（石家莊市城市水系管理處 河北石家莊 050021）

淺談大管徑玻璃鋼管道首次在石家莊市市政工程中的應(yīng)用

王 千 楊 勝

（石家莊市城市水系管理處 河北石家莊 050021）

該論文通過“石家莊市民心河二期工程”的工程建設(shè)實(shí)例，初步論述了管徑3.2米的玻璃鋼管道在石家莊市市政工程中的首次應(yīng)用。玻璃鋼管道不僅有輕質(zhì)高強(qiáng)、安裝方便、使用壽命長、重量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，還大大降低施工難度，提高了工效，因此給市政管網(wǎng)建設(shè)提供了一個(gè)范例。

市政工程；民心河；玻璃鋼管道；應(yīng)用

一、民心河二期工程概況

石家莊市作為河北省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，產(chǎn)業(yè)和人口高度聚集，各種經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)頻繁，城市的生態(tài)環(huán)境建設(shè)在維護(hù)整個(gè)生態(tài)平衡中具有特殊的地位和作用,城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量直接影響著城市的可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和現(xiàn)代化建設(shè)。

已建成的民心河一期為一條美化城市的景觀河道，具有排水、泄洪、輸水、蓄水、旅游娛樂、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候等多種功能，為改善城區(qū)的水環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。近年來石家莊市城區(qū)南部的城市化進(jìn)程不斷加快，客運(yùn)鐵路入地、新火車站正在建設(shè)中，規(guī)劃的南部大學(xué)城已有河北科技大學(xué)，河北師范大學(xué)落戶建成。但市區(qū)南部的橋西、南栗明渠仍為雨污合流渠道，污水排放不僅嚴(yán)重污染空氣環(huán)境、同時(shí)也污染地下水，不但嚴(yán)重影響兩岸居民生活質(zhì)量，而且省會(huì)形象也因此而大為遜色，給沿途的環(huán)境尤其是新火車站區(qū)域及南部大學(xué)城造成了嚴(yán)重的污染，市區(qū)南部的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量急需改變。另外，橋西明渠南段不通，明渠斷面過小，直接影響市區(qū)部分管網(wǎng)排水，造成橋西區(qū)域多處地段積水嚴(yán)重。尤其是南栗明渠,一遇降雨，大量垃圾、雜物隨水而下，嚴(yán)重影響下游的總退水渠及污水管道的安全運(yùn)行。為此截流污水，改造橋西明渠與南栗明渠，建設(shè)自然生態(tài)、景色宜人的景觀河道是順應(yīng)民心、改變我市南部城區(qū)臟亂差面貌的一項(xiàng)極其重要的生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程。

民心河二期工程從1999年開始籌劃，2000年完成《項(xiàng)目建議書》、《可行性研究報(bào)告》、《環(huán)境評(píng)估報(bào)告》和《初步設(shè)計(jì)》，由省計(jì)委【2000】 286號(hào)和市計(jì)委【2003】572號(hào)文件批復(fù)實(shí)施。工程主要包括新建、改建橋西明渠和南栗明渠9.27公里，新建污水管網(wǎng)8.7公里，雨水管網(wǎng)9.16公里，綠化面積62.11萬平方米，工程總投資6.3億元，用地81.53公頃。

二、玻璃鋼管道在橋西明渠中的應(yīng)用

橋西明渠始建于1957年，西起中華南大街，東至京廣鐵路西側(cè)再折向南，在南二環(huán)路北側(cè)向東經(jīng)鐵路編組場(chǎng)涵洞入南栗明渠，全長2.39公里。最大過流能力為16.5m3/s，擔(dān)負(fù)著京廣鐵路以西，五支渠以東主城區(qū)的排水任務(wù)。1999年中華大街—京廣鐵路775米梯形土渠納入“民心河”工程，已改造為底寬6米，上口20米寬的蓄水明渠，京廣鐵路轉(zhuǎn)彎處（新石北路）設(shè)置了5×3.5米節(jié)制閘，汛期提閘泄洪，非汛期落閘蓄水。閘下游到南二環(huán)1.615公里土渠，底寬4—6米，上口寬15米，沿岸建筑垃圾、工業(yè)和生活廢棄物，已嚴(yán)重阻礙了渠道的行洪能力，同時(shí)也嚴(yán)重影響了城市景觀。

