顧 海 通

(山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

1 大口徑球墨管水壓試驗(yàn)合格的判斷依據(jù)

球墨鑄鐵管道安裝完畢之后，須進(jìn)行管道水壓試驗(yàn)，判斷管道安裝是否合格的依據(jù)有兩個(gè)：一是允許壓力降的數(shù)據(jù)；二是允許滲水量的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)數(shù)據(jù)如果達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙的要求，管道安裝試驗(yàn)為合格。

如果設(shè)計(jì)圖紙沒(méi)有要求，則需要根據(jù)實(shí)際情況，按照管材廠家提供的技術(shù)文件或者國(guó)家規(guī)范的要求確定以上兩個(gè)數(shù)值，兩個(gè)數(shù)值皆為判斷球墨鑄鐵管安裝是否合格的依據(jù)，不過(guò)現(xiàn)在的球墨鑄鐵管的接口形式和質(zhì)量已經(jīng)相當(dāng)成熟，我們?cè)谶M(jìn)行大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)查閱相關(guān)資料認(rèn)為選擇允許壓力降數(shù)值符合要求即可，允許滲水量可選擇性的作為依據(jù)。所以，本文對(duì)于允許滲水量數(shù)值為依據(jù)的方法不再做探討。

2 試驗(yàn)管段長(zhǎng)度的選擇

試驗(yàn)管段的長(zhǎng)度選擇首先要尊重設(shè)計(jì)師的要求，如果設(shè)計(jì)師沒(méi)有要求，則不超過(guò)1 km。

3 水壓試驗(yàn)的程序

3.1 水壓試驗(yàn)后背的制作

水壓試驗(yàn)后背準(zhǔn)備是大口徑球墨鑄鐵管道最重要的工序，關(guān)系到水壓試驗(yàn)的成功與否。后背由原土層及型鋼頂撐組成，原土層的土質(zhì)必須經(jīng)過(guò)確認(rèn)，且由勘察單位提供相關(guān)參數(shù)，確認(rèn)原土層能否作為水壓試驗(yàn)后背。

3.2 試驗(yàn)管段注水的要求

向試驗(yàn)管段內(nèi)注水時(shí)應(yīng)從下游緩慢注入，注水時(shí)在試驗(yàn)管段上游的管頂及管段中的高點(diǎn)設(shè)置排氣閥，將管道內(nèi)的氣體排出。

注水時(shí)，須用壓力泵從低高程處緩慢注水，打開(kāi)高程段的排氣閥，將試驗(yàn)管段內(nèi)氣體順利排出。

3.3 管道的浸泡

一般大口徑球墨鑄鐵管都有水泥砂漿襯里，試驗(yàn)管段注滿水之后，需要將試驗(yàn)管段進(jìn)行充分浸泡，浸泡時(shí)間不得小于24 h。

有關(guān)試驗(yàn)管段的高程起伏，管道內(nèi)須有壓力，但壓力不得大于工作壓力，保證管道水量充足即可。

3.4 預(yù)試驗(yàn)和主試驗(yàn)

預(yù)試驗(yàn)的目的是在試驗(yàn)壓力下檢查管道接口、配件是否有漏水、損壞之處，確保主試驗(yàn)的成功。

主試驗(yàn)的主要目的是檢查在試驗(yàn)壓力下，管道、管件的接口質(zhì)量，管道支墩是否能起到相應(yīng)的作用。

3.5 泄壓排水

大口徑管道的試壓用水量較大，以DN1 800口徑為例，每1 km需用試壓用水至少2 540 m3，試壓完畢排出時(shí)，破壞性較大。須預(yù)先設(shè)計(jì)排放地點(diǎn)，做好防護(hù)措施，避免破壞附近房屋、道路等設(shè)施。

4 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗(yàn)的具體要求

4.1 試驗(yàn)壓力與工作壓力的關(guān)系

工作壓力P≤0.5 MPa，試驗(yàn)壓力為2P；工作壓力P>0.5 MPa時(shí)，試驗(yàn)壓力為P+0.5 MPa。

4.2 預(yù)試驗(yàn)階段

管道經(jīng)過(guò)充分浸泡之后，利用水泵繼續(xù)注水加壓，將管道內(nèi)水壓緩緩地升至試驗(yàn)壓力并穩(wěn)壓30 min，期間查看壓力降，隨時(shí)注水補(bǔ)壓，保持試驗(yàn)壓力值，但注意，不得超過(guò)試驗(yàn)壓力值。

