大口径PE 螺旋波纹管在调水工程中的设计及应用

2013-08-06刘明彦

黑龙江水利科技 2013年6期

关键词：检查井排水管波纹管

刘明彦

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635)

0 前言

钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管［1］(以下简称螺旋波纹管(PE))是一种以高密度聚乙烯(PE)为基体，用表面涂敷黏接树脂的钢带成型为波形作为主要支撑结构，并与聚乙烯材料缠绕复合成整体的双壁螺旋波纹管，其典型的结构如图1 所示。

图1 管材结构示意图

螺旋波纹管(PE)很好地结合了钢、塑各自的优点，用连续钢带压成近似“W”形缠绕在内外两层热熔接的聚乙烯间，把钢材的高刚度、高强度和聚乙烯的柔韧、耐腐、耐磨等优良性结合起来，可使管材达到SN8、SN12.5、SN16 这3个级别环刚度，解决了钢材的耐腐蚀问题，突破了较大直径全塑料埋地排水管环刚度一般只能达到SN8 的限制。螺旋波纹管(PE)在达到高性能要求的同时，能够节约原材料，比同直径、同环刚度的全塑料埋地排水管可以显著地降低成本，且管材耐腐蚀性强、耐磨损、防渗漏，能防止对地下水资源的污染，有利于环境保护;因单位重量较轻，螺旋波纹管(PE)埋设时不需要大型设备，运输安装方便且进度快;较轻的重量同时也降低了对地基承载力的要求，进而降低了地基处理的成本;而热熔挤出焊接、热收缩管(带)连接、卡箍连接及电熔带连接等多种连接方式可以满足不同工程的需要，非常适用于雨水、污水、废水排放及调水补水系统等排水管道工程领域。

1 概况

1.1 工程概况

广州市海珠区调水补水工程—北山涌与大滘涌及沙涌连通工程位于广州市海珠区，是广州市“迎亚运治水”重点工程。工程起点经由景隆印刷厂、广州协力五金塑料厂南行穿过赤沙路，终点与大滘涌连通，工程建设总长度707 m，采用单根DN2400 螺旋波纹管(PE)引水、补水。设计管底高程－ 2.000～－2.139 m，设计坡度0.2‰，管顶平均覆土厚度1.2 m，管线两侧回填中粗砂，相对密实度≥95%，管基采用400 mm厚碎石砂垫层;为保证管线连接、排沙和检修等需要，在管道交汇、转弯处和直线管段上每隔一定距离处设置钢筋混凝土矩形检查井，最大间距50 m，井盖设直径800 mm进入检查孔。井基下铺设100 mm厚混凝土垫层、500 mm厚碎石砂垫层并采用6 m松木桩进行处理。为满足管道进、出口防冲、消能和水流平顺衔接的需要，在进、出水口分别设置沉沙池，为避免杂物进入管道进而导致管道堵塞，在进出口挡土墙上设拦污栅。该工程的任务是通过连接断头河涌，将涌内死水变为活水，实现河涌的单向流动，从而大大改善河涌的水质，初步消除河涌的黑臭现象，逐步提高河涌的水体自净能力，维持河涌的健康生命，维护城市区域生态环境和水体景观。

1.2 地质条件

广州市海珠区属珠江三角洲冲积平原地貌单元，区内河网密集，地势较为平坦，地势较低。本工程敷设的管线管底距地面3.6～5.0 m，其管底地基为软塑状态且有高压缩性的淤泥、淤泥质土层。该土层的孔隙比比较大、压缩性高、地基承载力基本容许值低，地质条件较差，须对管道底部浅层地基土进行处理。

2 设计要点

2.1 设计断面比选

本工程位于广州市海珠区赤沙街，工程区内房屋密集，有景隆印刷厂、广州协力五金塑料厂、新广昌汽车维修部等。开敞式渠道断面因需大面积开挖，占用土地较多，对本工程现状来说，已不适宜;地面下埋设箱涵或管道断面均适用本工程，其开挖占地少，工程建成后，箱涵或管道上还可复建建筑物或道路。二者中路下埋设管道对比建造箱涵方案，有开挖占地少，施工速度快，对地基承载力要求低，糟率小，单位面积过流能力大，单米造价低等特点。故经综合比选，本工程采用路下埋管断面方案。

2.2 管材比选

目前国内使用较为广泛的排水管材有螺旋波纹管(PE)、不锈钢管、硬聚氯乙烯加筋管(UPVC)、玻璃钢夹砂管(RPM)、钢筋混凝土管(PCP)等，以下对常用的排水管材进行技术经济比较如下:

表1 工程排水常用管材性能比较表

综合上述比较，各类管材都具有一定的优缺点，但螺旋波纹管(PE)由于施工便捷，具有内壁光滑、水头损失小，耐腐蚀性好的优点，尤其在本工程工期紧、施工条件差的情况下，其重量轻、连接方便、施工速度快的优势更加明显。故本工程管材选用螺旋波纹管(PE)。

2.3 螺旋波纹管(PE)的性能与特点

螺旋波纹管(PE)具有独特的结构、性能和特点，其主要优势是:耐化学腐蚀强;耐压、耐冲击性强;耐老化;重量轻、搬运、施工、安装方便;连接方便;耐磨性能优越;排水流通性优越;施工、管理、维修费用低;管材对环境影响小;管道系统稳定性好;足够安全可靠的环刚度及相对较高的刚度重量比;具有较高的综合性价比。

2.4 管道设计参数的选取

对于螺旋波纹管(PE)的使用，必须严格要求其设计参数，其中最重要的设计参数为环刚度和允许变形率。根据工程特点，通过计算以及与相关厂家管材特点的结合，确定位于机动车道下波纹管的管径为2.4 m，管材环刚度≥12.5 kN/m2，管道直径允许变形率≤3.0%。同时还规定了其他性能指标，如:冲击性能(TIR)≤10%;剥离强度(20℃±5℃)≥70 N/cm;环柔性试样圆滑，无分层，无破裂，加强筋与基体无脱开，管材壁结构的任何方向不发生永久性的屈曲变形;烘箱试验中管材熔缝处无分层，无开裂;蠕变比率≤2;熔缝和焊缝的拉伸强度≥1 460 N。

2.5 基础设计及管道的回填要求

螺旋波纹管(PE)属柔性管材，应采用土弧基础。对于软土地基，必须先对地基进行加固处理，在达到规定的地基承载力要求后，再铺设400 mm中粗砂基础，基础密实度应达到85%以上。对于土弧基础支承角范围内的腋角部位，必须采用中粗砂或砂砾回填密实，其密实度应达到95%。

因设计排水管线为柔性管材，所以在施工回填中应注意管底基础至管顶以上0.6 m范围内，必须采用人工回填，严禁用机械推土回填;同时从管线、检查井等构筑物两侧同时对称回填，确保管线与构筑物不产生位移。沟槽回填料的密实度要求见表2。

表2 沟槽回填料的密实度要求

2.6 管道连接

螺旋波纹管(PE)的管端口面形式通常分为螺旋形和垂直轴线的平面形两种，相应管材的连接方式、方法应根据其端口面形式分别确定。目前，国内生产的主要为螺旋形端口。在设计中，一般多采用两种或多种方法的组合连接，以保证连接的安全可靠，特别是在重要的工程或大口径管道连接时。本工程采用单根DN2400 螺旋波纹管(PE)引水、补水，其管端口面形式为螺旋形，采用内热熔挤出焊接+热收缩带连接的组合方式。