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        密度聚乙烯(HDPE)纏繞管與鋼筋混凝土排水管管材在市政排水管網(wǎng)中的運(yùn)用

        2016-12-28 03:09:24株洲市規(guī)劃設(shè)計院湖南株洲412007
        低碳世界 2016年24期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        陳 鑫(株洲市規(guī)劃設(shè)計院,湖南株洲412007)

        密度聚乙烯(HDPE)纏繞管與鋼筋混凝土排水管管材在市政排水管網(wǎng)中的運(yùn)用

        陳 鑫(株洲市規(guī)劃設(shè)計院,湖南株洲412007)

        通過對高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管與鋼筋混凝土排水管進(jìn)行技術(shù)、施工、管理維護(hù)及經(jīng)濟(jì)等方面的對比,提出了這兩種管材在市政排水管網(wǎng)工程建設(shè)中的適用范疇,以供借鑒。

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管;鋼筋混凝土排水管;市政排水;比選;適用范圍

        引言

        2000年以前,我國市政排水管網(wǎng)工程建設(shè)中,主要采用鋼筋混凝土排水管,進(jìn)入到21世紀(jì),隨著新型材料的開發(fā)及生產(chǎn)工藝的進(jìn)步,我國市政工程建設(shè)領(lǐng)域逐步引進(jìn)并推廣使用高密度聚乙烯(HDPE)室外排水管(雙壁波紋管、雙壁工字型管、鋼帶增強(qiáng)管、纏繞結(jié)構(gòu)壁管等)。從化學(xué)性能檢測分析來看,HDPE管材具有耐腐蝕,水流阻力小,使用壽命長等良好性能;從HDPE管在市政管網(wǎng)工程中的使用效果來看,與混凝土管相比,HDPE管具有施工快捷、水密性好、維護(hù)方便、綜合造價低等突出的應(yīng)用特點(diǎn)。雙壁波紋管、雙壁工字型管、鋼帶增強(qiáng)管、纏繞結(jié)構(gòu)壁管等主要原材料都是高密度聚乙烯(HDPE),但輔料不同,生產(chǎn)工藝、斷面結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致價格存在差異,同規(guī)格同壓力等級同柔度的正宗產(chǎn)品相比,市場價差為5~30%。

        1 市政排水管道管材選用原則

        (1)管材的物理性能好(抗壓能力強(qiáng),環(huán)柔性好);

        (2)管道接口形式及止水密封性好(污水要求零滲漏,以保護(hù)地下水免受污染);

        (3)管道綜合單價低(包括管材、運(yùn)輸、施工條件、施工工期等綜合因素);

        (4)市場行為規(guī)范,質(zhì)量可控性好(原材料要求97~98%為新料+2~3%母料,杜絕使用再生料)。

        2 高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管與鋼筋混凝土管比較

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管與鋼筋混凝土管在成型工藝、環(huán)剛度、過水能力、施工工藝、施工條件、工程造價等各方面各有優(yōu)缺點(diǎn),具體比較如下:

        2.1 成型工藝

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,在高溫?zé)崛蹱顟B(tài)下,通過一次性熱擠塑纏繞熔接成型工藝制作,整個生產(chǎn)過程連續(xù),并均由計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。通過自然風(fēng)滾動的冷卻,應(yīng)力自然釋放,從而解決了高密度聚乙烯管材本身的應(yīng)力問題。管材壁厚均勻,內(nèi)壁光滑,外壁為螺旋狀加強(qiáng)肋筋管結(jié)構(gòu)壁。產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19472.2-2004中B型結(jié)構(gòu)壁管的標(biāo)準(zhǔn)(見圖1)。

        鋼筋混凝土排水管,特制的模具中綁扎鋼筋,然后澆注混凝土,養(yǎng)護(hù)待凝固成形后,從模具中取出(見圖2)。

        2.2 環(huán)剛度

        HDPE纏繞管的慣性矩連續(xù)可調(diào),采用高密度聚乙烯為主要原料,SN最大值可達(dá)20kN/m2。

        圖1 高密度聚乙烯(HD P E)纏繞管成型工藝圖

        圖2 鋼筋混凝土排水管成型工藝圖

        鋼筋混凝土排水管屬于剛性管,強(qiáng)度和剛度高。但當(dāng)長期持續(xù)外壓負(fù)荷作用于管道上時,管道出現(xiàn)“塑性破壞”,若荷載超出它的強(qiáng)度和剛度時,管材將遭到永久性的破壞,不可修復(fù)。

