第三课：聚乙烯（PE）管道（二）

2018-03-08主讲嘉宾武新国彭克奇

中国水利 2018年1期

主讲嘉宾：武新国彭克奇

上一课（上接《中国水利》2017年第23期），结合GB/T 13663—2000《给水用聚乙烯（PE）管材》标准，对聚乙烯（PE）管道的原材料要求、原材料配方、原料烘干过程监控、生产工艺控制、成品检验等方面进行了讲解。这一课，将针对聚乙烯（PE）管道施工过程中应关注的问题进行重点讲解。

管道输水工程具有工程隐蔽、投资较大等特点，在施工过程中必须对各个环节严格把关，制定详细的施工计划，严格按照施工程序精心施工，以保证管道在工程投入使用后能正常运行、发挥效益。管道施工过程需注意以下问题。

1.对于聚乙烯（PE）管道工程施工的一般规定

埋地聚乙烯（PE）管道工程施工包括沟槽开挖、管道敷设、沟槽回填、路面修复等一系列工作，应符合现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）的有关规定。

施工前应编制聚乙烯（PE）管道施工组织设计，施工组织设计和施工方案应按规定程序报审，相关单位签字认定后再实施。

由于聚乙烯（PE）管道施工具有一定的技术要求，所配备施工人员应接受过专业塑料管道安装技术培训，掌握塑料管道安装特点和注意事项，熟悉各设备性能和操作方法。

为保证进场管材、管件质量，管材、管件应执行进场检验和复检制，并规定检验的具体项目，验收合格后方可使用。进场管材重点检查项目包括检验合格证、检测报告、材料类别、公称压力等级、外观、颜色、长度、不圆度、外径及壁厚、生产日期、产品标志及涉及饮用水卫生安全产品卫生许可批件。当施工方或甲方对管道产品的物理力学性能存在异议，且现场不能检验时，应委托具有检测资质的第三方检测机构进行检验，保证检验结果的权威性。

塑料管道施工进场前，堆放塑料管道的场地应平整，并做好防晒防雨淋措施；电熔等管道配件应堆放在室内，同时场地应满足热熔机、电熔焊机等设备的用电要求。

现场排管应根据施工环境，管材种类、管径、管长，沟槽等情况选定适宜方式。管材沿管线方向排放在沟槽边是为了方便管道连接和下管；用承插连接时的插口插入方向是为了减少接头部位的阻力。

根据不同连接方式的特点和操作要求，将管道连接分为沟边分段连接和在沟底连接。热熔连接、电熔连接方式需要一定的操作空间，可以在沟边分段连接；法兰连接、钢塑转化接头连接对操作空间要求较低，为防止吊管过程中连接管件发生错位或变形影响管道密封性，宜在沟底连接。

在施工过程中，应及时清理管中杂物，管口连接完毕后采取封堵措施，防止泥浆等杂物进入管内。管材之间的接口处最易出现问题，导致漏水事故发生，影响整条管线使用的可靠性和寿命。为确保管路质量，应在施工过程中检查接头质量，质量不合格时应返工，返工后应重新检查接头质量，以保证管道连接的可靠性。

管道在地下水水位较高的地区或雨期施工时，应采取降低水位或排水措施，并及时清除沟内积水，管道在漂浮状态下不得回填。当管沟内有积水时，会使管道处于漂浮状态，影响管底标高和安装位置，且不利于土体固结，影响管道基础强度；其次污水会影响管道熔接、焊接的质量。可根据现场情况，采取排井（坑）、井点降水、井管降水等降水措施。

由于冬、夏两季日夜温差较大，管道热胀冷缩较为明显。管道系统应在管段覆土完毕后放置1～2天再进行闭合连接。闭合连接时施工现场环境温度不宜超过20℃，南方地区夏季施工宜在夜间低温时段进行，有利于消除温度变化对管道产生的应力。