根據(jù)《石家莊市排水規(guī)劃》，橋西明渠收水面積為23.44平方公里，排水流量為49.55 m3/s,現(xiàn)狀編組站涵洞過水能力不能滿足排水需求?！妒仪f市防洪規(guī)劃》將橋西明渠排水出路分為兩個(gè)，一是在南二環(huán)路北側(cè)利用原有涵洞向南栗明渠分流15 m3/s，最終排入總退水渠。二是將橋西明渠眼延長，穿過南二環(huán)，沿鐵路編組站場(chǎng)西側(cè)南延，分流34.55 m3/s流量，排入五支渠。

即將建成的橋西明渠長3372米，建設(shè)內(nèi)容包括：新建明渠373米、暗涵1860米、直徑3.2m玻璃鋼管道430米（兩根）,、隧道855米，污水管道320米。

此次新建的兩趟大管徑雨水管道，位于京廣鐵路線西，南二環(huán)路以南，穿越鐵路宿舍。單根長430米，管徑3.2米，管道介質(zhì)為雨水，流量35m /s；玻璃鋼管道在我市雨污水工程中應(yīng)用廣泛，但管徑3.2米且在我市應(yīng)用尚屬首次。

三、玻璃鋼管道的特點(diǎn)

玻璃鋼管也稱玻璃纖維纏繞夾砂管（RPM管）。主要以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以高分子成分的不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無機(jī)非金屬顆粒材料為填料作為主要原料。管的標(biāo)準(zhǔn)有效長度為6m和12m，其制作方法有定長纏繞工藝、離心澆鑄工藝以及連續(xù)纏繞工藝三種?？筛鶕?jù)產(chǎn)品的工藝方法、壓力等級(jí)PN和剛度等級(jí)SN進(jìn)行分級(jí)分類。本工程使用的管道采用連續(xù)纏繞工藝。

玻璃鋼纏繞管道是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的非金屬管道。它是具有樹脂基體重的玻璃纖維按工藝要求逐層纏繞在旋轉(zhuǎn)的芯模上，并在纖維之間遠(yuǎn)距離均勻地鋪上石英砂作為夾砂層。其管壁結(jié)構(gòu)合理先進(jìn)，能充分發(fā)揮材料的作用，在滿足使用強(qiáng)度的前題下，提高了鋼度，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，使用壽命長達(dá)50年以上。其管道特點(diǎn)：

1、纖維纏繞玻璃鋼管道結(jié)構(gòu)上分內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層及外保護(hù)層三部分。其中，內(nèi)襯層樹脂含量高，一般在70%以上，其內(nèi)表面富樹脂層樹脂含量高達(dá)95%左右。通過對(duì)內(nèi)襯所用樹脂的選擇，可使玻璃鋼管道在輸送液體時(shí)具有不同的耐腐蝕性能，從而滿足不同的工作需要；對(duì)需外防腐的場(chǎng)合，只需對(duì)外保護(hù)層樹脂進(jìn)行認(rèn)真選擇，便也可達(dá)到不同外防腐的使用目的。

根據(jù)不同的腐蝕環(huán)境，可選用不同的防腐樹脂，主要包括：間苯型不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、雙酚A樹脂、環(huán)氧樹脂及呋喃樹脂等，根據(jù)具體情況分別選用：對(duì)酸性環(huán)境，選用雙酚A樹脂、呋喃樹脂等；對(duì)堿性環(huán)境，選用乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂等；對(duì)溶劑型使用環(huán)境，選用呋喃等樹脂；當(dāng)酸、鹽、溶劑等腐蝕不是十分嚴(yán)重時(shí)，則可選用價(jià)格較為低廉的間苯型樹脂〔2〕。通過對(duì)內(nèi)襯層不同樹脂的選擇，便可使玻璃鋼管道廣泛用于酸、堿、鹽、溶劑等工作環(huán)境中，表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。

2、抗老化性能和耐熱性能好。玻璃鋼管可在-40℃～70℃溫度范圍內(nèi)長期使用，采用特殊配方的耐高溫樹脂還可在200℃以上溫度正常工作。長期用于露天使用的管道，其外表面添加有紫外線吸收劑，來消除紫外線對(duì)管道的輻射，延緩玻璃鋼管道的老化。