        2.3 過水能力

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,內(nèi)壁光滑(曼寧系數(shù)小,僅為0.009),在同等流量條件下,HDPE管材口徑可以比混凝土管道降低一級,或在同一口徑下減小水力坡降,溝槽挖埋深度降低,從而節(jié)省了人工、機(jī)械臺班等費(fèi)用。

        鋼筋混凝土排水管,曼寧系數(shù)為0.014?;炷凉艿涝谑褂靡欢螘r間后,常在管道內(nèi)出現(xiàn)根阻、積淤等現(xiàn)象,大大減小了混凝土管的通流能力,并且需要不斷清理、維護(hù)。

        2.4 口徑

        高密度聚乙烯 (HDPE)纏繞管,品種齊全??梢陨a(chǎn)DN300~4000mm管徑的管材及配套管件,應(yīng)用廣泛。

        鋼筋混凝土排水管,可以達(dá)到d2200mm,但口徑越大成本越高,且管材運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用及連接的施工成本很高。

        2.5 原料

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,生產(chǎn)工藝決定需要采用100%的高密度聚乙烯為原材料。力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,柔韌性好,延伸性能好,是一種高韌性管材,對管道基礎(chǔ)不均勻沉降和錯位的適應(yīng)能力非常強(qiáng),抗震性好,最適合在沿海區(qū)域、地震頻發(fā)區(qū)及軟土質(zhì)區(qū)域使用(1995年日本神戶發(fā)生的地震中唯一沒有發(fā)生破裂的管道,在日本多地震帶地區(qū)均敷設(shè)了HDPE管道,是對HDPE管道抗沉降性能的肯定)。

        鋼筋混凝土排水管,采用混凝土及鋼筋,澆筑脫模成型。

        2.6 密封性

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,連接方式為承插電熱熔連接或節(jié)流式承插密封圈連接。管材在生產(chǎn)時,承插口與管體一次性纏繞成型。

        圖3 承插電熱熔連接

        圖4 節(jié)流式承插密封圈連接

        雨水管道采用承插電熱熔連接方式;污水管道采用節(jié)流式承插密封圈連接方式,均可達(dá)到管道的整體零滲漏。

        鋼筋混凝土排水管,在保證密封方面比較困難,致使污水泄漏從而造成對地下水和土壤的污染。國內(nèi)絕大多數(shù)使用的平接口混凝土排水管的連接,只在連接處抹一圈混凝土,時間一長很難保證不泄漏。現(xiàn)在也有采用承插+O型橡膠圈+密封膏+現(xiàn)澆水泥連接。但承插口接觸面小,接口材質(zhì)不同,而且完全是剛性連接,管道稍有移動(如地基不均勻沉降),連接處就很容易被破壞。另外,混凝土排水管單節(jié)長度短,接口多。國家對鋼筋混凝土管的使用,住建部第2000[27]號和2004[28]號文有明文規(guī)定限制使用鋼筋混凝土管道。

        2.7 使用壽命

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,使用壽命長,連續(xù)使用50年以上。高密度聚乙烯管道屬于柔性管道,與傳統(tǒng)水泥管、球墨鑄鐵管等剛性管材相比,具有變形能力強(qiáng),柔韌性好,抗沖擊力強(qiáng),耐腐蝕和耐磨損能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。剛性管作為埋地用時,管材獨(dú)立承受外力,并且不允許變形 (變形將損壞管材)。柔性管則不然,它正是利用其良好的彈性變形能力和特有的外肋筋結(jié)構(gòu)同周圍土壤的緊密結(jié)合形成一個良好的受力結(jié)構(gòu),真正起到管土共同作用。當(dāng)管材受到正上方的載荷時,管材將發(fā)生橫向變形,將力分散至周圍土壤形成一個共同受力結(jié)構(gòu),管土共同作。當(dāng)載荷離開時,管材恢復(fù)圓形。埋深為可達(dá)0.7~20m。