2.沟槽开挖与地基处理

沟槽开挖前，应复核设置的临时水准点、管道轴线控制桩和和高程桩。沟槽形式应根据施工现场环境、槽深、地下水水位、土质情况、施工设备及季节影响等因素确定。管道开挖施工沟槽可采用梯形槽、直槽或混合槽，不同边坡形式的选择应考虑施工工期、施工季节、地质条件、地下水水位等一系列因素，以做到安全、易行、经济合理。

为了保证施工安全，在槽边、沟槽两侧临时堆土或施加其他载荷时，不得影响管线和其他设施安全，同时，为保证堆土的承载力和边坡的稳定性，沟槽侧向的堆土位置距槽口边缘不宜小于1.0m，且堆土高度不宜大于1.5m。槽底开挖宽度除满足安装尺寸要求外，还应考虑管道不受破坏，不影响工程试验和验收工作。

沟槽开挖应控制基底高程，不得扰动基底原状土层，基底设计标高以上200～300mm的原状土，应在铺管前人工清理至设计标高。槽底遇有尖硬物体时应清除，并用砂石回填处理，避免管道受到集中应力的作用。由于聚乙烯（PE）管道是柔性管道，按“管—土”共同工作原理，共同承担外部载荷的作用力，管底垫层和周围土的密实度决定了“管—土”系统的负载能力，将管底土夯实才能有足够的支撑力。

★地基基础宜为天然地基。当天然地基承载力不能满足要求或遇不良地质情况时，应按设计要求进行加固处理。地基处理应符合下列规定：

①对于一般土质，在管底以下原状土地基上铺垫不小于150mm的中、粗砂基础层。

②对于软土地基，当地基承载能力不满足设计要求或由于施工降水、超挖等原因，地基原状土被扰动而影响地基承载能力时，应按设计要求对地基进行加固处理，达到规定的地基承载能力后再铺垫不小于150mm的中、粗砂基础层。

③当沟槽底为岩石或坚硬物体时，铺垫中、粗砂基础层的厚度不应小于150mm。

④在地下水水位较高、流动性较大的场地内，当遇管道周围土体可能发生细颗粒土流失的情况时，应沿沟槽底部和两侧边坡铺设土工布加以保护且土工布单位面积质量不宜小于250g/m2。

⑤在同一敷设区段内，当地基刚度相差较大时，应采用换填垫层或其他措

施减少塑料管道的差异沉降，垫层厚度应视场地条件确定但不应小于300mm。

★当遇槽底局部超挖或基底发生扰动时，地基处理应符合下列规定：

①超挖深度小于150mm时，可采用挖槽原土回填夯实，其压实系数不应低于原地基土的密实度。

②沟槽地基土含水量较大不适宜压实时，应换填天然级配砂石或最大粒径小于40mm的碎石整平夯实。

★当排水不良造成地基基础扰动时，地基处理应符合下列规定：

①扰动深度在100mm以内时，宜填天然级配砂石或砂砾处理。

②扰动深度在300mm以内但下部坚硬时，宜填卵石或最大粒径小于40mm的碎石，再用砾石填充空隙整平夯实。

3.管道连接

聚乙烯材料受温度的影响较大。在寒冷气候下进行焊接操作时，达到熔接温度的时间比正常情况下要长，连接后冷却时间也要缩短；在温度较高的情况下会产生相反的效果。因此，焊接工艺设置的工作环境一般在-5℃～45℃。在低于-5℃环境下进行熔接操作时，工人工作环境恶劣，操作精度很难保证。在大风环境下进行熔接操作时，大风会严重影响热交换过程，易造成加热不足和温度不均，因此，要采取保护措施，并调整熔接工艺。强烈阳光直射则可能使待连接部件的温度远远超过环境温度，使焊接工艺和焊接设备的环境温度补偿功能丧失补偿依据，并且可能因曝晒导致一侧温度高，另一侧温度低，进而影响焊接质量，因此要采取遮阳措施。焊接机见图1，焊接施工现场见图2。