3、抗凍性能好。在零下20℃以下，管內(nèi)結(jié)冰后不會(huì)發(fā)生凍裂。

4、重量輕、強(qiáng)度高、運(yùn)輸方便。玻璃鋼管道比重約為1.6左右，僅是鋼管或鑄鐵管的1/4～1/5，實(shí)際應(yīng)用表明，在承受同樣內(nèi)壓的前提下，同口徑、同長度的玻璃鋼管道，其重量約為鋼管的30%左右。正因如此，玻璃鋼管道在運(yùn)輸時(shí)可套裝運(yùn)輸，節(jié)省油耗及其它費(fèi)用；安裝時(shí)，對(duì)中小口徑的玻璃鋼管道一般不需用重型機(jī)械，有的甚至可通過人工搬運(yùn)，提高了安裝速度。

5、水力條件好。內(nèi)壁光滑、輸送能力強(qiáng)，不結(jié)垢、不生銹、水阻小。

纏繞玻璃鋼管道內(nèi)表面光滑，內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度僅為0.01 mm，遠(yuǎn)小于鋼管及鑄鐵管的內(nèi)壁粗糙度見表1，屬水力學(xué)光滑管。

表1 不同管材內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度

6、可設(shè)計(jì)性好。玻璃鋼管可根據(jù)用戶的各種特定要求，諸如不同的流量，不同的壓力，不同的埋深和載荷情況，設(shè)計(jì)制造成不同壓力等級(jí)和剛度等級(jí)的管道。

7、維護(hù)成本低。玻璃鋼管由于上述的耐腐，耐磨和抗凍和抗污等性能，因此工程不需要進(jìn)行防銹，防污，絕緣，保溫等措施和檢修。對(duì)地埋管無需作陰極保護(hù)，可節(jié)約工程維護(hù)費(fèi)用達(dá)70%以上。

8、耐磨性好。把含有大量泥漿，沙石的水，裝入管子中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磨損影響對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)300萬次旋轉(zhuǎn)后，檢測(cè)管內(nèi)壁的磨損深度如下：用焦油和瓷釉涂層的鋼管為0.53mm，用環(huán)氧樹脂和焦油涂層的鋼管為0.52mm，經(jīng)表面硬化處理的鋼管為玻璃鋼管為0.21mm。由此玻璃鋼耐磨性能好。

9、電熱絕緣性好。玻璃鋼是非導(dǎo)體，管道的電絕緣性特優(yōu)，絕緣電阻在1012-1015Ω.cm，最適應(yīng)使用于輸電，電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)玻璃鋼的傳熱系數(shù)很小，只有0.23，是鋼的千分之五，管道的保溫性能優(yōu)異。

10、摩擦阻力小輸送能力高。玻璃鋼管內(nèi)壁非常光滑，糙率和摩阻力很小。糙率系數(shù)為0.0084而混凝土管的n值為0.014，鑄鐵管為0。013，因此，玻璃鋼管能顯著減少沿程的流體壓力損失，提高輸送能力。因此，可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益：在輸送能力相同時(shí)，工程可選用內(nèi)徑較小的玻璃鋼管道，從而降低一次性的工程投入；采用同等內(nèi)徑的管道，玻璃鋼管道可比其他材質(zhì)管道減少壓頭損失，節(jié)省泵送費(fèi)用。

四、本工程施工技術(shù)條件

由于本次施工的范圍在人口比較密集的小區(qū)內(nèi)，緊鄰居民樓，施工場(chǎng)地狹窄，增加了施工的難度。因此采用管徑3.2m的玻璃鋼管道，一是管徑減少10%，減少溝槽開挖寬度；二是縮短施工周期，減少施工對(duì)居民帶來的影響。如采用其他材質(zhì)管道，管徑太大，不易制造和使用，占用施工場(chǎng)地也較大。

管道基本情況：管徑3.2m玻璃鋼管道，長度6米和12米兩種規(guī)格，管內(nèi)介質(zhì)為雨水。

（一）施工要求

（1）覆土厚度平均5米，溝槽開挖深度8—8.5米。

（2）管頂?shù)孛孳囕v荷載按超汽-20級(jí)計(jì)。

（3）管道接口為雙膠圈承插接口，接口內(nèi)壁使用5mm厚玻璃鋼內(nèi)襯加強(qiáng)，由供貨廠家制作。

（4）管道嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)：管道嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)按工作介質(zhì)內(nèi)壓0.4Mpa的1.5倍進(jìn)行，試驗(yàn)合格判定依據(jù)為允許壓力降值和允許滲水量值兩項(xiàng)，試驗(yàn)方法見《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）內(nèi)容。

