新型塑料管道在市政排水工程中的分析与应用

【前言】新型塑料管道在市政排水工程中的分析与应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。2市政埋地塑料排水管道主要性能特点分析 现在，新型塑料排水管材在我国已得到普遍应用，但它的作用机理和传统的刚性管完全不同，理想的埋地管材应具有以下特点： 1）良好的浇筑成模能力，可按需要的管径制成所需的形状； 2）内壁光滑，水力特性好，能在相同的断面下提...

摘要：本文结合笔者多年市政给排水工程实践，首先介绍了埋地塑料排水管道的特点和优势，在此基础上，对市政工程采用市政埋地塑料排水管道设计验算与施工技术要点进行了详细阐述，并举实例进行了说明和总结。

关键词：市政工程；新型塑料排水管；埋地；管道施工；刚度；变形

1引言

市政埋地新型塑料排水管材包括硬聚氯乙烯(PVC―U)管材、增强聚丙烯(ERPP)管材、高密度聚乙烯(HDPE)管材等，这些管材具有重量轻、耐腐蚀、耐压强度高、管内壁水力阻力系数小、管道水密性和抗不均匀沉降性好、施工安装方便以及使用寿命长等优点，因而在市政排水工程中已得到了较为广泛的应用。

虽然埋地塑料排水管道具有诸多优势，但塑料排水管作为柔性管材，其缺陷也比较明显，如刚度差，具脆性、抗浮能力差等等。由于现阶段应用市政埋地新型塑料排水管材的工程愈来愈多，因此，对市政新型塑料排水管道施工技术进行分析探讨具有良好的理论与现实意义。

2市政埋地塑料排水管道主要性能特点分析

现在，新型塑料排水管材在我国已得到普遍应用，但它的作用机理和传统的刚性管完全不同，理想的埋地管材应具有以下特点：

1）良好的浇筑成模能力，可按需要的管径制成所需的形状；

2）内壁光滑，水力特性好，能在相同的断面下提供大的流速和过水能力；

3）自重轻，便于运输和安装；

4）纵向刚度能满足形成设计坡度的要求，但又要有一定的柔度，以适应平面曲线的要求；

塑料管大多采用硬聚氯乙烯（UPVC）和高密度聚乙烯（HDPE）制成，UPVC和HDPE材料特性如表1．

表1 塑料排水管材料物理及力学性质表

由上表1可知，塑料管材与传统的砼管、铸铁管等相比，具有重量轻、运输方便、过水能力大、耐腐蚀、使用寿命长等优点。埋地塑料管单价虽然比砼管高，但施工方便，省去了打通基砼、养生等工序，可提高工作效率，缩短工期，节约施工费用，因此值得推广应用。

3塑料排水管道结构设计验算要点

由于塑料管道的壁厚很小，所以其结构刚度与管周土体刚度的比值

3．1 塑料排水管道的竖向变形计算

3．1 ．1荷载取值

作用在管道上的荷载有管道上的竖向土压力、地面上的车辆荷载(按《城市桥梁设计荷载标准》取值，准永久系数取0．50、地面上的堆载(取10kN／m，准永久系数取0．50)。设计时取车辆荷载或地面堆载的大值。

3．1．2管侧回填土的综合变形模量

埋地塑料排水管道主要为变形控制，所以在此只介绍按管道变形选用管道，荷载效应按准永久组合作用计算。土的变形模量En与土的压缩模量Es的关系式如下：

(1)

根据资料查得土的泊松比及计算所得值见表1。

表1土的泊松比及En/Ea值

例如当管道外径D1=1000mm、管中心处槽宽Br=1700mm、回填土为粗砂、回填土压实系数为0．94、场地原状土为粘土（可塑状态）、压缩模量Es=5MPa时，查规范中的表A．0.2-1得Ee =4.6MPa，g=0.623×5=3.115MPa。查规范中的表A．0.2-2得al=0.325，a2=0.675，经计算，=0.757，Ed=3.48MPa。

根据《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77―98）选择不同的轮压组合，并计算出不同覆土厚度下的地面车辆轮压传递到管顶处的最大竖向压力标准值，结果见表2。

表2汽车荷载作用下管顶处的最大坚向压力值

3．2埋地塑料管道受力分析

由于埋地塑料柔性管道的结构受力系统是由管道和管道周围的土体共同组成，所以应严格控制沟槽回填土的材料和压实系数，尤其是管体附近一定范围内土体的刚度对管道的影响更大。在设计说明中应着重强调对沟槽槽底、垫层、回填材料、压实方法及压实系数的要求，以确保施工质量。

柔性管道的受力特点是变形性能好，通过垂直方向和水平方向的变形可以使管侧土压力增加（由主动土压变为被动土压），以致管体周围形成拱，从而起到了减小压力的作用，其受力图见图1。

