铸铁管破损原因分析及大口径铸铁管抢修方法

摘 要：自引黄入并以来，供水管网的W径由原来最大DN1000发展为DN2200.当管道发生故障时，抢修方式也发生了巨大的变化。结合近几年的抢修实践，就大口径供水管道抢修过程中出现的问题提出了一些预防措施，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：铸铁管；破损原因；抢修方法；大口径供水管道

中图分类号：TU991.36 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.125

20世纪90年代起，城市供水管材发生了很大变化，由以过去预应力混凝土管和灰口铸铁管为主的供水管材逐渐变为了如今使用的PVC、ABS、PE、球墨铸铁管、钢管等多种管材混合使用的供水管，而各式各样的维修材料给管道维修部门带来了许多困扰。

本文简要论述了铸铁管破损的原因和铸铁管抢修方法及其注意事项，并阐述了大口径铸铁管抢修措施，以便在大口径供水铸铁管发生事故时能采取合理的方法修复。

1 铸铁管破损原因

1.1 灰口铸铁管破损的原因

灰口铸铁管刚性强，但是，灰口铸铁性脆易断裂。除了材料自身质量和使用年限的问题外，灰口铸铁管破损主要有承口裂损、管身环向断裂、管身轴向裂损3种情况。DN400以上的灰口铸铁管以承口裂损为主。造成承口裂损的原因大多是管地基不均匀沉降所致，或因管沟内有旧建筑物，构筑物基础薄弱，在铺设管道时没有处理造成的。

1.2 球墨铸铁管破损的原因

球墨铸铁管作为一种新型供水管材已经使用了20多年。球墨铸铁管采用的是橡胶圈柔性接口，所以，因管地基不均匀沉降而导致的承口部位裂损和漏水的概率极小。造成球墨铸铁管破损和漏水的原因主要有以下几点。

1.2.1 外力造成的破损

城市道路施工、其他部门地下管线施工时，施工机械会损坏供水管。虽然有些损伤当时没有引发漏水的问题，但随着时间的推移，它会逐渐扩大，进而出现渗漏的情况。

1.2.2 施工质量问题造成的破损

案例：某供水管道工程安装了DN400球墨铸铁管，此管路过某一建筑施工工地通道路口。为了施工方便，在路口预埋了球墨铸铁管。待全部管道安装完成进行水压实验时，压力升不起来，经过相关分析发现，预埋管漏水了。挖出该管后发现，DN400管身中段下方有1块约50 mm的硬石块，该石块有1/2已经嵌入了管壁内，这正是漏水处。究其原因，是施工仓促，下管前未认真清理沟槽槽底，回填后，在重荷载作用下，因为石块的存在而导致管道受损。

当前，在城市快速改造的环境下，不注意施工质量，管道遇到沟槽内的建筑基础或构筑物和其他硬物时，工作人员不认真处理而将就铺设的情况屡见不鲜。这样给管道运行埋下了严重的安全隐患。

1.2.3 安装橡胶圈接口时强力对口

在安装橡胶圈接口时，橡胶圈在承口内受凹槽限制不能移位，橡胶圈在插口的挤压下缓慢变形，利用其弹性密封。安装时，如果插口推入速度过快，橡胶圈则来不及完全变形就会被撕裂。另一种情况是，在安装橡胶圈时，两管轴线不在一条直线上，对口时橡胶圈端面受力不均匀，推入插口时阻力增大。此时，不论速度快与慢，都容易造成橡胶圈损伤。密封处的橡胶只要有一点相连就不会漏水，待橡胶逐渐失去弹性后裂损扩大就会导致管道漏水。

1.2.4 管道竖向变形超规范规定

在安装大口径管和回填土时，不注意控制管道的竖向变形也会导致接口漏水，严重的还会损坏管道结构。当管道竖向变形超过3%接近5%时，管内壁水泥砂浆防腐层就会出现严重的裂缝，而水通过裂隙到达管壁渗入与管壁剥离的水泥砂浆间的缝隙中，水泥砂浆就会失去防腐作用；当变形达10%时，局部水泥砂浆剥落，会损坏管体结构。当管道安装完成后，经过试压、冲洗、消毒和试运行等，管道的变形会随着管内压力的变化而变化。这样就会加剧脆性砂浆的裂损程度，进一步破坏防腐结构，给大口径管的运行埋下安全隐患。

2 铸铁管破损常用修复方法

铸铁管破损漏水的抢修方法很多，常用的有以下几种。

2.1 切除替换

切除损坏部分，用短管替换损坏部分，再用管箍连接，用石棉水泥密封接口。这种方法的优点是，切断原管后，由不均匀沉降引起的应力集中现象将不存在，新连接的管件有三四个连接处，不会产生新的应力集中点。另外，更换的管材和管件与原管是同一种材料，强度和耐腐蚀性一样，所以，能够保证管道有较长的使用寿命。这种方法安全可靠，适用于不均匀沉降严重，造成管道断裂的地段。根据几十年的观察，采用这种方法修复的管道几乎没有再损坏。随着材料的发展和变化，原有的配套材料退出市场，无处找寻。遇到这种情况时，虽然可以用钢制材料代替铸铁材料，但是，一定要做好钢管的防腐工作。

