浅谈大管径玻璃钢管道首次在石家庄市市政工程中的应用

2017-04-24

四川水泥 2017年4期

（石家庄市城市水系管理处河北石家庄 050021）

王千杨胜

（石家庄市城市水系管理处河北石家庄 050021）

该论文通过“石家庄市民心河二期工程”的工程建设实例，初步论述了管径3.2米的玻璃钢管道在石家庄市市政工程中的首次应用。玻璃钢管道不仅有轻质高强、安装方便、使用寿命长、重量轻、强度高等特点，还大大降低施工难度，提高了工效，因此给市政管网建设提供了一个范例。

市政工程；民心河；玻璃钢管道；应用

一、民心河二期工程概况

石家庄市作为河北省的政治、经济、文化中心，产业和人口高度聚集，各种经济、社会活动频繁，城市的生态环境建设在维护整个生态平衡中具有特殊的地位和作用,城市的生态环境质量直接影响着城市的可持续发展、社会进步和现代化建设。

已建成的民心河一期为一条美化城市的景观河道，具有排水、泄洪、输水、蓄水、旅游娱乐、美化环境、调节气候等多种功能，为改善城区的水环境做出了巨大贡献。近年来石家庄市城区南部的城市化进程不断加快，客运铁路入地、新火车站正在建设中，规划的南部大学城已有河北科技大学，河北师范大学落户建成。但市区南部的桥西、南栗明渠仍为雨污合流渠道，污水排放不仅严重污染空气环境、同时也污染地下水，不但严重影响两岸居民生活质量，而且省会形象也因此而大为逊色，给沿途的环境尤其是新火车站区域及南部大学城造成了严重的污染，市区南部的生态环境质量急需改变。另外，桥西明渠南段不通，明渠断面过小，直接影响市区部分管网排水，造成桥西区域多处地段积水严重。尤其是南栗明渠,一遇降雨，大量垃圾、杂物随水而下，严重影响下游的总退水渠及污水管道的安全运行。为此截流污水，改造桥西明渠与南栗明渠，建设自然生态、景色宜人的景观河道是顺应民心、改变我市南部城区脏乱差面貌的一项极其重要的生态环境建设工程。

民心河二期工程从1999年开始筹划，2000年完成《项目建议书》、《可行性研究报告》、《环境评估报告》和《初步设计》，由省计委【2000】 286号和市计委【2003】572号文件批复实施。工程主要包括新建、改建桥西明渠和南栗明渠9.27公里，新建污水管网8.7公里，雨水管网9.16公里，绿化面积62.11万平方米，工程总投资6.3亿元，用地81.53公顷。

二、玻璃钢管道在桥西明渠中的应用

桥西明渠始建于1957年，西起中华南大街，东至京广铁路西侧再折向南，在南二环路北侧向东经铁路编组场涵洞入南栗明渠，全长2.39公里。最大过流能力为16.5m3/s，担负着京广铁路以西，五支渠以东主城区的排水任务。1999年中华大街—京广铁路775米梯形土渠纳入“民心河”工程，已改造为底宽6米，上口20米宽的蓄水明渠，京广铁路转弯处（新石北路）设置了5×3.5米节制闸，汛期提闸泄洪，非汛期落闸蓄水。闸下游到南二环1.615公里土渠，底宽4—6米，上口宽15米，沿岸建筑垃圾、工业和生活废弃物，已严重阻碍了渠道的行洪能力，同时也严重影响了城市景观。

根据《石家庄市排水规划》，桥西明渠收水面积为23.44平方公里，排水流量为49.55 m3/s,现状编组站涵洞过水能力不能满足排水需求。《石家庄市防洪规划》将桥西明渠排水出路分为两个，一是在南二环路北侧利用原有涵洞向南栗明渠分流15 m3/s，最终排入总退水渠。二是将桥西明渠眼延长，穿过南二环，沿铁路编组站场西侧南延，分流34.55 m3/s流量，排入五支渠。