由于聚乙烯（PE）管道主要采用熔融聚乙烯材料进行连接，熔接条件（温度、时间）是根据施工现场环境调节的。若管材、管件从存放处运到施工现场，其温度高于现场温度时，会使加热时间过长，反之，加热时间不足，两者都会影响接头质量。如果待连接的管材和管件从不同温度存放处运来，两者温度不同，则产生的热胀冷缩不同，进而影响接头质量。

聚乙烯（PE）管道的使用效果很大程度上与所选用接头结构和装配工艺过程的参数有关（除外来损坏）。国内外的使用经验表明：接头是聚乙烯（PE）管道最易损坏的部位。目前国际上聚乙烯给水管道连接普遍采用热熔对接连接、电熔连接以及施工较为方便的承插式柔性连接。热熔承插连接一般用于小口径（小于63mm）管道连接，热熔鞍形连接用于管道分支连接，这两种连接方式对采用的设备、加热工具和操作工艺都有严格要求，对操作工技能要求较高，受人为因素影响较大。近年，国内外聚乙烯给水管道已基本不采用热熔承插连接和热熔鞍形连接。聚乙烯（PE）管道与金属管道或金属附件的连接一般采用钢塑转换接头或法兰连接。钢塑转换接头连接一般用于中小口径的管道，法兰连接一般用于中大口径的管道。

图1 焊接机

图2 焊接施工现场

★聚乙烯（PE）管道连接操作要点如下：

①管道连接前应根据设计要求再次核对管材、管件及管道附件规格、数目，检查耐压等级、外表面质量、材质一致性等，符合要求方可使用。

②管道系统的连接应根据不同连接形式选用专用的连接工具，不得采用螺纹连接。连接时，不得采用明火加热。

③管道连接时，管材的切割应采用专用割刀或切管工具。切割端面应平整并垂直于管轴线。

④管道连接的环境温度宜为-5℃～45℃。在环境温度低于-5℃或风力大于5级的条件下进行连接操作时，应采取保温、防风措施，并调整连接工艺；在炎热的夏季进行连接操作时，应采取遮阳措施。

⑤当管材、管件存放处与施工现场环境温差较大时，连接前应将管材、管件在施工现场放置一段时间，使其温度接近施工现场环境温度。

★埋地聚乙烯（PE）管道系统的连接应符合以下规定：

①聚乙烯管材、管件的连接应采用热熔对接连接、电熔连接（电熔承插连接、电熔鞍形连接）。

②聚乙烯管材与金属管或金属附件连接，应采用法兰连接或钢塑转换接头连接。

③对于公称直径小于90mm的聚乙烯（PE）管道系统连接宜采用电熔连接；对于不同级别和熔体流动速率差值大于0.5g/10min（190℃，5kg）的聚乙烯管材、管件和管道附件，以及SDR（标准尺寸比）不同的聚乙烯（PE）管道系统连接时，应采用电熔连接。

★热熔对接连接操作要点如下：

①根据管材、管件的规格，选用夹具将连接件的连接端伸出夹具，自由长度不应小于公称直径的10%，移动夹具使连接件端面接触，并校直对应的待连接件，使其在同一轴线上，错边不应大于壁厚的10%，校直两对应连接件是为了防止连接件偏心错位，导致接触面过少，不能形成均匀的凸缘，错边量过大会影响翻边均匀性，减小有效焊接面积，导致应力集中，影响接头质量。

②擦净管材、管件连接面上污物，保持铣削后的熔接面清洁，防止杂物进入焊接接头，影响焊接接头质量。铣削连接面使其与管轴线垂直，保证连接面能与加热板紧密接触。切屑厚度过大可能引起切削振动，或停止切削时扯断切屑而形成台阶，影响表面平整度。连续切削平均厚度不宜超过0.2mm，切削后的焊接面不得污染。

