玻璃钢夹砂管在长距离输水工程中的应用体会

韩 军

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 工程概况

坪上应急引水工程位于忻州市境内，主要任务是提供城镇生活和工业用水，近期年设计引水量3 500万m3。

工程分为水源工程和供水工程两大部分，其中水源工程主要包括水源地取水建筑物、引水管道、加压泵站、引水隧洞等；供水工程主要包括供水管道、加压泵站、调压池以及各供水点调节池等。线路总长123 km。

2 压力供水管道工作特点

（1）本工程主要任务是向忻府区、定襄县、原平市供水，压力供水管道总长1 14.3 km，属长距离输水管道，管材为玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）和钢管，其中玻璃钢夹砂管（以下简称玻璃钢管）长度为93.63 km，占总长的82%。

（2）供水管道沿线地质地形情况复杂，整个管线由水源地取水后，经山区峡谷区穿出后，进入忻定盆地和原平盆地。穿越滹沱河等河道、铁路、公路，大型渠道，电缆光缆等共100余处。管道基础持力层地质条件几乎囊括了北方可遇到的不良地基，分别有饱和黏土（俗称橡皮土）地基、级配不良砂（俗称流沙）地基、湿陷性黄土地基、饱和淤积低液限黏土（俗称淤泥）地基等，管道基础处理难度很大。

（3）供水管道沿线地下水位普遍较高，80%以上的地段需要进行施工排水。

（4）压力供水管道输送流量大，管径也比较大。供水干管管径1.8 m，忻府支线和原平支线管径1.4 m。

3 玻璃钢管的特点

玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管（FRPM）俗称玻璃钢管。内壁粗糙系数设计时现一般取η=0.009，管道承水压能力一般在1.6 MPa以下，管径在DN300～DN3 000 mm之间。玻璃钢管有以下特点：1）玻璃钢管重量轻，耐腐蚀，管道寿命不小于50年；2）管道不结垢，糙率小，输送流体的压力损失小，同等管径情况下可提高输送能力20%以上；3）管道压力等级和刚度等级可设计性强，4）管道连接可采用承插式或法兰式，现场安装很方便；5）玻璃钢管由于管壁较薄，对基础与回填要求较高。

4 玻璃钢管在设计中遇到的问题和经验

在山西省坪上应急引水工程中，针对本工程的具体情况并结合玻璃钢管的特点，在压力管道工程中大量选用了玻璃钢管。当时，在山西省内使用如此大管径（最大1.8 m）的玻璃钢管工程很少，省内积累的设计和施工经验都比较少，设计和施工过程中遇到一些实际问题，总结了一些经验，下面就此做一些简单介绍。

1）沟槽基坑排水设计

根据管道沿线不同地段的地质条件和水力学特性，在沟槽开挖前和开挖过程中，分别采用井点降水、井管降水、明沟排水或组合方式进行管沟范围内的降水、排水，有效地控制了施工范围内的地下水位，为管道的顺利安装创造了有利条件。

2）管道基础处理

针对前述遇到的各种不良地质条件，在工程设计和施工中有针对性地进行了地基处理：对于湿陷性黄土地基，一般采用增设三七灰土垫层处理。对于含有饱和水的橡皮土、淤泥和流沙地基处理，一般通常的处理措施是下部干插片石，然后再铺设碎石，上部设置砂垫层。在施工初期，管道基础采用上述处理措施后，效果不好，施工人员在管基上站立都十分困难。在这种情况下，查阅了大量的软基处理的文献，同时也在施工现场进行试验，最终采取的措施：换填50 cm厚碎石垫层，碎石粒径不大于20 mm，石渣及石粉含量不得大于10%，碎石垫层相对密实度不小于0.67；然后铺设150 mm厚粗砂垫层，垫层要求一次铺设完毕，均匀铺摊整平，相对密实度不小于0.65。

3）玻璃钢管管沟的回填

玻璃钢管管沟的的回填与其它类型的管道相比，不同之处主要是与玻璃钢管本身的特点有关。玻璃钢管管壁较薄，自重轻，自身刚度较低，承受外载能力也相对较弱，对基础与回填要求较高。