图1管道受力状态图

根据国家标准，一般塑料管材的外荷载试验是在管道直径的垂直方向上施加荷载，测量并记录管道垂直方向的直径变形值，一般以管道外径的变形量为原内径的5％所受的负荷换算管材的环刚度，其公式为：

S=0.01985×（4）

式中：――试样所受的线负荷；

Y――管道垂直方向直径的变形值。

由大量工程实践可知，热塑性塑料管道的弯曲强度的试验是通过实验机使试样弯曲，大多数热塑性塑料在试验中不断裂，测定不出真正的弯曲强度，而是把试样垂直变形到一定数值时所需要的应力的大小定为弯曲强度，所以在热塑性塑料排水管道设计与施工中以控制变形为主，满足变形的要求也就满足了弯曲强度的要求。由于各种管材的特性差别很大，直径范围也不同，所以选用时应符合各自的行业标准，如硬聚氯乙烯排水管道应符合《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》(CECS122：2001)。

4市政埋地新型塑料排水管施工技术

以市政排水工程常用的HDPE双壁波纹排水管为例，其主要施工工艺如下：

4．1施工流程

管沟开挖处理管道基础管道安装与连接管道与检查井连接检查井砌筑闭水试验回填。

4.2沟槽开挖与基础处理

管槽开挖开挖深度在2.5m左右，管槽深度相对较浅，因此在基础坑开挖时，根据工程实际地质条件采用垂直开挖或稍微放坡开挖，挖掘机沿管道走向开行的挖土方式，自卸车等运泥工具停在挖掘机身侧面的现有空地面上，与挖掘机开行路线平行。以减少挖掘机的旋转角度，从而提高挖掘机的工作效率，其沟槽开挖宽度见下表3。

表3沟槽开挖宽度表

当地下水位较高或雨季施工时，要求采取排水措施，保证水位低于工作面2.m，防止沟槽内长时间积水，造成浮管现象。此外考虑到基槽暴露时间过长会引起基槽变形，应尽可能减少晾槽时间（不超过2～3h）。施工时应掌握天气变化，严禁基槽泡水；当遇到沟槽底部为岩石基础时，要求增加开挖深度30cm；当遇到软弱基础或有其它埋置物时，会同有关部门研究后处理 。

4.3管道安装

安装工艺流程：下管清理管口清理胶圈、上胶圈安装机具设备在承口外表面和胶圈上刷剂顶推管子使之插入承口检查接口试压。

4.3.1清理管口

将承口内的所有杂物予以清除，并擦洗干净，因为任何附着物都可能造成接口漏水。清理胶圈、上胶圈。将胶圈上的粘接物清擦干净，把橡胶圈应均匀、平整的套在插口槽内，不得扭曲和断裂。并用手沿整个胶圈按压一遍，确保胶圈各个部分不翘不扭，均匀一致地卡在槽内。

4.3.2安装顶进工具

如果采用拉力工具进行管道安装时，将准备好的工具安装到位准备顶推。连接前再检查一遍承口和插口，在承口上安装打压嘴。在承口外表南和胶圈上刷剂。将剂均匀地刷在承口内表面，在两个“O”型橡胶圈表面上刷剂，也可用肥皂水替代剂。

4.3.3顶推管道使之插入承口

1)连接时一般应逆水流方向连接，连接前在基础上对应承插口的位置要挖一个凹槽，承插安装后，用砂子填实。对于大口径管，其插口端的管子要用吊力将其轻离地面，以减少管子与土面的摩擦、减少安装力。安装力的方式：手搬葫芦、手拉葫芦或挖掘机。在使用挖掘机作为顶进设备时，一定不要采用起臂的方法进行安装，而应采用转动挖掘机头的方法缓慢安装。

2)连接时应逆水流方向连接，连接前在基础上对应承插口的位置要挖一个凹槽，承插安装后，用砂子填实。

3)检查。检查插口推入承口的位置是否符合要求，用挖尺伸入承插口间隙中检查胶圈位置是否正确。

4）接口试压：安装完毕的每一道承插口之间均设置了试压孔，其橡胶密封圈的设置的优良特性，使得每一节管道在安装之后均可以检验承插安装之后的质量，以确保整个管道安装完毕之后的气密性。试压要求为：每一道承插接口，均应以3分钟的时间保压，以确认不泄漏。承口与插口的借转角，均需以每道承口与插口之间的打压无泄漏为原则。

4.4管道与井接触处的地基处理

管道从管沟伸入检查井，由于管道受到不同强度的支撑；从软到硬，所以需要设置过渡区，保证管道得到均匀的支撑，防止剪切或集中荷载的发生。为达到这种效果，将采取如下措施：沿铺设方向，挖掉相当于3倍管径的土，也按一定的坡度挖除，然后将挖除部分换置为碎石砂垫层，并夯实，具体做法如下图2。

