技术参数

4JPCCP接头聚脲层施工技术要求

（1）接头混凝土表面处理。

对注浆孔采用螺栓利用密封胶缠绕生料带拧紧，表面用砂浆嵌填密实平整。接头聚硫密封胶嵌填完成、表层砂浆层嵌填完成并等管内缝砂浆干燥后，用角磨机对接头两侧混凝土表面进行打磨平整并呈麻面，打磨宽度为35 mm，用丙酮将表面的灰尘、浮渣擦干净，要求管壁表明平整、坚固、无孔洞。

（2）界面剂施工。

SK手刮聚脲涂层与混凝土之间的粘接面采用专用界面剂，根据混凝土表面干燥情况选用干燥型或潮湿型混凝土界面剂。基面处理后，在混凝土表面涂刷界面剂，涂刷宽为35 cm（以插口端面为基准覆盖插口内壁15 cm宽、覆盖承口内壁20 cm宽）、平均厚度26 mm（中间3 mm、两侧2 mm）的聚脲层，聚脲内部复合胎基布，厚度要求薄而均匀，无漏涂现象。

（3）聚脲层施工。

待界面剂表干后直接刮涂第一层SK手刮聚脲，随后在承插接口部位15 cm范围内铺盖胎基布，再涂刷2～3遍SK手刮聚脲。每次涂刷SK手刮聚脲的允许作业时间在2 h以内，直至承插接口中间部位聚脲厚度达3 mm、外侧2 mm厚，宽度为35 cm。

东扩一期工程顶管工程于2010年10月开始施工，2011年12月结束，2012年10月-11月进行了管线试通水，并进行了静水压试验。经过一年多的试运行考验，可以充分证明JPCCP接头密封设计方案是可靠的。

5结语

JPCCP接头密封设计方案在禹门口提水东扩工程穿越高等级公路湿陷性地层中得到成功应用，其结构形式和施工工艺对类似工程有重要的借鉴作用。

参考文献：

[1]张成军.管线穿越建筑物采用预应力钢筒混凝土顶管技术方案可行性分析[J].山西水利科技，2011，8（3）.

[2]昝志斌.PCCP顶管在禹门口东扩工程中的应用[J].设计与施工，2011（3）.