③连接件的端面应采用热熔对接连接设备加热，加热时间应符合设计要求或现场适用条件要求，保证接头的焊接质量。

④加热时间达到工艺要求后，应迅速撤出加热板，检查连接件加热面熔化的均匀性，不得有损伤；迅速用均匀外力使连接面完全接触，直至形成均匀一致的对称翻边，保证接头焊接质量。翻边的宽度与聚乙烯材料类型、生产工艺（挤出或注塑）、加热温度，以及焊接工艺等有关。因而很难给出统一的确定值。国内外一般建议在确定的（相同的）条件下，进行几组试验，取其平均值。用于施工现场质量控制，要求实际翻边宽度不超过平均值的±20%。见图3。

⑤保压冷却期间不得移动连接件，不得在连接件上施加任何外力，聚乙烯（PE）管道连接接头只有在冷却到环境温度后才能达到最大焊接强度。冷却期间其他外力会使管材、管件不能保持在同一轴线上，或不能形成均匀的凸缘，造成接头内应力增大，从而影响接头质量。

★热熔对接连接质量检验应满足以下规定：

①连接完成后，应对接头进行100%的翻边对称性、接头对正性检验和不少于10%的翻边切除检验。

②翻边对称性检验的接头应具有沿管材整个圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度不应低于管材表面。

③接头对正性检验的焊缝两侧紧邻翻边外圆周的任何一处错边量不应超过管材壁厚的10%。

④翻边切除检验应使用专用工具，并应在不损伤管材和接头的情况下，切除外部的焊接翻边，翻边应实心圆滑且根部较宽，翻边下侧不应有杂质、小孔、扭曲和损坏。

★电熔承插连接的操作要点如下：

①应将连接部位擦拭干净，并在插口端划出插入深度标线，防止杂物进入焊接接头，影响焊接接头质量，保证管材插入端有足够的熔融区，避免插入不到位或插入过深。

②当管材不圆度影响安装时，应采用整圆工具进行整圆，避免因不圆度造成配合间隙不均而影响焊接。

③应将刮除氧化层（厚度一般为0.1～0.2mm）的插口端插入承口内，至插入深度标线位置，并检查尺寸配合情况，防止不匹配的管材与管件进行连接，影响接头质量。

④通电前应校直两对应的连接件，使其在同一轴线上，并应采用专用工具固定接口部位。

⑤通电电压、加热及冷却时间应符合设计要求或电熔管件供应商的要求，防止加热时间不足或过长，影响焊接质量。

⑥电熔连接冷却期间，不得移动连接件或在连接件上施加任何外力。

热熔管件

电熔管件

钢塑管件

★电熔承插连接质量检验应满足以下规定：

①电熔管件端口处的管材周边应有明显刮皮痕迹和明显的插入深度标记。

②焊接接缝处不应有熔融料溢出。

③电熔管件内电阻丝不应挤出（特殊结构设计的电熔管件除外）。

④电熔管件上观察孔中应能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得成流淌状。

★电熔鞍形连接的操作要点如下;

