劉明彥

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510635)

0 前言

鋼帶增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管［1］(以下簡(jiǎn)稱螺旋波紋管(PE))是一種以高密度聚乙烯(PE)為基體，用表面涂敷黏接樹脂的鋼帶成型為波形作為主要支撐結(jié)構(gòu)，并與聚乙烯材料纏繞復(fù)合成整體的雙壁螺旋波紋管，其典型的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 管材結(jié)構(gòu)示意圖

螺旋波紋管(PE)很好地結(jié)合了鋼、塑各自的優(yōu)點(diǎn)，用連續(xù)鋼帶壓成近似“W”形纏繞在內(nèi)外兩層熱熔接的聚乙烯間，把鋼材的高剛度、高強(qiáng)度和聚乙烯的柔韌、耐腐、耐磨等優(yōu)良性結(jié)合起來(lái)，可使管材達(dá)到SN8、SN12.5、SN16 這3個(gè)級(jí)別環(huán)剛度，解決了鋼材的耐腐蝕問(wèn)題，突破了較大直徑全塑料埋地排水管環(huán)剛度一般只能達(dá)到SN8 的限制。螺旋波紋管(PE)在達(dá)到高性能要求的同時(shí)，能夠節(jié)約原材料，比同直徑、同環(huán)剛度的全塑料埋地排水管可以顯著地降低成本，且管材耐腐蝕性強(qiáng)、耐磨損、防滲漏，能防止對(duì)地下水資源的污染，有利于環(huán)境保護(hù);因單位重量較輕，螺旋波紋管(PE)埋設(shè)時(shí)不需要大型設(shè)備，運(yùn)輸安裝方便且進(jìn)度快;較輕的重量同時(shí)也降低了對(duì)地基承載力的要求，進(jìn)而降低了地基處理的成本;而熱熔擠出焊接、熱收縮管(帶)連接、卡箍連接及電熔帶連接等多種連接方式可以滿足不同工程的需要，非常適用于雨水、污水、廢水排放及調(diào)水補(bǔ)水系統(tǒng)等排水管道工程領(lǐng)域。

1 概 況

1.1 工程概況

廣州市海珠區(qū)調(diào)水補(bǔ)水工程—北山涌與大滘涌及沙涌連通工程位于廣州市海珠區(qū)，是廣州市“迎亞運(yùn)治水”重點(diǎn)工程。工程起點(diǎn)經(jīng)由景隆印刷廠、廣州協(xié)力五金塑料廠南行穿過(guò)赤沙路，終點(diǎn)與大滘涌連通，工程建設(shè)總長(zhǎng)度707 m，采用單根DN2400 螺旋波紋管(PE)引水、補(bǔ)水。設(shè)計(jì)管底高程－ 2.000～－2.139 m，設(shè)計(jì)坡度0.2‰，管頂平均覆土厚度1.2 m，管線兩側(cè)回填中粗砂，相對(duì)密實(shí)度≥95%，管基采用400 mm厚碎石砂墊層;為保證管線連接、排沙和檢修等需要，在管道交匯、轉(zhuǎn)彎處和直線管段上每隔一定距離處設(shè)置鋼筋混凝土矩形檢查井，最大間距50 m，井蓋設(shè)直徑800 mm進(jìn)入檢查孔。井基下鋪設(shè)100 mm厚混凝土墊層、500 mm厚碎石砂墊層并采用6 m松木樁進(jìn)行處理。為滿足管道進(jìn)、出口防沖、消能和水流平順銜接的需要，在進(jìn)、出水口分別設(shè)置沉沙池，為避免雜物進(jìn)入管道進(jìn)而導(dǎo)致管道堵塞，在進(jìn)出口擋土墻上設(shè)攔污柵。該工程的任務(wù)是通過(guò)連接斷頭河涌，將涌?jī)?nèi)死水變?yōu)榛钏?，?shí)現(xiàn)河涌的單向流動(dòng)，從而大大改善河涌的水質(zhì)，初步消除河涌的黑臭現(xiàn)象，逐步提高河涌的水體自凈能力，維持河涌的健康生命，維護(hù)城市區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水體景觀。

1.2 地質(zhì)條件

廣州市海珠區(qū)屬珠江三角洲沖積平原地貌單元，區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密集，地勢(shì)較為平坦，地勢(shì)較低。本工程敷設(shè)的管線管底距地面3.6～5.0 m，其管底地基為軟塑狀態(tài)且有高壓縮性的淤泥、淤泥質(zhì)土層。該土層的孔隙比比較大、壓縮性高、地基承載力基本容許值低，地質(zhì)條件較差，須對(duì)管道底部淺層地基土進(jìn)行處理。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)斷面比選

本工程位于廣州市海珠區(qū)赤沙街，工程區(qū)內(nèi)房屋密集，有景隆印刷廠、廣州協(xié)力五金塑料廠、新廣昌汽車維修部等。開(kāi)敞式渠道斷面因需大面積開(kāi)挖，占用土地較多，對(duì)本工程現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，已不適宜;地面下埋設(shè)箱涵或管道斷面均適用本工程，其開(kāi)挖占地少，工程建成后，箱涵或管道上還可復(fù)建建筑物或道路。二者中路下埋設(shè)管道對(duì)比建造箱涵方案，有開(kāi)挖占地少，施工速度快，對(duì)地基承載力要求低，糟率小，單位面積過(guò)流能力大，單米造價(jià)低等特點(diǎn)。故經(jīng)綜合比選，本工程采用路下埋管斷面方案。

