Cách lắp đặt và bảo trì ống gang dẻo?

Lập kế hoạch trước khi lắp đặt và chuẩn bị hiện trường cho ống gang dẻo

Đánh giá hiện trường, bố trí hào đào và tuân thủ tiêu chuẩn AWWA C600

Việc đánh giá hiện trường cần được thực hiện đầu tiên khi lắp đặt ống gang dẻo, đây thực sự là công việc rất quan trọng. Việc khảo sát địa chất giúp xác định loại đất đang xử lý, vị trí mực nước ngầm và xem có chướng ngại vật ẩn nào dưới lòng đất hay không. Tất cả những chi tiết này đều có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế hào đào một cách phù hợp cũng như xác định phương pháp gia cố hào ở giai đoạn sau. Khi bố trí hào đào, cần tuân thủ sát theo độ dốc đã thiết kế, đồng thời phải lưu ý các đường ống ngầm hiện hữu và các điều kiện nền đất bất lợi. Theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Nước sạch Mỹ (AWWA), chiều rộng hào đào nên bằng khoảng 1,5 lần đường kính ống cộng thêm khoảng một foot (khoảng 30 cm). Điều này đảm bảo đủ không gian để thi công mối nối, kiểm tra toàn bộ hệ thống và đầm chặt vật liệu xung quanh một cách đúng kỹ thuật. Ngày nay, các kỹ sư trắc địa sử dụng thiết bị laser để đảm bảo độ cao được đo đạc chính xác, giữ sai lệch dưới 0,5% nhằm đảm bảo nước chảy đúng hướng trong toàn bộ hệ thống. Đối với phần lớn các công trình, nền đất cần có khả năng chịu tải tối thiểu 1.500 pound trên mỗi foot vuông (tương đương khoảng 7.180 Pa). Nếu nền đất không đạt yêu cầu, đội thi công buộc phải thực hiện các biện pháp như bơm thoát nước thừa hoặc đưa vào hỗn hợp đất có chất lượng tốt hơn để ổn định khu vực.

Thiết kế lớp đệm và phân loại đất để hỗ trợ kết cấu ống gang dẻo

Cách chúng ta thiết kế lớp đệm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của các công trình theo thời gian. Khi lựa chọn vật liệu, việc phân loại đất theo Hệ thống Phân loại Đất Thống nhất (USCS) đóng vai trò rất quan trọng. Ví dụ, cát ASTM C33 cần được đầm nén ít nhất đạt 95% mật độ Proctor để phân bố tải trọng một cách hợp lý dưới đáy ống. Với các loại đất dính như đất CL hoặc CH, việc trải một lớp đá dăm dày khoảng sáu inch làm lớp nền phụ sẽ giúp ngăn ngừa hiện tượng lún không đều. Góc độ lớp đệm thực tế phụ thuộc vào loại tải trọng mà hệ thống phải chịu và điều kiện đất cụ thể tại vị trí thi công.

Yêu cầu sử dụng vải phân cách địa kỹ thuật tại các vị trí chuyển tiếp giữa các loại đất nhằm ngăn ngừa hiện tượng trộn lẫn. Việc kiểm tra độ võng cuối cùng — theo tiêu chuẩn ASTM F1216 — phải xác nhận độ biến dạng elip của ống vẫn duy trì dưới 5%.

Lắp đặt đúng cách ống gang dẻo: Nối khớp, căn chỉnh và các thực hành tốt nhất tại hiện trường

Lắp ráp khớp đẩy vào và khớp cơ khí trong các điều kiện hiện trường thay đổi

Để đạt được độ kín khít tốt tại các mối nối, điều cốt lõi là tuân thủ đúng quy trình từng bước một. Khi làm việc với các mối nối kiểu đẩy vào (push-on), trước tiên hãy làm sạch kỹ cả phần đầu nối (spigot) và phần lòng nối (bell). Chỉ bôi trơn ở vị trí quan trọng nhất — trực tiếp lên vật liệu gioăng. Đồng thời, nhớ căn chỉnh chính xác vị trí đầu nối khi đưa vào vị trí vì việc lắp lệch tâm thường dẫn đến hiện tượng gioăng bị ép lồi ra ngoài (gasket extrusion), gây rò rỉ khó chịu trong các hệ thống có áp lực. Đối với các mối nối cơ khí, các bu-lông cần được siết đều theo sơ đồ hình sao (star pattern), đồng thời duy trì đúng khe hở 0,5 inch giữa hai mặt bích như nhà sản xuất quy định. Nếu khu vực thi công có nước, cần vận hành máy bơm chìm để giữ cho hào đào luôn khô ráo trong suốt quá trình lắp đặt mối nối. Hiện tượng giãn nở nhiệt cũng trở thành vấn đề, đặc biệt đối với các đường ống lắp đặt nổi trên mặt đất nơi chênh lệch nhiệt độ vượt quá 30 độ Fahrenheit. Hãy dành thêm khoảng 0,25 inch không gian dự phòng cho mỗi 100 feet chiều dài ống. Ngoài ra, cần lưu ý kiểm soát độ lệch góc trong quá trình lắp đặt: giá trị này không được vượt quá hai độ so với trục trung tâm, nếu không sẽ phát sinh sự cố về sau.