即将建成的桥西明渠长3372米，建设内容包括：新建明渠373米、暗涵1860米、直径3.2m玻璃钢管道430米（两根）,、隧道855米，污水管道320米。

此次新建的两趟大管径雨水管道，位于京广铁路线西，南二环路以南，穿越铁路宿舍。单根长430米，管径3.2米，管道介质为雨水，流量35m /s；玻璃钢管道在我市雨污水工程中应用广泛，但管径3.2米且在我市应用尚属首次。

三、玻璃钢管道的特点

玻璃钢管也称玻璃纤维缠绕夹砂管（RPM管）。主要以玻璃纤维及其制品为增强材料，以高分子成分的不饱和聚脂树脂、环氧树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料作为主要原料。管的标准有效长度为6m和12m，其制作方法有定长缠绕工艺、离心浇铸工艺以及连续缠绕工艺三种。可根据产品的工艺方法、压力等级PN和刚度等级SN进行分级分类。本工程使用的管道采用连续缠绕工艺。

玻璃钢缠绕管道是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道。它是具有树脂基体重的玻璃纤维按工艺要求逐层缠绕在旋转的芯模上，并在纤维之间远距离均匀地铺上石英砂作为夹砂层。其管壁结构合理先进，能充分发挥材料的作用，在满足使用强度的前题下，提高了钢度，保证了产品的稳定性和可靠性，使用寿命长达50年以上。其管道特点：

1、纤维缠绕玻璃钢管道结构上分内衬层、结构层及外保护层三部分。其中，内衬层树脂含量高，一般在70%以上，其内表面富树脂层树脂含量高达95%左右。通过对内衬所用树脂的选择，可使玻璃钢管道在输送液体时具有不同的耐腐蚀性能，从而满足不同的工作需要；对需外防腐的场合，只需对外保护层树脂进行认真选择，便也可达到不同外防腐的使用目的。

根据不同的腐蚀环境，可选用不同的防腐树脂，主要包括：间苯型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、双酚A树脂、环氧树脂及呋喃树脂等，根据具体情况分别选用：对酸性环境，选用双酚A树脂、呋喃树脂等；对碱性环境，选用乙烯基树脂、环氧树脂或呋喃树脂等；对溶剂型使用环境，选用呋喃等树脂；当酸、盐、溶剂等腐蚀不是十分严重时，则可选用价格较为低廉的间苯型树脂〔2〕。通过对内衬层不同树脂的选择，便可使玻璃钢管道广泛用于酸、碱、盐、溶剂等工作环境中，表现出良好的耐腐蚀性能。

2、抗老化性能和耐热性能好。玻璃钢管可在-40℃～70℃温度范围内长期使用，采用特殊配方的耐高温树脂还可在200℃以上温度正常工作。长期用于露天使用的管道，其外表面添加有紫外线吸收剂，来消除紫外线对管道的辐射，延缓玻璃钢管道的老化。

3、抗冻性能好。在零下20℃以下，管内结冰后不会发生冻裂。

4、重量轻、强度高、运输方便。玻璃钢管道比重约为1.6左右，仅是钢管或铸铁管的1/4～1/5，实际应用表明，在承受同样内压的前提下，同口径、同长度的玻璃钢管道，其重量约为钢管的30%左右。正因如此，玻璃钢管道在运输时可套装运输，节省油耗及其它费用；安装时，对中小口径的玻璃钢管道一般不需用重型机械，有的甚至可通过人工搬运，提高了安装速度。

5、水力条件好。内壁光滑、输送能力强，不结垢、不生锈、水阻小。

缠绕玻璃钢管道内表面光滑，内壁绝对粗糙度仅为0.01 mm，远小于钢管及铸铁管的内壁粗糙度见表1，属水力学光滑管。

表1 不同管材内壁绝对粗糙度

6、可设计性好。玻璃钢管可根据用户的各种特定要求，诸如不同的流量，不同的压力，不同的埋深和载荷情况，设计制造成不同压力等级和刚度等级的管道。

7、维护成本低。玻璃钢管由于上述的耐腐，耐磨和抗冻和抗污等性能，因此工程不需要进行防锈，防污，绝缘，保温等措施和检修。对地埋管无需作阴极保护，可节约工程维护费用达70%以上。

