0 引言

隨著我國(guó)城市的發(fā)展，城市居民人口不斷增長(zhǎng)，使得城市內(nèi)水資源的消耗量也隨之增加，原有的供水系統(tǒng)已無(wú)法滿足居民用水需求，加之部分供水管道建設(shè)時(shí)間較早，管道腐蝕較為嚴(yán)重，管道漏水甚至涌水的情況時(shí)有發(fā)生。因此為保證居民的用水需求，城市供水管道敷設(shè)也越來(lái)越多，管道直徑也越來(lái)越大，但大直徑供水管道所承受的水壓力也很大，當(dāng)其密封性不嚴(yán)時(shí)不但產(chǎn)生泄露涌水現(xiàn)象，影響居民正常用水需求，而且泄露的水壓力較大，對(duì)周邊土體產(chǎn)生沖刷，從而影響周邊環(huán)境安全。在遼西北供水二期工程施工中，由于供水管道直徑較大、管道較長(zhǎng)且管道穿越主城區(qū)，為保證供水管道可以正常工作，防止后續(xù)在供水過程中出現(xiàn)泄露等問題，項(xiàng)目部對(duì)安裝后的管道進(jìn)行密封性檢測(cè)檢驗(yàn)，確保管道接口質(zhì)量合格，杜絕因施工質(zhì)量問題而引起的返工返修，減少了對(duì)城市居民用水的影響，同時(shí)也對(duì)管道施工的相關(guān)工藝進(jìn)行檢驗(yàn)，使得其后續(xù)施工質(zhì)量處于可控中。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝后的管道進(jìn)行密封性檢測(cè)，確保了其密封性符合有關(guān)規(guī)定，保障了供水管道的安全運(yùn)行。

1 工程概況

本合同工程位于鐵嶺市鐵嶺縣、調(diào)兵山市境內(nèi)，包括遼西北供水二期工程的鐵嶺老城區(qū)供水工程和調(diào)兵山市供水工程的輸水管道工程。鐵嶺老城區(qū)供水工程供水線路起自柴河水庫(kù)，經(jīng)6.86km直徑DN1200球墨鑄鐵管和鋼管至鐵嶺凈水廠；調(diào)兵山市供水工程起自遼西北供水工程調(diào)兵山配水站，經(jīng)10.94km直徑DN900的球墨鑄鐵管和鋼管輸送至調(diào)兵山凈水廠。

為檢測(cè)供水管材銜接處是否密封不漏水，試驗(yàn)段選擇在樁號(hào)調(diào)兵山市供水工程5+533.623～6+403.868段球墨鑄鐵管直徑DN900，其間有144根標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，單根上6m，2根短管節(jié)，單根長(zhǎng)3.125m，管節(jié)接口為承插接口，該里程段之間無(wú)閥井。

2 水壓試驗(yàn)原理及試驗(yàn)總體布置

管道試驗(yàn)應(yīng)分預(yù)試驗(yàn)與主試驗(yàn)兩個(gè)階段進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

水壓試驗(yàn)兩端采用法蘭盲板封堵，在兩端盲板上安裝泄水球閥并且各安裝一塊壓力表，首先向注水孔內(nèi)進(jìn)行注水，待管內(nèi)完全注滿水后，將排氣球閥關(guān)閉，然后將注水閥連接升壓閥后進(jìn)行升壓注水，當(dāng)水壓試驗(yàn)合格完畢后，通過排水閥將管道內(nèi)的水排出泄壓[1]。

首段水壓試驗(yàn)里程調(diào)兵山市供水工程5+533.623～6+403.868段，6+403.868端作為進(jìn)水口，打壓端，水壓試驗(yàn)布置如圖1和圖2所示。

圖1 水壓試驗(yàn)6+403端布置圖

圖2 水壓試驗(yàn)5+533端布置圖

3 首段水壓試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

管道試壓采用管道試壓泵作為壓力源。壓力表的選擇：調(diào)兵山供水線路打壓試驗(yàn)壓力標(biāo)高為261m，試驗(yàn)段最高端6+403.868端管中心高程H1=74.06822m，試驗(yàn)段最低端5+533.623端管中心高程H2=73.140504m，△H1=261-74.06822=186.93178m，△H2=261-73.140504=187.859496m。

6+403.868 端壓力=Ρ水Vg/1m2=103×186.93178×1×1×9.8/1=1831931.444n/m2=1.83MPa

5+533.623 端壓力=Ρ水Vg/1m2=103×187.859496×1×1×9.8/1=1841023.061n/m2=1.84MPa

根據(jù)計(jì)算水壓試驗(yàn)壓力為1.83MPa/1.84MPa，壓力表采用0-2.5MPa壓力表，管道兩端各設(shè)一個(gè)壓力表。（壓力表使用前必須拿到計(jì)量局進(jìn)行校正，并出具證明）。壓力表安裝高于管中心高程1m，壓力表讀書為1.82MPa/1.83MPa時(shí)管中心壓力已達(dá)到試驗(yàn)壓力，水壓試驗(yàn)時(shí)根據(jù)壓力表度數(shù)判斷是否達(dá)到試驗(yàn)壓力。