2.2 卡箍（哈夫节）

卡箍是一种取代速连管箍而使用的快速堵漏接头，因为它具有操作简单、劳动强度低、抢修时间短的特点而被广泛应用于工程中。

在使用卡箍时，应注意以下几个问题：①卡箍配用的紧固螺栓大都是钢制螺栓，将其埋入土中后，如果不采取长期、有效的防腐措施，螺栓一旦腐蚀断裂，就会引发漏水事故。此时，密封用的橡胶垫因长期挤压丧失弹性，更换螺栓也不能实现密封，只有更换密封垫或卡箍。②直径为500 mm以上的卡箍质量比较大，安装完成后，其管上部分橡胶受到的挤压压力比下部分受到的挤压压力大，再加上回填土的压力，使用一段时间后，上部橡胶就会丧失弹性。因此，在地基不均匀沉降造成承插接口漏水的地方，或相对角变位明显的管道接口处使用卡箍时要慎重。③管外径的差异、管横断面圆度差异、卡箍生产规格、密封橡胶质量和配合差异、卡箍变形较大等问题都可能引发密封不严的问题。所以，在这种情况下，不可勉强使用卡箍。④安装了卡箍后，卡箍下方的土一定要回填密实。⑤在重要路段，地面荷载大、震动大的地段，重要建筑附近，尽量不要使用卡箍。

3 大口径铸铁管抢修操作

下面，以DN2000球墨铸铁管为例，简要叙述了其抢修时的相关内容。大口径管抢修工程量大，工作难度大。当钢制管箍焊接完成后，如何确保石棉水泥接口密封的质量呢？

连接大口径钢制管箍石棉水泥接口时要注意3个问题：①确定管道的竖向变形量；②正确选用水泥；③正确操作。

3.1 确定管道竖向变形量

柔性大口径管都有竖向变形的可能，只有确定变形量，才能顺利完成抢修施工。具体做法是：待管顶土挖到一定程度后，取2根直管紧贴管外侧垂直插入土中。吊线调垂直，量取两杆之间的尺寸，确定变形量，设法调整钢箍形状。

3.2 选用水泥

在水泥的各项技术指标中，与管道抢修有关的是水泥的有效期、标号、初凝时间和终凝时间。在此，确定有效期能保正水泥的有效性，而且其存放也应符合存放条件。在标准实验条件下，使用标准方法制成的水泥试块28 d就可达到规定的抗压强度，425号相当于425 kg/cm2，42.5号是42.5 MPa。初凝时间主要是指水泥加水拌和起至水泥浆开始失去塑性所需的时间。在初凝时间内，水泥具有一定的可塑性。终凝时间是指水泥加水拌和起至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。在这个时间段内，受外力的作用，水泥开裂无法形成整体，结构遭到破坏而无法使用。

在管道抢修的实际工作中，曾使用过多种水泥，其性能和使用情况如下。

3.2.1 硅酸盐水泥

这种水泥的初凝时间不得少于45 min，终凝时间不得超过390 min。这种水泥在灰口铸铁管安装工程中使用得最多，接口安装完成24 h后即可进行水压试验。在以往的抢修工作中，也将24 h作为通水时限。

3.2.2 氯化钙

将水泥用量的2%的氯化钙作为速凝剂，用热水溶化，水量为拌和水泥的实际用水量。用氯化钙溶液拌和石棉水泥时速度要快，边拌边打，拌好的灰10 min内要用完。如果操作得当，12 h后便可恢复供水。

3.2.3 速凝水泥

速凝水泥是一种快速堵漏材料，加水和成面团状，几分钟内凝固。近些年，在抢修过的漏水管道中发现，有些接口就是使用了这种材料而出现了漏水的问题。速凝水泥凝固快，分次填入承口的水泥不能黏合在一起，有分层和间隙，使用时因为不能捻打，密实度不足。另外，水泥中没有抗拉纤维，当承口受到震动、挤压时，承口内的水泥碎裂，进而引发泄漏事故。

3.2.4 425号硫铝酸盐快硬水泥

这种水泥的初凝时间不少于15 min，终凝时间不得超过180 min。近些年，在抢修DN600—DN1000管道的过程中，使用这种水泥会出现漏水的情况。分析其原因，主要有以下几点：①工作人员不了解这种水泥的性能，不知这种水泥的初凝时间；②拌灰时间长，拌灰量大，拌好的灰放置时间长；③填麻不密实，麻没有起到止水的作用；④最里层的水泥填打不密实。

从上述分析中可以看出，在抢修过程中，选用水泥时应综合考虑管径、操作时间、操作难易程度和使用环境等多方面因素。在此，不可一味缩短停水时间，忽略所用材料的性能。如果这样做，则需要返工，反而会延长抢修时间。

3.3 抢修操作

大口径管抢修宜使用钢制管箍，水泥选用425硅酸盐水泥，操作完成后18～20 h通水。在操作过程中，应注意以下几个问题：①在调整承口间隙时，应使用较宽的鏨子，不可过度用力，防止鏨子伤到球墨铸铁管。②在填麻时，麻辫拧紧后的直径应为承口间隙的1.5～1.8倍，边填打边，根据间隙增减麻的数量。多人操作时，要互相照应，均匀地将麻填打进承口，防止结节。③在拌灰时，拌灰速度要快，边用边拌，不可一次大量拌灰，以免水泥失效。④在捻口时，第一遍灰填至承口的1/2，然后迅速捻打密实。第二遍灰再填剩余的1/2，并捻打密实。第三遍与第二遍一样，第四遍则可填满捻打，直至完成全部操作。在操作过程中，不可使用落地灰。⑤对于护口，要防止工作坑内的水浸泡接口。鉴于此，可使用硬胶泥护口，不要用落地水泥灰和泥护口，也不要使用含水量大的泥土护口。

4 结束语

综上所述，在工作过程中，只有充分了解管道损坏的原因，熟悉各种维修材料的性能，才能根据不同的环境和条件正确选用管道维护和抢修方法。