        鋼筋混凝土排水管,設(shè)計壽命只有15~20年,實(shí)際使用則更短。需要重復(fù)投資和不斷維護(hù)。

        2.8 輸送介質(zhì)

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,輸送介質(zhì)廣泛,酸堿性液體、油性液體、天然氣、煤氣、工業(yè)廢水、生活污水以及雨水等。耐磨性好、耐腐蝕、抗老化性強(qiáng)。目前,已在沿海地區(qū)市政、電力、化工、碼頭等領(lǐng)域大量采用。

        鋼筋混凝土排水管,主要輸送雨水。

        2.9 施工

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,方便快捷,安全。由于管材質(zhì)量輕,所以方便快捷,做到邊開挖邊敷管邊回填,由于接口為本體承插式連接,管道也可以在溝槽邊連接好后以一段管敷入溝槽。當(dāng)管道口徑≤DN800mm時無需機(jī)械設(shè)備作業(yè),只用人工就可完成敷管作業(yè)。降低了工程成本,縮短了施工工期,提高了工程進(jìn)度。施工過程中保障了施工工人的安全系數(shù),減少了安全隱患。

        鋼筋混凝土排水管,管道溝槽開挖量大,對基礎(chǔ)平整度要求高,敷設(shè)管材前要先做好混凝土管基,管基做好后需要養(yǎng)護(hù)周期。季節(jié)、氣候影響因素大。管材質(zhì)量較重,施工時無論管材口徑大小都需要使用吊裝設(shè)備,施工周期長,增加了工人施工中的不安全隱患。

        2.10 環(huán)保

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,環(huán)保產(chǎn)品。HDPE是21世紀(jì)的綠色管道,管道本身可以回收再做它用,對環(huán)境、土壤無污染。排水排污零滲漏,沒有二次污染。做到了一次投資,長期受益。完全符合國際提倡的環(huán)保、節(jié)能、降耗的原則。

        鋼筋混凝土排水管,非環(huán)保產(chǎn)品。

        2.11 綜合單價

        高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管,小管徑管道綜合單價較混凝土管低5%左右,大管徑管道綜合單價較鋼筋混凝土管高5~30%不等。

        鋼筋混凝土排水管,大管徑管道綜合單價較HDPE管低。

        3 結(jié)論

        3.1 市政排水管道工程管材選用原則

        (1)質(zhì)量優(yōu)先,以滿足技術(shù)要求放在首位;

        (2)推廣采用新工藝、新材料、新產(chǎn)品,提高技術(shù)水平,推進(jìn)行業(yè)發(fā)展;

        (3)盡量考慮價廉物美,節(jié)省工程造價;

        (4)滿足政策和規(guī)范要求。

        3.2 市政排水管道工程管材選擇

        綜合考慮各工程項(xiàng)目管道管徑大小、項(xiàng)目所處位置及使用要求的不同,選用不同的管材。

        (1)高密度聚乙烯(HDPE)纏繞管適用范圍:

        ①小管徑管道(DN400-DN1000)或超大管徑管道(DN220 0-DN3000);

        ②污水管道(要求零滲漏);

        ③位于兩型示范區(qū);

        ④地下水水質(zhì)要求高;

        ⑤伴隨或鄰近防洪堤(壩)(防滲漏以確保堤體結(jié)構(gòu)安全);

        ⑥伴隨或鄰近景觀水體(系)。

        (2)鋼筋混凝土管適用范圍:

        管徑較大的雨水管道 (d1200-d2000)??紤]綜合單價較低,且施工工期沒有特別要求時選用。

        [1]《給水排水設(shè)計手冊第1冊常用資料》.中國建筑工業(yè)出版社,2000.

        [2]《給水排水設(shè)計手冊第5冊城鎮(zhèn)排水》.中國建筑工業(yè)出版社,2004.

        [3]《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB50014-2006,2014年版).中國計劃出版社,2014.

        [4]《埋地用聚乙烯(PE)結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第2部分:聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》(GB/T19472.2-2004).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

        [5]《混凝土和鋼筋混凝土排水管》(GB/T11836-2009).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

        TU532.6

        A

        2095-2066(2016)24-0053-02

        2016-7-2

        陳 鑫(1983-),男,工程師,本科,主要從事市政給排水、水處理方面的工作。

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