Xác minh độ căn chỉnh và kiểm soát dung sai theo tiêu chuẩn AWWA C151/A21.51

Các công cụ khảo sát được điều hướng bằng tia laser kiểm tra độ thẳng hàng ngay sau khi mỗi mối nối được lắp ráp, đảm bảo mọi thành phần đều nằm đúng vị trí theo phương ngang và phương đứng như đã thiết kế. Ngành công nghiệp này cũng áp dụng các dung sai rất khắt khe. Đối với góc nghiêng, chúng ta cần duy trì độ lệch không quá khoảng 1,5 độ tại mỗi điểm nối. Về độ lệch song song, mức sai lệch tối đa cho phép là 1 inch trên đoạn dài 50 feet. Còn đối với độ dốc theo phương đứng, sai số phải nằm trong giới hạn ±0,1 feet so với giá trị quy định trong bản vẽ thiết kế. Độ sâu chôn lấp cũng đặc biệt quan trọng, nhất là tại những khu vực có lưu lượng giao thông đi qua. Theo quy định của Bộ Giao thông Vận tải (DOT), độ sâu chôn lấp tối thiểu phải đạt ít nhất ba feet dưới mặt đất. Ngay sau khi lớp vật liệu hoàn thiện đầu tiên dày sáu inch được đắp vào, tiến hành kiểm tra lại toàn bộ bằng các thước đo dạng trục (mandrel gauges). Nếu phát hiện bất kỳ độ cong hoặc xoắn nào vượt quá 5% kích thước thực tế của ống, phải khắc phục ngay lập tức theo tiêu chuẩn AWWA C151. Ghi chép đầy đủ tất cả các số liệu này bằng các chương trình bản đồ địa không gian (geospatial mapping), bởi vì việc lưu trữ hồ sơ đầy đủ là yếu tố then chốt nhằm tuân thủ quy định và đảm bảo cơ sở dữ liệu tốt cho công tác bảo trì trong tương lai.

Thủ tục sau khi lắp đặt: Lấp đất trở lại, thử nghiệm thủy tĩnh và khử trùng

Lấp đất trở lại có kiểm soát và đầm nén để ngăn ngừa biến dạng ống gang dẻo

Việc sắp xếp trình tự và kiểm soát các hoạt động đổ đất lấp lại (backfill) là yếu tố then chốt nhằm duy trì hình học và độ thẳng hàng đúng của đường ống trong suốt quá trình lắp đặt. Bắt đầu bằng việc đặt vật liệu hạt đã được chọn—không chứa đá, rác thải hoặc cục đất đóng băng—lên đến khoảng một nửa chiều cao của đường ống. Việc đầm nén cần được thực hiện theo từng lớp dày khoảng 15–20 cm trong khi vật liệu ở độ ẩm tối ưu, nhằm đạt ít nhất 95% mật độ tiêu chuẩn Proctor làm mốc tham chiếu. Theo hướng dẫn quy định trong tài liệu AWWA M41, độ võng của đường ống không được vượt quá 3% dưới tải trọng đất thông thường. Khi đổ đất lấp lên phía trên khu vực gọi là 'đường tâm vòm' (springline), việc gia cố tạm thời trở nên tuyệt đối bắt buộc để giữ cho đường ống luôn tròn và thẳng hàng đúng trong suốt quá trình thi công. Ở giai đoạn hoàn thiện, đất tại chỗ được đầm nén theo từng lớp dày 30 cm, đặc biệt chú trọng vào các khu vực được gọi là 'phần gối đỡ hai bên' (haunches), nhất là gần các mối nối ống nơi cần đảm bảo đầy đủ khả năng chống lực ngang. Kinh nghiệm thực tế tại các công trường cho thấy các phương pháp đầm nén kém có thể làm tăng nguy cơ võng ống lên khoảng 70%, từ đó rút ngắn tuổi thọ hữu ích của hệ thống đường ống đã lắp đặt từ 15 đến 20 năm tùy điều kiện cụ thể.

