浅析大口径给水球墨铸铁管的水压试验

顾 海 通

(山西一建集团有限公司，山西 太原 030000)

1 大口径球墨管水压试验合格的判断依据

球墨铸铁管道安装完毕之后，须进行管道水压试验，判断管道安装是否合格的依据有两个：一是允许压力降的数据；二是允许渗水量的数据，这两个数据如果达到了设计图纸的要求，管道安装试验为合格。

如果设计图纸没有要求，则需要根据实际情况，按照管材厂家提供的技术文件或者国家规范的要求确定以上两个数值，两个数值皆为判断球墨铸铁管安装是否合格的依据，不过现在的球墨铸铁管的接口形式和质量已经相当成熟，我们在进行大口径球墨铸铁管水压试验时，通过查阅相关资料认为选择允许压力降数值符合要求即可，允许渗水量可选择性的作为依据。所以，本文对于允许渗水量数值为依据的方法不再做探讨。

2 试验管段长度的选择

试验管段的长度选择首先要尊重设计师的要求，如果设计师没有要求，则不超过1 km。

3 水压试验的程序

3.1 水压试验后背的制作

水压试验后背准备是大口径球墨铸铁管道最重要的工序，关系到水压试验的成功与否。后背由原土层及型钢顶撑组成，原土层的土质必须经过确认，且由勘察单位提供相关参数，确认原土层能否作为水压试验后背。

3.2 试验管段注水的要求

向试验管段内注水时应从下游缓慢注入，注水时在试验管段上游的管顶及管段中的高点设置排气阀，将管道内的气体排出。

注水时，须用压力泵从低高程处缓慢注水，打开高程段的排气阀，将试验管段内气体顺利排出。

3.3 管道的浸泡

一般大口径球墨铸铁管都有水泥砂浆衬里，试验管段注满水之后，需要将试验管段进行充分浸泡，浸泡时间不得小于24 h。

有关试验管段的高程起伏，管道内须有压力，但压力不得大于工作压力，保证管道水量充足即可。

3.4 预试验和主试验

预试验的目的是在试验压力下检查管道接口、配件是否有漏水、损坏之处，确保主试验的成功。

主试验的主要目的是检查在试验压力下，管道、管件的接口质量，管道支墩是否能起到相应的作用。

3.5 泄压排水

大口径管道的试压用水量较大，以DN1 800口径为例，每1 km需用试压用水至少2 540 m3，试压完毕排出时，破坏性较大。须预先设计排放地点，做好防护措施，避免破坏附近房屋、道路等设施。

4 大口径球墨铸铁管水压试验的具体要求

4.1 试验压力与工作压力的关系

工作压力P≤0.5 MPa，试验压力为2P；工作压力P>0.5 MPa时，试验压力为P+0.5 MPa。

4.2 预试验阶段

管道经过充分浸泡之后，利用水泵继续注水加压，将管道内水压缓缓地升至试验压力并稳压30 min，期间查看压力降，随时注水补压，保持试验压力值，但注意，不得超过试验压力值。

稳压期间，检查管道、配件接口处是否有漏水、损坏的情况，如果发现有漏水、损坏的情况，应及时停止试压，查明原因并采取措施后重新试压。

4.3 主试验阶段

预试验阶段完成之后，停止注水补压，稳定15 min，待15 min后观察压力降的数值，如果压力降的数值不小于0.03 MPa，则可以将试验管段压力降至工作压力，并恒压观察30 min，同时进行外观检查，无漏水现象，该试验管段水压试验合格。

4.4 试验期间的常见问题

注水加压过程中，如果发现压力表指针左右摆动、不稳，升压较慢，可能是试验管段内有空气，需要检查排气阀，继续排气。

升压过程中，要检查后背、顶撑，发现异常现场立即停止。

5 大口径球墨铸铁管水压试验的相关计算

水压试验前，需要对试压后背、盲板、千斤顶等设备材料进行制作和选型，皆须根据管道规格、试验压力等数据进行计算。

5.1 大口径球墨管试压

后背支撑示意图见图1。

5.2 计算的逻辑关系

首先，根据管道口径、试验压力，计算出试验水体作用于末端堵板的力，单位为kN；

第二，根据勘察报告中土体的性质，以及沟槽开挖的深度，计算出试验管段区域作为后背墙的土体的允许抗力，单位为kN/m；

第三，根据以上两个数据，就可以计算出试验管段区域作为后背土体的最小长度，此时试压后背的计算完成；

第四，由于试压管段的末端需要用盲板，须根据使用盲板的材料计算出盲板的最小厚度；

第五，试验管段的盲板和后背之间需要用支撑型钢及千斤顶，须计算出盲板支撑型钢最小规格，以及所需千斤顶的规格和数量。此时大口径球墨铸铁管道水压试验的计算部分基本完成。