穩(wěn)壓期間，檢查管道、配件接口處是否有漏水、損壞的情況，如果發(fā)現(xiàn)有漏水、損壞的情況，應(yīng)及時(shí)停止試壓，查明原因并采取措施后重新試壓。

4.3 主試驗(yàn)階段

預(yù)試驗(yàn)階段完成之后，停止注水補(bǔ)壓，穩(wěn)定15 min，待15 min后觀察壓力降的數(shù)值，如果壓力降的數(shù)值不小于0.03 MPa，則可以將試驗(yàn)管段壓力降至工作壓力，并恒壓觀察30 min，同時(shí)進(jìn)行外觀檢查，無(wú)漏水現(xiàn)象，該試驗(yàn)管段水壓試驗(yàn)合格。

4.4 試驗(yàn)期間的常見(jiàn)問(wèn)題

注水加壓過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)壓力表指針左右擺動(dòng)、不穩(wěn)，升壓較慢，可能是試驗(yàn)管段內(nèi)有空氣，需要檢查排氣閥，繼續(xù)排氣。

升壓過(guò)程中，要檢查后背、頂撐，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)場(chǎng)立即停止。

5 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗(yàn)的相關(guān)計(jì)算

水壓試驗(yàn)前，需要對(duì)試壓后背、盲板、千斤頂?shù)仍O(shè)備材料進(jìn)行制作和選型，皆須根據(jù)管道規(guī)格、試驗(yàn)壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

5.1 大口徑球墨管試壓

后背支撐示意圖見(jiàn)圖1。

5.2 計(jì)算的邏輯關(guān)系

首先，根據(jù)管道口徑、試驗(yàn)壓力，計(jì)算出試驗(yàn)水體作用于末端堵板的力，單位為kN；

第二，根據(jù)勘察報(bào)告中土體的性質(zhì)，以及溝槽開(kāi)挖的深度，計(jì)算出試驗(yàn)管段區(qū)域作為后背墻的土體的允許抗力，單位為kN/m；

第三，根據(jù)以上兩個(gè)數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出試驗(yàn)管段區(qū)域作為后背土體的最小長(zhǎng)度，此時(shí)試壓后背的計(jì)算完成；

第四，由于試壓管段的末端需要用盲板，須根據(jù)使用盲板的材料計(jì)算出盲板的最小厚度；

第五，試驗(yàn)管段的盲板和后背之間需要用支撐型鋼及千斤頂，須計(jì)算出盲板支撐型鋼最小規(guī)格，以及所需千斤頂?shù)囊?guī)格和數(shù)量。此時(shí)大口徑球墨鑄鐵管道水壓試驗(yàn)的計(jì)算部分基本完成。

5.3 試驗(yàn)水體作用力計(jì)算

試驗(yàn)水體作用于盲板的壓力利用下式計(jì)算：

F=P×A。

其中，F(xiàn)為試壓水體作用于后背的力，N；A為試壓管道截面面積，m2；D為管道直徑,m；P為試驗(yàn)壓力，Pa。

5.4 后背墻的允許抗力計(jì)算

根據(jù)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范后背土墻允許抗力可按下式計(jì)算：

其中，Ep為后背墻每米寬度上的被動(dòng)土壓力，kN/m；γ為后背土的重力密度,kN/m3；H為后背墻高度,m；h為后背墻頂端至地面高度,m；Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)，建議按此式計(jì)算Kp=tg2(45°+φ/2),φ為后背土體的內(nèi)摩擦角，該數(shù)據(jù)可以參考設(shè)計(jì)圖紙或者地質(zhì)勘查報(bào)告；c為后背土體的粘聚力，該數(shù)據(jù)可以從設(shè)計(jì)圖紙或地質(zhì)勘查報(bào)告查閱。

5.5 后背墻的寬度

后背墻受力寬度可參考下式計(jì)算：

B≥1.2R/Ep。

其中，B為后背受力寬度，m；1.2為安全系數(shù)。

5.6 關(guān)于盲板的計(jì)算

為了便于制作，試壓盲板可采用Q235C的鋼制作。其許用應(yīng)力為113 MPa(20 ℃)，屈服強(qiáng)度為235 MPa(20 ℃)。

根據(jù)《管道施工實(shí)用手冊(cè)》，帶加強(qiáng)肋平板式盲板選用厚度公式：

其中，S為盲板厚度，mm；P為試驗(yàn)壓力，MPa；Dc為加強(qiáng)肋筋最大有效內(nèi)切圓直徑，mm；σ為Q235鋼板材料許用應(yīng)力，可參考取值113 MPa；C為厚度附加系數(shù)，參考取值3 mm～5 mm。