盲板選擇由管廠提供的鋼制盲板。后背采用原狀土加固后背墻，在盲板和后背墻設(shè)置4臺(tái)50t的千斤頂，為保證盲板的力能夠均勻的傳遞到后背墻，防止盲板因受力不均而產(chǎn)生偏移，四個(gè)千斤頂需沿管道中心線對(duì)稱布置。排氣閥設(shè)置在管道的最高點(diǎn)處，以此確保管道內(nèi)部氣體能夠完全排出。

靠背采用預(yù)留不開挖溝槽土體作為試壓靠背，盲板與鋼梁之間的間距采用千斤頂進(jìn)行調(diào)節(jié)，千斤頂?shù)氖┝c(diǎn)為管堵中心和后背中心，施力方向平行于管線軸線方向。若靠背土體開挖斷面無(wú)法形成垂直斷面與盲板之間存在空隙采用三合土（重量比為白灰∶土∶砂子=1∶3∶6）進(jìn)行空隙的填筑。三合土按重量比1∶3∶6在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械拌制；裝載機(jī)運(yùn)卸三合土，人工平土。鑄鐵管道中心線以下分層厚度為200 mm～300mm，夯完兩層之后，分層厚度加大到500mm。填土干容重不小于1.8g/cm3。根據(jù)本項(xiàng)目所處地質(zhì)情況，后背布設(shè)在原狀土后背上，后背墻面必須平直與管道軸線垂直，對(duì)于試壓后背的長(zhǎng)度和寬度，應(yīng)進(jìn)行安全核算。

4 后背墻受力計(jì)算

計(jì)算靠背擋墻的水平推力F：F=P×S

式中F——水平推力，kN；

P——水壓試驗(yàn)壓強(qiáng)，（1.84MPa）；

S——管道過水面積，=3.1416×0.452=0.636m2。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，求得F=1170.24kN。

后背墻涉及尺寸為4.0m×3.5m，厚度為0.8m，墻體后方為原狀粘性土。

被動(dòng)土壓力Ep根據(jù)朗金理論土壓力公式計(jì)算為：

①頂點(diǎn)的被動(dòng)土壓力PpA：PpA=2c×tg（45°+?/2）

式中：Ep——后背墻上的總被動(dòng)土壓力（kN）；

L——后背墻的長(zhǎng)度，沿后背受力方向；取0.8m；

b——后背墻的寬度，取4m；

h——后背墻的高度，取3.5m；

γ——后背土體的重力密度，取15.5kN/m3（經(jīng)驗(yàn)值）；

c——土黏聚力，取20kPa；

?——土壤內(nèi)摩擦角，取17°。

注：γ、c、?為參考遼西北供水二期工程管道建安工程一標(biāo)調(diào)兵山市供水線路工程地質(zhì)說明取值。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，求得PpA=2×20×tg（45°+17/2）=54.06kN/m2

②底點(diǎn)的被動(dòng)土壓力PpB：PpB=γhBtg2（45°+?/2）+2c·tg（45°+?/2）

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，求得PpB=15.5×3.5×tg2（45°+17/2）+2×20×tg（45°+17/2）=153.136kN/m2

③作用于后背墻上的總被動(dòng)土壓力EP按土壓力分布面積乘以墻面寬計(jì)算：

Ep=（PpA+PpB）bh/2=0.5×（54.06+153.136）×4×3.5=1450.372kN

④結(jié)論：F＜Ep，滿足要求。

⑤根據(jù)梯形面積形心公式。

形心到下底邊的垂直距離hf=h（2a+b）/3×（a+b）=3.5/3×（2×45.06+153.136）/（45.06+153.136）=1.43m。

5 主要試驗(yàn)步驟

5.1 注水與排氣

結(jié)合工程實(shí)際情況，根據(jù)進(jìn)度要求選擇水泵型號(hào)為4寸潛水泵（80m3/h），配置2臺(tái)水泵注水，升壓是采用150QJ10-250/31-13型水泵進(jìn)行。開始注水時(shí)，灌水進(jìn)水需從試壓管道的進(jìn)水盲板下方開口端開始注水，排氣口需為試壓管道的高端部位，確保為最高點(diǎn)進(jìn)行排氣。注水要緩慢進(jìn)行以免混入空氣，管道水流速不超過0.3米/秒。先開排氣閥，管道注水時(shí)，排氣閥門需處于打開狀態(tài)，使得注入的水將管內(nèi)氣體依次排出，進(jìn)水管和排氣管孔徑需＞10cm，以便確保有足夠的進(jìn)水量將管道內(nèi)部氣體完全排出，待管道內(nèi)部氣體完全排出后將排氣閥關(guān)閉，管道浸泡24小時(shí)后才能打壓。