针对玻璃钢管管壁较薄，自重轻的特点，应着重注意高地下水位的地段，管沟开挖工序完成后，在管道的安装及回填过程中，仍应采取有效的降水措施，将地下水位降至基础面0.5 m以下，便于管道安装和回填施工。尤其是在雨季施工时，由于管道是空管，抗浮能力很差，在没有将管沟回填前，应继续做好管沟的积水排出工作，以免发生浮管事故。

针对玻璃钢管自身刚度较低，承受外载能力也相对较弱的特点，应做好管沟回填的设计。为了加强回填材料对玻璃钢管的支撑作用，并考虑尽可能地降低投资的因素，设计中对管沟的回填区域进行划分（如图1所示），对每个分区从材料和压实两个方面提出具体的要求，简述如下：

图1 管沟回填分区示意图

（1）管区回填前，管底两侧120°支撑角范围内三角区必须先采用木棒或木槌进行人工填塞密实。

（2）管区回填：管区Ⅰ对称分层回填，且不得使管道位移和损伤，严禁单侧回填；管区每层回填土的铺填厚度为200 mm。管区内回填料夯实应采用轻型夯实设备压实，管道两侧压实面的最大高差不得超过20 cm；管区夯实应从沟槽壁两侧同时开始，逐渐向管道靠近，严禁单侧夯实；管区Ⅰ回填料压实系数不得小于0.95（土料）、相对密实度不得小于0.67（碎石、砂）；管区Ⅱ回填土料压实系数不得小于0.90、相对密实度不得小于0.65（砂）。

（3）非管区回填：管道穿越绿地或农田地段，地表以下80 cm范围内回填耕植土，耕植土应简易夯填并整平；地表以下80 cm至管区Ⅱ顶部范围内回填料压实系数不得小于0.85。管道穿越公路（包括乡村简易公路）地段，地表以下至管区Ⅱ顶部范围内回填料压实系数不得小于0.90。管道穿越其余地段，地表以下至管区Ⅱ顶部范围内回填料压实系数不得小于0.85。

4）玻璃钢管与其他管道的连接

玻璃钢管自身或与其他管道的连接方式主要有两种，一是承插连接，二是法兰连接。这两种连接方式都比较简便，承插连接相对于法兰连接，管道接口处允许有一定的借转角，可适应一定的基础不均匀沉降所引起的变形。

5）玻璃钢管与管线附属建筑之间的连接

玻璃钢管基础和管线附属建筑基础在设计时，都要求进行处理，由于两者基础之上的荷载不同，还是会带来一定的不均匀沉降，导致管道基础与建筑物基础的变形量不一致。附属建筑物与两侧管道的连接设计时，在建筑物两侧增加钢制短管与两侧玻璃钢管承插连接，短管与阀井中的钢管焊接。通过承插口处允许的借转角来适应两种基础间的不均匀变形量，效果很好。

6）排水阀井的结构优化

在管线工程中一般均需设置排水阀，以便检修管道时放空管内的水体。一般排水阀井均设置在管道的一侧，由管道底部接出排水管，然后与排水阀井内的管道承插或者法兰连接。工程在试运行过程中，排水阀井多处漏水，经认真分析，一致认为原因为：由于管道和阀井的基础沉降不一致，经常导致两者的连接处遭到破坏，从而引起大量的漏水。根据这种实际情况，我们对排水阀井的结构进行了调整，将玻璃钢管、排水管和排水阀均放置于井内，共用一块底板，从而解决了不均匀沉降的问题，目前排水阀井工作正常，保证了工程的安全运行。

5 结语

随着国内水利基础设施的建设步伐加快，长距离输水管道工程的兴建也呈上升趋势，而玻璃钢管作为一种重要的输水管材在长距离输水工程的运用也越来越多。玻璃钢管道基础处理、管沟回填、管道连接方式以及管道与建筑物的连接，对降低工程投资、保证工程的安全运行具有十分重大的现实意义。山西省坪上应急引水工程管线长，沿线地质地形条件复杂，工程自2012年顺利通过验收已安全运行2年。希望通过以此工程为例进行的经验介绍，能对今后在设计或施工过程中起到一定的借鉴作用。