8、耐磨性好。把含有大量泥浆，沙石的水，装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经300万次旋转后，检测管内壁的磨损深度如下：用焦油和瓷釉涂层的钢管为0.53mm，用环氧树脂和焦油涂层的钢管为0.52mm，经表面硬化处理的钢管为玻璃钢管为0.21mm。由此玻璃钢耐磨性能好。

9、电热绝缘性好。玻璃钢是非导体，管道的电绝缘性特优，绝缘电阻在1012-1015Ω.cm，最适应使用于输电，电信线路密集区和多雷区玻璃钢的传热系数很小，只有0.23，是钢的千分之五，管道的保温性能优异。

10、摩擦阻力小输送能力高。玻璃钢管内壁非常光滑，糙率和摩阻力很小。糙率系数为0.0084而混凝土管的n值为0.014，铸铁管为0。013，因此，玻璃钢管能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力。因此，可带来显著的经济效益：在输送能力相同时，工程可选用内径较小的玻璃钢管道，从而降低一次性的工程投入；采用同等内径的管道，玻璃钢管道可比其他材质管道减少压头损失，节省泵送费用。

四、本工程施工技术条件

由于本次施工的范围在人口比较密集的小区内，紧邻居民楼，施工场地狭窄，增加了施工的难度。因此采用管径3.2m的玻璃钢管道，一是管径减少10%，减少沟槽开挖宽度；二是缩短施工周期，减少施工对居民带来的影响。如采用其他材质管道，管径太大，不易制造和使用，占用施工场地也较大。

管道基本情况：管径3.2m玻璃钢管道，长度6米和12米两种规格，管内介质为雨水。

（一）施工要求

（1）覆土厚度平均5米，沟槽开挖深度8—8.5米。

（2）管顶地面车辆荷载按超汽-20级计。

（3）管道接口为双胶圈承插接口，接口内壁使用5mm厚玻璃钢内衬加强，由供货厂家制作。

（4）管道严密性实验：管道严密性实验按工作介质内压0.4Mpa的1.5倍进行，试验合格判定依据为允许压力降值和允许渗水量值两项，试验方法见《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）内容。

（二）管道装卸

DN3200mm 玻璃钢管管径太大，管材进场后需二次搬倒，用25T吊车下管。北段吊车直接下管到沟槽底，逐根安装。因小区内有地下管线，中段及南段无法用吊车一次下管到位，需用龙门架+铁轨水平运输。

（1）管道装卸过程中应该轻装轻放，严禁摔跌或者撞击。

（2）管道装卸机具的工作位置必须稳定，机具的起吊能力必须可靠。

（3）管道可以采取一个或者两个支撑点进行起吊，要保证管道在空中均衡，严禁用绳子贯穿管道两端进行装卸管道。

（4）装卸用的吊绳应该是柔韧、较宽的皮带、吊带或者绳索，严禁用钢丝绳或者锁链进行吊装管道。

（三）材料存放

（1）管道到达现场应运至相应作业地段立即展开施工，如遇到不可抗拒因素无法立即进行施工，则要对管材进行安全存放

（2）玻璃钢管道的辅助连接材料主要有玻璃纤维纱、短切毡、玻璃丝布等增强材料和树脂、固化剂、促进剂、抗老化剂等基体材料以及各种胶泥等，这些材料必须分类妥善存放在无阳光直射的干燥处。橡胶圈应防晒且远离热源，不得与油脂类和有机溶剂接触。管道、管件应按类型、规格、等级分类堆放，层间应加软质衬垫，远离热源和易燃易爆物品，不宜长期露天存放，防止爆晒。