5.7 關(guān)于盲板與千斤頂之間型鋼支撐的計(jì)算

盲板與千斤頂之間需要型鋼來(lái)緩沖，防止盲板被破壞。

口徑DN1 800左右的球墨鑄鐵管采用的型鋼建議選用20b以上工字鋼加工制作，制作成“田”型。

根據(jù)盲板最大受力F的數(shù)值，可以從《五金手冊(cè)》查20號(hào)工字鋼的抗壓強(qiáng)度為215 N/mm2，腿寬102 mm，盲板在最大受力的情況下，計(jì)算出緩沖型鋼與盲板之間的最小受力面積，建議采用下式計(jì)算：

其中，A為最小受力面積，mm2；F為試驗(yàn)壓力下用于盲板的力，kN；S為型鋼的抗壓強(qiáng)度215 N/mm2。

用工字鋼制作“田”字型頂鐵，計(jì)算出頂鐵接觸面積超過(guò)A的計(jì)算值，即可為符合要求。

5.8 千斤頂選型

可根據(jù)最大試驗(yàn)壓力作用在盲板上的力來(lái)計(jì)算，結(jié)果數(shù)據(jù)單位為N，再換算為t，即可計(jì)算出使用千斤頂?shù)囊?guī)格和數(shù)量，千斤頂?shù)臄?shù)量只可為偶數(shù)，不可為奇數(shù)。

6 大口徑球墨鑄鐵管試壓應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

1)壓力管道水壓試驗(yàn)前，除接口外管道兩側(cè)及管頂以上回填高度須大于0.5 m，以防止管節(jié)移動(dòng)及雨季漂浮,采用自錨接口的球墨鑄鐵管線則全部回填至設(shè)計(jì)高程后進(jìn)行水壓試驗(yàn)；

2)管道支墩在水泥養(yǎng)護(hù)要達(dá)到設(shè)計(jì)的水泥強(qiáng)度后才可進(jìn)行水壓試驗(yàn)；

3)在雨季施工時(shí)，安裝的接口經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程師用探尺檢測(cè)合格后，為防止接口處局部地基沉降等，建議管身及接口處可以在試壓前回填至覆土標(biāo)高；

4)大口徑管道在雨季期間施工，建議每天開(kāi)挖管溝長(zhǎng)度要與每天安裝管子數(shù)量及回填長(zhǎng)度相匹配。

7 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗(yàn)的局限性及思考

大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗(yàn)時(shí)，作用在后背支撐的力量極大，以DN1 800的管道，試壓壓力為2.8 MPa為例，作用在后背上的力超過(guò)7 000 kN，一旦發(fā)生事故，最周邊人員或設(shè)施的破壞力極大，有很大的危險(xiǎn)性，水壓試驗(yàn)過(guò)程中，后背頂撐、管道兩端嚴(yán)禁站人。

大口徑球墨鑄鐵管道試壓用水的需求量很大，而且試壓用水的要求為可飲用水，以DN1 800規(guī)格的管道，10 km的距離試壓用水的需求量約為253 000 m3，為水資源帶來(lái)極大的浪費(fèi)，泄水過(guò)程中也會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)沖擊。對(duì)于水資源缺乏的地區(qū)來(lái)說(shuō)，具有很大的局限性。

雨季施工時(shí)，溝槽內(nèi)容易積水，為回填壓實(shí)工作帶來(lái)阻礙，管道水壓試驗(yàn)難度更大，造成成本增加。

8 結(jié)語(yǔ)

大口徑球墨鑄鐵管用水體作為試壓介質(zhì)并不是最好的選擇，比如日本等國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出成熟的單口試壓方式，簡(jiǎn)單便捷，但是我國(guó)尚沒(méi)有支持采取該試壓方式的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。筆者將繼續(xù)對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行深入的考察、思考，尋找更便捷、可靠、環(huán)保的水壓試驗(yàn)方式，同時(shí)也呼吁各管材生產(chǎn)廠家、上級(jí)管理部門共同來(lái)解決此問(wèn)題。