图2 管道和检查井连接施工示意图

4.5管道与检查井的连接

HDPE管道进入检查井时，和砂浆的结合段，不能带钢带，此时能充分利用管壁带有T形肋，当和水泥浆结合时，T形肋将藏在水泥砂浆中，大大提高了水密性能。在管材与井壁相接的外表面预先用聚氯乙烯粘接剂、粗砂做成中介层，然后用水泥砂浆砌入检查井的井壁内。

检查井底板基底砂石垫层，应与管道基础平缓顺接。管道位于软土地基时，检查井与管道的连接，先采用长0.5～0.8m的短管与检查井连接，后面接一根或多根（根据地质条件）长度不大于2.0m的短管，然后再与上下游标准管段连接。

4.6砌检查井

挖沟槽时，可使检查井中心桩依井基圆圈尺寸挖好井基，待高程无误后再与条基同时浇注，经保养达到一定的强度后即可下管，并预留井筒位置。不同管径的管底高程与井底高程的连接要一致。管材放稳后，调节直管线管口，待高程正确后即可砌井。砌井时，既要使砂浆饱满、流槽通顺，也要使井壁尺寸符合要求。

管材与井筒砌筑完毕后，应立即埋入闭水试验的弯管接头。为了闭水试验时弯管接水管的牢固，应及早做好弯管接头为宜。管底高程、井底高程和井盖高程必须完全符合图纸设计的要求，避免通水查验时出现积水、漏水甚至倒流水现象。

4.7管道闭水试验

管道回填土前应采用闭水法进行严密性试验排水管道作闭水试验，宜从上游往下游分段进行，上游段试验完毕，可往下游段倒水，以节约用水。

由于混凝土或砂浆本身有吸水作用，因此在灌满水后不应立即作渗水量记录，而应在管道灌满水后至少相隔24h，使混凝土或砂浆本身含水饱和后再开始作渗水量记录。根据井内水平的下降值计算渗水量，渗水量不超过规定的允许值即为合格。排水管道闭水试验允许偏差及检验方法见表4。

表4 闭水试验允许偏差

4.8沟槽回填

回填工作必须在隐蔽工作验收合格后进行，胸腔部分还土时，必须在两侧同时对称回填，如使用机械回填，则胸腔部分、管顶以上0.5m处及检查井周围应先用人工回填好后，方可用机械进行大面积回填。靠近建筑物旁及排水管顶面需铺设路面的淘槽，在回填土时必须分层压实，不得回填淤泥、腐殖土及冻土, 沟槽回填土的密实度要求见表5。管道顶面需铺设路面者回填压实度达90%以上，建筑物旁沟槽回填压实度达83%以上。

表5 沟槽回填土的密实度要求

5工程应用实例

工程项目一：湖南永州一城市道路市政排水工程，该工程主要排水管管材采用UPVC双壁波纹管，管径为DN400，DN600，刚度为36～38Kn/m2，管道埋深约为H=2.35～2.80m；排水管坑设计要求回填石屑至路基底，并用水冲实。新建检查井采用D1.2m马路甲式（配混凝土环铁盖、锁井）。

采用上述方法进行管材各项性能极限的验算，并在施工中严格控制回填土的种类和压实度，实测管道径向变形均在控制范围之内，此工程建成并投入使用3年多，目前运营状况良好。

工程项目二：湖南永州市河东纳污干管工程，一期工程长约5.2km，南北走向，道路设计红线宽为100m，道路东侧沿线设污水主管道一道，污水管管径为1600mm，埋深为3．5～6．0m。管道施工采用高密度聚乙烯HDPE缠绕管。

根据工程地质报告，本工程地下水位一般在地面下1．2O～2．5Om。土层自上而下分为四层，污水管主要敷设在第三层，该层土渗透性差，压缩性高，强度低，，扰动后承载力会有所下降。根据勘探报告，部分地基采用砂石换填进行处理，此工程现已投入使用。

6结论及建议

综上所述，笔者针对这几年在市政排水工程实践，总结出以下几点体会：

1)对所选用的塑料排水管产品，应认真详阅该产品的技术参数，如遇软土地基且管道埋深较大时，应对选用管道的管道强度以及变形率重新校核计算。

2)实际工程中，对埋设在地表水或地下水位以下的浅埋塑料排水管道，还应对管道进行抗浮稳定计算。

3)对处于软土地基的管段，应对地基进行加固处理，施工单位应在地基处理达到规定地基承载能力后，再按要求铺设基础垫层，且垫层密实度也应达到85％--95％；同时，还要对管道与检查井采取多节短管过渡法连接，以防止接口处因沉降产生的渗漏。

4)施工单位应严格按照设计单位对回填的材料及回填密实度要求进行沟槽回填；当设计无规定时，可按现行的CECS164：2004埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程的规定执行。

5)在进行管道的严密性检验时，建议参考每毫米管径计算每千米管道24h的渗水量应不超过46L的标准。

参考文献：

[1]GB50332--2002，给水排水工程管道结构设计规范[S]．

[2]CECS164：2004埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程[S]。

[3]CECS122：2001，埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程[S]．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。