①应采用机械装置固定干管连接部位的管段，使其保持直线度和圆度。

②应将管材连接部位擦拭干净，并应采用刮刀刮除管材连接部位表皮氧化层。

③通电前，应将电熔鞍形连接管件用机械装置固定在管材连接部位。

④电熔连接冷却期间，不得移动连接件或在连接件上施加任何外力。

★电熔鞍形连接质量检验应满足以下规定：

①电熔鞍形管件周边的管材上应有明显刮皮痕迹。

②鞍形分支成鞍形三通的出口垂直于管材的中心线。

③管材壁不应塌陷。

④熔融料不应从鞍形管件周边溢出。

⑤鞍形管件上观察孔中应能看到有少量熔融料溢出，但溢料不得成流淌状。

★法兰连接操作要点如下：

①应首先将法兰盘套入待连接的塑料法兰连接件的端部。

②两法兰盘上螺孔应对中，法兰面相互平行，螺栓孔与螺栓直径应配套，螺栓规格应一致，螺母应在同一侧。

③紧固法兰盘上的螺栓应按对称顺序分次均匀紧固，螺栓拧紧后宜伸出螺母1～3丝扣。

④法兰盘、紧固件应采用钢制法兰盘且应经过防腐处理，并应达到原设计要求。

★法兰连接质量检验应满足以下规定：

①法兰接口的金属法兰盘应与管道同心，螺栓孔与螺栓直径应配套，螺栓应能自由穿入，螺栓拧紧后宜伸出螺母1～3丝扣。

②法兰盘、紧固件应经过防腐处理，并应符合原设计要求。

③当管道工程直径小于或等于315mm时，法兰中轴线与管道中轴线的允许偏差为±1mm，当管道工程直径大于315mm时，允许偏差为±2mm。

④法兰面应相互平行，其允许偏差不应大于法兰盘外径的1.5%，且不应大于2mm，螺孔中心允许偏差不应大于孔径的5%。

★钢塑转换接头操作要点：

操作人员焊接时，应在钢塑过渡段采取降温措施，注意焊弧高温对聚乙烯（PE）管道的不良影响，防止因热传导而损伤钢塑转换接头。聚乙烯（PE）管道软化点在120℃左右，熔点在210℃左右，过高的温度会使聚乙烯（PE）管与其结合部位软化，达不到密封效果，影响钢塑转换接头的连接性能。采取降温措施是为了防止因热传导而损伤钢塑转换接头。

图4 吊装施工现场

4.管道敷设

管道应在沟底标高和管沟基础质量检查合格后，方可敷设。下管时，应采用非金属绳（带）捆扎和吊运，不得采用穿心吊装且管道不得划伤、扭曲或产生过大的拉伸和弯曲。接口工作坑应配合管道敷设进度及时开挖，开挖尺寸应满足操作人员和连接工具安装作业空间的要求，并应便于检验人员检查。吊装施工现场见图4、图5。

聚乙烯（PE）管道的线膨胀系数较大，为钢管10倍以上，蜿蜒状敷设起到热胀冷缩的补偿作用，适应管道热胀冷缩的变化，因此可利用聚乙烯（PE）管道柔性，蜿蜒敷设或随地形自然弯曲敷设，弯曲半径不应小于30倍管道公称直径；当弯曲管段上有管件时，弯曲半径不应小于125倍管道公称直径。

当埋地聚乙烯（PE）管道穿越铁路、高速公路、城市道路主干道时，应向管理部门报备，组织有关人员现场查勘，研究穿越施工的可能性，确定具体位置、标高及护套管的孔径类型等。穿越施工应采取非开挖施工，不影响正常交通。护套管所承受荷载应符合道路荷载标准，一般采用金属或钢筋混凝土套管。套管管径应满足养护使用单位检查维护套管及管线需要，同时应在路基外侧增设阀门，以便必要时切断供水，进行整治抢修。

★管道支墩设置应符合：

①止推墩宜采用混凝土现场浇筑在开挖的原状土地基和槽坡上，强度等级不应低于C25。支承管道水平方向推力的止推墩可浇筑在管道受力方向的一侧，槽坡上开挖土面应与管道作用力方向垂直，作用力合力应位于止推墩中心部位；支承管道垂直方向的止推墩混凝土应浇筑在弯头底部，可按管道混凝土基础要求浇筑，管道下支承角不得小于120°，宽度不得小于管道外径加200mm，管底处最小厚度不得小于100mm。

②防滑墩应采用混凝土浇筑，其强度等级不应低于C25。防滑墩基础应浇筑在管道基础下开挖的原状土内，并将管道锚固在防滑墩上，防护墩宽度不得小于管道外径加300mm，长度不得小于500mm。

③固定墩可采用混凝土浇筑、砖砌等刚性支墩，混凝土支墩强度等级不应低于C25；砖砌支墩应采用烧结砖，用水泥砂浆砌筑，固定墩内应设置锚固件。