（二）管道裝卸

DN3200mm 玻璃鋼管管徑太大，管材進(jìn)場(chǎng)后需二次搬倒，用25T吊車下管。北段吊車直接下管到溝槽底，逐根安裝。因小區(qū)內(nèi)有地下管線，中段及南段無法用吊車一次下管到位，需用龍門架+鐵軌水平運(yùn)輸。

（1）管道裝卸過程中應(yīng)該輕裝輕放，嚴(yán)禁摔跌或者撞擊。

（2）管道裝卸機(jī)具的工作位置必須穩(wěn)定，機(jī)具的起吊能力必須可靠。

（3）管道可以采取一個(gè)或者兩個(gè)支撐點(diǎn)進(jìn)行起吊，要保證管道在空中均衡，嚴(yán)禁用繩子貫穿管道兩端進(jìn)行裝卸管道。

（4）裝卸用的吊繩應(yīng)該是柔韌、較寬的皮帶、吊帶或者繩索，嚴(yán)禁用鋼絲繩或者鎖鏈進(jìn)行吊裝管道。

（三）材料存放

（1）管道到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)運(yùn)至相應(yīng)作業(yè)地段立即展開施工，如遇到不可抗拒因素?zé)o法立即進(jìn)行施工，則要對(duì)管材進(jìn)行安全存放

（2）玻璃鋼管道的輔助連接材料主要有玻璃纖維紗、短切氈 、玻璃絲布等增強(qiáng)材料和樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、抗老化劑等基體材料以及各種膠泥等 ，這些材料必須分類妥善存放在無陽光直射的干燥處。橡膠圈應(yīng)防曬且遠(yuǎn)離熱源，不得與油脂類和有機(jī)溶劑接觸。管道、管件應(yīng)按類型、規(guī)格、等級(jí)分類堆放，層間應(yīng)加軟質(zhì)襯墊 ，遠(yuǎn)離熱源和易燃易爆物品，不宜長期露天存放，防止爆曬。

（3）當(dāng)管道直接存放在地上時(shí)，地面應(yīng)該平坦。嚴(yán)禁將管道存放在尖銳的硬物上，所堆放的管道應(yīng)該加木楔防止?jié)L動(dòng)。

（四）管道施工

1、管溝開挖

根據(jù)不同的地質(zhì)條件確定不同的開挖斷面形式。本段土質(zhì)為粘性土質(zhì)，條件較好，受兩側(cè)宿舍樓房影響，溝槽放坡系數(shù)在1：0.33，因開挖超過8米，根據(jù)2009年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)“關(guān)于印發(fā)《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》的通知”要求，開挖深度超過5米的基坑（槽）屬于“超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程”，需要采取支護(hù)措施。因此本溝槽采用土釘墻+錨噴的支護(hù)方法，保證施工安全。

2、溝槽驗(yàn)收

本工程溝槽開挖長度430米，分兩次驗(yàn)收，最小驗(yàn)收長度為200 m，對(duì)連接長度不足的管溝不予驗(yàn)收。對(duì)溝底高程、底寬、墊層料厚度等指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行下一步管道施工。

3、管道切割

由于轉(zhuǎn)彎、井位限制，需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管道切割。玻璃鋼管道的切割，在需切割處畫好切割線 ，包括截?cái)嗲懈罹€、與切孔相連的貫通切割線，用裝有切割鋸片的角向磨光機(jī)按畫好切割線的位置切斷管道或開孔。切口應(yīng)平整，切割尺寸偏差應(yīng)為±2mm，并涂上樹脂。在玻璃鋼管上開孔切割時(shí)，不得開方孔。

4、管道安裝

（1）下管時(shí)，管道承口應(yīng)朝來水方向。為便于管口試壓時(shí)的排氣，玻璃鋼管安裝時(shí)應(yīng)將試壓孔朝正上方。允許偏差為+5mm。玻璃鋼管下入溝槽時(shí)，不得與槽壁相互碰撞。溝內(nèi)運(yùn)輸管道不得擾動(dòng)天然地基，每根管之間順槽方向錯(cuò)開0.4m。