（3）当管道直接存放在地上时，地面应该平坦。严禁将管道存放在尖锐的硬物上，所堆放的管道应该加木楔防止滚动。

（四）管道施工

1、管沟开挖

根据不同的地质条件确定不同的开挖断面形式。本段土质为粘性土质，条件较好，受两侧宿舍楼房影响，沟槽放坡系数在1：0.33，因开挖超过8米，根据2009年住房和城乡建设部发“关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的通知”要求，开挖深度超过5米的基坑（槽）属于“超过一定规模的危险性较大的分部分项工程”，需要采取支护措施。因此本沟槽采用土钉墙+锚喷的支护方法，保证施工安全。

2、沟槽验收

本工程沟槽开挖长度430米，分两次验收，最小验收长度为200 m，对连接长度不足的管沟不予验收。对沟底高程、底宽、垫层料厚度等指标经验收合格后，进行下一步管道施工。

3、管道切割

由于转弯、井位限制，需在现场进行管道切割。玻璃钢管道的切割，在需切割处画好切割线，包括截断切割线、与切孔相连的贯通切割线，用装有切割锯片的角向磨光机按画好切割线的位置切断管道或开孔。切口应平整，切割尺寸偏差应为±2mm，并涂上树脂。在玻璃钢管上开孔切割时，不得开方孔。

4、管道安装

（1）下管时，管道承口应朝来水方向。为便于管口试压时的排气，玻璃钢管安装时应将试压孔朝正上方。允许偏差为+5mm。玻璃钢管下入沟槽时，不得与槽壁相互碰撞。沟内运输管道不得扰动天然地基，每根管之间顺槽方向错开0.4m。

（2）安装前彻底清洁管表面、凹槽、胶圈，并将胶圈涂好润滑剂后由下部且无任何扭曲地放入凹槽内，用手沿圆周检查整体胶圈密封就位。

（3）划标记点、撞口。以承口的试压孔中心量取Lx值。在插口两胶圈中心到插口的标志方向，均匀的画标记点（见图一）。采用人工吊链撞口方法安装，将承口端线与标记点重合。即安装到位。

图一

（4）安装后用钢板尺探测标记点到最近密封圈槽外壁的距离。与 L之差控制在±3mm即为合格（见图二）

图二

（5）管口试压管道严密性实验按工作介质内压进行，试验合格判定依据为允许压力降值和允许渗水量值两项，

由于玻璃钢管之间采用承插式双“O”型密封圈连接，所以每安装一根管道，必须进行管道严密性实验：试验方法参照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）内容。即在承插口处进行打压，以检测双“O”型密封圈的密封效果。用试压泵直接通过管顶的试压孔。加水打压至管道工作压力0.4Mpa的1.5倍后停泵(操作过程中要打开排水阀排气)，观察15min，压降值不超过试验压力的5%，且管口没有渗漏现象时。管口试压即为合格。若压降降低较快。说明密封效果不佳，需重新安装，以确保整个管道系统总体试压成功。若压降降低较快,说明密封效果不佳，需重新安装，以确保整个管道系统总体试压成功。

（五）管道安装验收

（1）检查径向挠曲值。按照规范要求，玻璃钢管道安装完毕24h内，应测试管道的初始径向挠曲变形，管道不得出现隆起、扁平和其他突变现象。

（2）水压试验。为了全面检查管道的安装质量，按照《给水排水管道工程施工及验收规范》规定的试验方法进行试压，允许渗水量可以按照钢管的标准执行。

（六）回填土

（1）管道经检验合格后，方进行回填。首先回填工作坑。工作坑采用中砂回填。

（2）管道两侧500mm内中砂回填，并人工捣实两侧底部。以上部位分层土方回填，回填施工应连续进行，管顶500mm内采用电动冲击夯或蛙式夯行，每层铺土厚度不得超过200mm，管顶500mm以上可采用小型压路机碾压，每层铺土厚度不得超过350mm。

（3）回填距管道150mm范围内，不得有直径大于250mm的石块或硬土块。应注意回填时管道两侧要同时进行，高度差不得超过500mm，以防止管道产生位移。