5.2 打壓階段

管道試驗(yàn)應(yīng)分預(yù)試驗(yàn)與主試驗(yàn)兩個(gè)階段進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

5.2.1 預(yù)試驗(yàn)階段

當(dāng)管道灌水完成且浸泡24h后，重復(fù)上述注水排期工序，確保管道內(nèi)部無(wú)殘留氣體后方可進(jìn)行打壓。首先將管道內(nèi)外氣壓調(diào)至相等并持續(xù)1h。然后關(guān)閉所有排氣閥，壓力緩慢上升，每級(jí)0.3MPa，每升一級(jí)后穩(wěn)壓不少于10min，將管道內(nèi)水壓緩緩地升至試驗(yàn)壓力并持壓0.5h，期間如有壓力下降可注水補(bǔ)壓，但始終小于試驗(yàn)壓力，在此期間安排專人檢查有無(wú)滲漏現(xiàn)象。如有滲漏現(xiàn)象應(yīng)中止試壓，并查明原因采取相應(yīng)措施后重新組織試壓。升壓過程中，如發(fā)現(xiàn)壓力表暨表針擺動(dòng)、不穩(wěn)且升壓較慢，應(yīng)重新排氣后再升壓[2]。

5.2.2 主試驗(yàn)階段

注水停止后穩(wěn)壓15min；若15min后壓力下降值在規(guī)定范圍內(nèi)，將試驗(yàn)壓力調(diào)節(jié)到工作壓力，穩(wěn)壓0.5h后安排專人檢查管道是否漏水，若無(wú)漏水則水壓試驗(yàn)合格。

水壓升至試驗(yàn)壓力后開始計(jì)時(shí)，每當(dāng)壓力下降，應(yīng)及時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)水，但降壓不得大于0.03MPa，使管道試驗(yàn)壓力始終保持恒定，延續(xù)時(shí)間不得少于2h，期間采用水表準(zhǔn)確計(jì)量出所泄出的水量q，允許滲水量q（L/min·km）為2.9 L/min·km。

式中：q——實(shí)測(cè)滲水量（L/min·km）；

W——恒壓時(shí)間內(nèi)補(bǔ)入管道的水量（L）；

T——從開始計(jì)時(shí)至保持恒壓結(jié)束的時(shí)間（min）；

L——試驗(yàn)管段的長(zhǎng)度（m）。

當(dāng)實(shí)測(cè)滲水量小于或等于允許滲水量時(shí)，試驗(yàn)合格。

5.3 泄壓、排水

試壓經(jīng)過建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位驗(yàn)收合格通過后，進(jìn)行緩慢降壓，不能引起顫動(dòng)，要緩慢開關(guān)泄壓閥，為防止水錘現(xiàn)象發(fā)生，閥門不得完全打開，同時(shí)緩慢打開排氣閥，確保在管道排水過程中空氣能夠及時(shí)補(bǔ)充到管道內(nèi)，保持管道內(nèi)外壓強(qiáng)平衡。

6 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

①當(dāng)管道打壓時(shí)，需確保管道內(nèi)部氣體完全排出，當(dāng)壓力計(jì)指針出現(xiàn)搖擺晃動(dòng)等異常情況時(shí)需對(duì)管道重新排氣后在打壓。

②所有參加人員必須服從指揮，試壓時(shí)后背10m范圍內(nèi)不許站人，禁止閑雜人等在試驗(yàn)范圍內(nèi)逗留。

③對(duì)所有作業(yè)人員做好安全交底，施工中必須按照交底進(jìn)行作業(yè)。同時(shí)對(duì)管理人員加強(qiáng)考核，杜絕違章作業(yè)、違章指揮[3]。

④安排專人對(duì)基坑周邊土體進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)周邊水位較高時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，當(dāng)基坑周邊土體出現(xiàn)開裂或局部坍塌時(shí)，立即停止施工，施工人員立即撤離，及時(shí)通知項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人，待基坑安全后方可繼續(xù)作業(yè)。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)安裝后的管道進(jìn)行密封性檢測(cè)檢驗(yàn)，不但確保了管道安裝質(zhì)量合格，減少了后續(xù)返修對(duì)城市居民用水的影響，同時(shí)也對(duì)管道施工的相關(guān)工藝進(jìn)行了檢驗(yàn)，使得其后續(xù)施工質(zhì)量處于可控范圍內(nèi)。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝后的管道進(jìn)行密封性檢測(cè)，確保了其密封性符合有關(guān)規(guī)定，保障了供水管道的安全運(yùn)行。