（2）安裝前徹底清潔管表面、凹槽、膠圈，并將膠圈涂好潤滑劑后由下部且無任何扭曲地放入凹槽內(nèi)，用手沿圓周檢查整體膠圈密封就位。

（3）劃標(biāo)記點(diǎn)、撞口。以承口的試壓孔中心量取Lx值。在插口兩膠圈中心到插口的標(biāo)志方向，均勻的畫標(biāo)記點(diǎn)（見圖一）。采用人工吊鏈撞口方法安裝，將承口端線與標(biāo)記點(diǎn)重合。即安裝到位。

圖一

（4）安裝后用鋼板尺探測(cè)標(biāo)記點(diǎn)到最近密封圈槽外壁的距離。與 L之差控制在±3mm即為合格（見圖二）

圖二

（5）管口試壓管道嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)按工作介質(zhì)內(nèi)壓進(jìn)行，試驗(yàn)合格判定依據(jù)為允許壓力降值和允許滲水量值兩項(xiàng)，

由于玻璃鋼管之間采用承插式 雙“O”型密封圈連接，所以每安裝一根管道，必須進(jìn)行管道嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)方法參照《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）內(nèi)容。即在承插口處進(jìn)行打壓，以檢測(cè)雙“O”型密封圈的密封效果。用試壓泵直接通過管頂?shù)脑噳嚎?。加水打壓至管道工作壓?.4Mpa的1.5倍后停泵(操作過程中要打開排水閥排氣)，觀察15min，壓降值不超過試驗(yàn)壓力的5%，且管口沒有滲漏現(xiàn)象時(shí)。管口試壓即為合格。若壓降降低較快。說明密封效果不佳 ，需重新安裝，以確保整個(gè)管道系統(tǒng)總體試壓成功。若壓降降低較快,說明密封效果不佳，需重新安裝，以確保整個(gè)管道系統(tǒng)總體試壓成功。

（五）管道安裝驗(yàn)收

（1）檢查徑向撓曲值。按照規(guī)范要求，玻璃鋼管道安裝完畢24h內(nèi)，應(yīng)測(cè)試管道的初始徑向撓曲變形，管道不得出現(xiàn)隆起、扁平和其他突變現(xiàn)象。

（2）水壓試驗(yàn)。為了全面檢查管道的安裝質(zhì)量，按照《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行試壓，允許滲水量可以按照鋼管的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（六）回填土

（1）管道經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方進(jìn)行回填。首先回填工作坑。工作坑采用中砂回填。

（2）管道兩側(cè)500mm內(nèi)中砂回填，并人工搗實(shí)兩側(cè)底部。以上部位分層土方回填，回填施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，管頂500mm內(nèi)采用電動(dòng)沖擊夯或蛙式夯行，每層鋪土厚度不得超過200mm，管頂500mm以上可采用小型壓路機(jī)碾壓，每層鋪土厚度不得超過350mm。

（3）回填距管道150mm范圍內(nèi)，不得有直徑大于250mm的石塊或硬土塊。應(yīng)注意回填時(shí)管道兩側(cè)要同時(shí)進(jìn)行，高度差不得超過500mm，以防止管道產(chǎn)生位移。

五、結(jié)論

本文簡(jiǎn)要的介紹了大管徑玻璃鋼管道在民心河二期管網(wǎng)工程的應(yīng)用，并結(jié)合施工情況情況進(jìn)行了總結(jié)。工程設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，其管材選擇、斷面布置、連接形式、閥井設(shè)施布置與城市供水有較大差別，均需要進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致的研究，與已建類似工程進(jìn)行比較及針求專家意見是非常有效的措施。

本次大管徑玻璃鋼管道在我市城市基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用，不僅總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn)，也為下一步的大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

[1] 岳紅軍編《玻璃鋼夾砂管道》科學(xué)出版社（1998年 ）

[2] 傅國棟《淺談大口徑FRP管的發(fā)展前景》 玻璃鋼/復(fù)合材料（第3期1994年）

[3] 鐘 云《玻璃鋼管道的應(yīng)用》 玻璃鋼/復(fù)合材料（第1期1997年）

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