Giao thức Kiểm tra Áp suất Thủy tĩnh và Tuân thủ Khử trùng bằng Clo

Sau khi hoàn thành công việc đổ đầy đất trở lại (backfill), bước tiếp theo là thử nghiệm thủy tĩnh, quy trình này cần tuân thủ tiêu chuẩn AWWA C600. Quy tắc cơ bản ở đây khá đơn giản về mặt toán học: nhân áp suất vận hành bình thường của hệ thống với hệ số 1,5 để xác định áp suất thử nghiệm yêu cầu, sau đó duy trì áp suất này ít nhất hai giờ liên tục. Khi thiết lập các đoạn thử nghiệm, kỹ thuật viên cần cách ly chúng một cách chính xác bằng các đồng hồ đo áp suất đã được hiệu chuẩn đúng. Nếu áp suất giảm hơn 2 psi trên mỗi 100 feet ống, điều này thường cho thấy có vấn đề nào đó cần được kiểm tra thêm. Về mục đích khử trùng, phần lớn các cơ sở sử dụng nồng độ clo tự do trong khoảng từ 10 đến 50 mg/L. Để dung dịch ngâm ít nhất một ngày đầy đủ, sau đó xả rửa toàn bộ hệ thống một cách kỹ lưỡng cho đến khi nồng độ clo còn sót lại tương đương với nồng độ clo trong nguồn nước cấp địa phương. Không một hệ thống nào được đưa vào vận hành nếu chưa vượt qua các xét nghiệm vi sinh học. Dựa trên dữ liệu thực tế tại hiện trường, các hệ thống tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình nêu trên thường đạt tỷ lệ vận hành không rò rỉ khoảng 98% khi được kiểm tra sau năm năm đưa vào sử dụng. Vì vậy, việc lưu giữ hồ sơ chi tiết về tất cả kết quả thử nghiệm vẫn luôn rất quan trọng trong các đợt thanh tra quy định không thể tránh khỏi trong tương lai.

Bảo trì dài hạn và đảm bảo hiệu suất cho hệ thống ống gang dẻo

Bảo vệ chống ăn mòn: Lớp lót vữa xi măng, bảo vệ catốt và hệ thống phủ kép

Quản lý ăn mòn là yếu tố nền tảng để đạt được tuổi thọ ống gang dẻo vượt quá 70 năm. Ba chiến lược bổ trợ nhau tạo thành tiêu chuẩn ngành:

• Lớp lót vữa xi măng , được áp dụng lên bề mặt bên trong, tạo thành một lớp thụ động kiềm giúp giảm thiểu ăn mòn bên trong tới 90% trong các hệ thống cấp nước sinh hoạt
• Bảo vệ cathodic , được thực hiện thông qua các cực hy sinh hoặc hệ thống dòng điện cưỡng bức, nhằm chống lại sự suy giảm điện hóa trong các loại đất có tính ăn mòn cao
• Hệ thống phủ kép , kết hợp bao bọc polyethylene với các mối nối được bịt kín bằng epoxy, cung cấp khả năng phòng vệ mạnh mẽ trong các môi trường khắc nghiệt—bao gồm khu vực ven biển và đất giàu sulfua

Việc kiểm tra định kỳ hàng năm bao gồm lấy mẫu đo độ dày lớp lót và lập bản đồ điện trở suất đất theo tiêu chuẩn NACE SP0169 nhằm xác nhận hiệu lực liên tục của các biện pháp bảo vệ.

Giám sát trong quá trình vận hành, lắp đặt điểm lấy nước phục vụ bảo trì và các phương pháp thực hành tốt nhất để phát hiện rò rỉ

Khi các công ty cấp utilities chuyển từ việc khắc phục sự cố sau khi chúng xảy ra sang dự báo vấn đề trước khi chúng xuất hiện, toàn bộ quy trình bảo trì sẽ thay đổi. Công nghệ phát hiện rò rỉ dựa trên âm thanh, sử dụng các micro dưới nước, có khả năng xác định vị trí rò rỉ với độ chính xác khoảng một mét, nhờ đó giảm lượng nước thất thoát — vốn không được tính vào hóa đơn — khoảng 15%. Đối với các kết nối cấp nước phục vụ người dùng, đường ống cần được trang bị các phụ kiện đặc biệt đáp ứng tiêu chuẩn AWWA nhằm đảm bảo độ bền vững của đường ống chính khi lắp thêm các nhánh rẽ. Trong thời gian hệ thống tạm ngừng hoạt động để bảo trì định kỳ, các thiết bị kiểm tra từ tính thông minh (gọi là 'smart pigs') đo độ mỏng thành ống với độ chi tiết rất cao. Việc thu thập số liệu áp suất chính xác trên toàn bộ hệ thống cũng hết sức quan trọng. Khi kết hợp với hệ thống đo lưu lượng theo từng khu vực cụ thể, phần lớn sự cố có thể được phát hiện và xử lý trong vòng một ngày, giúp hệ thống vận hành ổn định bất chấp sự hao mòn tự nhiên theo thời gian.