5.3 试验水体作用力计算

试验水体作用于盲板的压力利用下式计算：

F=P×A。

其中，F为试压水体作用于后背的力，N；A为试压管道截面面积，m2；D为管道直径,m；P为试验压力，Pa。

5.4 后背墙的允许抗力计算

根据GB 50007—2011建筑地基基础设计规范后背土墙允许抗力可按下式计算：

其中，Ep为后背墙每米宽度上的被动土压力，kN/m；γ为后背土的重力密度,kN/m3；H为后背墙高度,m；h为后背墙顶端至地面高度,m；Kp为被动土压力系数，建议按此式计算Kp=tg2(45°+φ/2),φ为后背土体的内摩擦角，该数据可以参考设计图纸或者地质勘查报告；c为后背土体的粘聚力，该数据可以从设计图纸或地质勘查报告查阅。

5.5 后背墙的宽度

后背墙受力宽度可参考下式计算：

B≥1.2R/Ep。

其中，B为后背受力宽度，m；1.2为安全系数。

5.6 关于盲板的计算

为了便于制作，试压盲板可采用Q235C的钢制作。其许用应力为113 MPa(20 ℃)，屈服强度为235 MPa(20 ℃)。

根据《管道施工实用手册》，带加强肋平板式盲板选用厚度公式：

其中，S为盲板厚度，mm；P为试验压力，MPa；Dc为加强肋筋最大有效内切圆直径，mm；σ为Q235钢板材料许用应力，可参考取值113 MPa；C为厚度附加系数，参考取值3 mm～5 mm。

5.7 关于盲板与千斤顶之间型钢支撑的计算

盲板与千斤顶之间需要型钢来缓冲，防止盲板被破坏。

口径DN1 800左右的球墨铸铁管采用的型钢建议选用20b以上工字钢加工制作，制作成“田”型。

根据盲板最大受力F的数值，可以从《五金手册》查20号工字钢的抗压强度为215 N/mm2，腿宽102 mm，盲板在最大受力的情况下，计算出缓冲型钢与盲板之间的最小受力面积，建议采用下式计算：

其中，A为最小受力面积，mm2；F为试验压力下用于盲板的力，kN；S为型钢的抗压强度215 N/mm2。

用工字钢制作“田”字型顶铁，计算出顶铁接触面积超过A的计算值，即可为符合要求。

5.8 千斤顶选型

可根据最大试验压力作用在盲板上的力来计算，结果数据单位为N，再换算为t，即可计算出使用千斤顶的规格和数量，千斤顶的数量只可为偶数，不可为奇数。

6 大口径球墨铸铁管试压应注意的几个问题

1)压力管道水压试验前，除接口外管道两侧及管顶以上回填高度须大于0.5 m，以防止管节移动及雨季漂浮,采用自锚接口的球墨铸铁管线则全部回填至设计高程后进行水压试验；

2)管道支墩在水泥养护要达到设计的水泥强度后才可进行水压试验；

3)在雨季施工时，安装的接口经现场工程师用探尺检测合格后，为防止接口处局部地基沉降等，建议管身及接口处可以在试压前回填至覆土标高；

4)大口径管道在雨季期间施工，建议每天开挖管沟长度要与每天安装管子数量及回填长度相匹配。

7 大口径球墨铸铁管水压试验的局限性及思考

大口径球墨铸铁管水压试验时，作用在后背支撑的力量极大，以DN1 800的管道，试压压力为2.8 MPa为例，作用在后背上的力超过7 000 kN，一旦发生事故，最周边人员或设施的破坏力极大，有很大的危险性，水压试验过程中，后背顶撑、管道两端严禁站人。

大口径球墨铸铁管道试压用水的需求量很大，而且试压用水的要求为可饮用水，以DN1 800规格的管道，10 km的距离试压用水的需求量约为253 000 m3，为水资源带来极大的浪费，泄水过程中也会给周围环境带来冲击。对于水资源缺乏的地区来说，具有很大的局限性。

雨季施工时，沟槽内容易积水，为回填压实工作带来阻碍，管道水压试验难度更大，造成成本增加。

8 结语

大口径球墨铸铁管用水体作为试压介质并不是最好的选择，比如日本等国已经开发出成熟的单口试压方式，简单便捷，但是我国尚没有支持采取该试压方式的相关标准。笔者将继续对此领域进行深入的考察、思考，寻找更便捷、可靠、环保的水压试验方式，同时也呼吁各管材生产厂家、上级管理部门共同来解决此问题。