2.2 管材比選

目前國(guó)內(nèi)使用較為廣泛的排水管材有螺旋波紋管(PE)、不銹鋼管、硬聚氯乙烯加筋管(UPVC)、玻璃鋼夾砂管(RPM)、鋼筋混凝土管(PCP)等，以下對(duì)常用的排水管材進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下:

表1 工程排水常用管材性能比較表

綜合上述比較，各類管材都具有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，但螺旋波紋管(PE)由于施工便捷，具有內(nèi)壁光滑、水頭損失小，耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，尤其在本工程工期緊、施工條件差的情況下，其重量輕、連接方便、施工速度快的優(yōu)勢(shì)更加明顯。故本工程管材選用螺旋波紋管(PE)。

2.3 螺旋波紋管(PE)的性能與特點(diǎn)

螺旋波紋管(PE)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)，其主要優(yōu)勢(shì)是:耐化學(xué)腐蝕強(qiáng);耐壓、耐沖擊性強(qiáng);耐老化;重量輕、搬運(yùn)、施工、安裝方便;連接方便;耐磨性能優(yōu)越;排水流通性優(yōu)越;施工、管理、維修費(fèi)用低;管材對(duì)環(huán)境影響小;管道系統(tǒng)穩(wěn)定性好;足夠安全可靠的環(huán)剛度及相對(duì)較高的剛度重量比;具有較高的綜合性價(jià)比。

2.4 管道設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

對(duì)于螺旋波紋管(PE)的使用，必須嚴(yán)格要求其設(shè)計(jì)參數(shù)，其中最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)為環(huán)剛度和允許變形率。根據(jù)工程特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算以及與相關(guān)廠家管材特點(diǎn)的結(jié)合，確定位于機(jī)動(dòng)車道下波紋管的管徑為2.4 m，管材環(huán)剛度≥12.5 kN/m2，管道直徑允許變形率≤3.0%。同時(shí)還規(guī)定了其他性能指標(biāo)，如:沖擊性能(TIR)≤10%;剝離強(qiáng)度(20℃±5℃)≥70 N/cm;環(huán)柔性試樣圓滑，無(wú)分層，無(wú)破裂，加強(qiáng)筋與基體無(wú)脫開(kāi)，管材壁結(jié)構(gòu)的任何方向不發(fā)生永久性的屈曲變形;烘箱試驗(yàn)中管材熔縫處無(wú)分層，無(wú)開(kāi)裂;蠕變比率≤2;熔縫和焊縫的拉伸強(qiáng)度≥1 460 N。

2.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及管道的回填要求

螺旋波紋管(PE)屬柔性管材，應(yīng)采用土弧基礎(chǔ)。對(duì)于軟土地基，必須先對(duì)地基進(jìn)行加固處理，在達(dá)到規(guī)定的地基承載力要求后，再鋪設(shè)400 mm中粗砂基礎(chǔ)，基礎(chǔ)密實(shí)度應(yīng)達(dá)到85%以上。對(duì)于土弧基礎(chǔ)支承角范圍內(nèi)的腋角部位，必須采用中粗砂或砂礫回填密實(shí)，其密實(shí)度應(yīng)達(dá)到95%。

因設(shè)計(jì)排水管線為柔性管材，所以在施工回填中應(yīng)注意管底基礎(chǔ)至管頂以上0.6 m范圍內(nèi)，必須采用人工回填，嚴(yán)禁用機(jī)械推土回填;同時(shí)從管線、檢查井等構(gòu)筑物兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱回填，確保管線與構(gòu)筑物不產(chǎn)生位移。溝槽回填料的密實(shí)度要求見(jiàn)表2。

表2 溝槽回填料的密實(shí)度要求

2.6 管道連接

螺旋波紋管(PE)的管端口面形式通常分為螺旋形和垂直軸線的平面形兩種，相應(yīng)管材的連接方式、方法應(yīng)根據(jù)其端口面形式分別確定。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的主要為螺旋形端口。在設(shè)計(jì)中，一般多采用兩種或多種方法的組合連接，以保證連接的安全可靠，特別是在重要的工程或大口徑管道連接時(shí)。本工程采用單根DN2400 螺旋波紋管(PE)引水、補(bǔ)水，其管端口面形式為螺旋形，采用內(nèi)熱熔擠出焊接+熱收縮帶連接的組合方式。

2.7 管道與檢查井連接

管道與混凝土或磚砌檢查井連接時(shí)，可采用剛性連接與柔性連接。剛性連接可采用中介層作法，即在管材或管件與井壁相接部位的外表面預(yù)先用聚錄乙烯黏接劑，粗砂做成中介層，然后用水泥砂漿砌入檢查井的井壁;柔性連接可采用承插式、套筒式橡膠密封圈接口。本工程管道與混凝土檢查井連接時(shí)采用剛性連接。

3 結(jié)論

大口徑(DN2400)螺旋波紋管(PE)在廣州市海珠區(qū)調(diào)水補(bǔ)水工程軟土地基中應(yīng)用的工程實(shí)踐表明，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及施工方法，管道環(huán)截面變形、管道環(huán)截面強(qiáng)度、管道環(huán)截面壓屈失穩(wěn)均能滿足工程使用要求。目前，該排水管線已投入使用將近3年，運(yùn)行狀況良好，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可供類似地區(qū)參考。

［1］建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所.CJ/T225—2006 埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.