大口徑PE 螺旋波紋管在調(diào)水工程中的設計及應用

劉明彥

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510635)

0 前言

鋼帶增強聚乙烯(PE)螺旋波紋管［1］(以下簡稱螺旋波紋管(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，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、高強度和聚乙烯的柔韌、耐腐、耐磨等優(yōu)良性結(jié)合起來，可使管材達到SN8、SN12.5、SN16 這3個級別環(huán)剛度，解決了鋼材的耐腐蝕問題，突破了較大直徑全塑料埋地排水管環(huán)剛度一般只能達到SN8 的限制。螺旋波紋管(PE)在達到高性能要求的同時，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、耐磨損、防滲漏，能防止對地下水資源的污染，有利于環(huán)境保護;因單位重量較輕，螺旋波紋管(PE)埋設時不需要大型設備，運輸安裝方便且進度快;較輕的重量同時也降低了對地基承載力的要求，進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)水補水系統(tǒng)等排水管道工程領域。

1 概 況

1.1 工程概況

廣州市海珠區(qū)調(diào)水補水工程—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“迎亞運治水”重點工程。工程起點經(jīng)由景隆印刷廠、廣州協(xié)力五金塑料廠南行穿過赤沙路，終點與大滘涌連通，工程建設總長度707 m，采用單根DN2400 螺旋波紋管(PE)引水、補水。設計管底高程－ 2.000～－2.139 m，設計坡度0.2‰，管頂平均覆土厚度1.2 m，管線兩側(cè)回填中粗砂，相對密實度≥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置鋼筋混凝土矩形檢查井，最大間距50 m，井蓋設直徑800 mm進入檢查孔。井基下鋪設100 mm厚混凝土墊層、500 mm厚碎石砂墊層并采用6 m松木樁進行處理。為滿足管道進、出口防沖、消能和水流平順銜接的需要，在進、出水口分別設置沉沙池，為避免雜物進入管道進而導致管道堵塞，在進出口擋土墻上設攔污柵。該工程的任務是通過連接斷頭河涌，將涌內(nèi)死水變?yōu)榛钏瑢崿F(xiàn)河涌的單向流動，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，地勢較為平坦，地勢較低。本工程敷設的管線管底距地面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，須對管道底部淺層地基土進行處理。

2 設計要點

2.1 設計斷面比選

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。開敞式渠道斷面因需大面積開挖，占用土地較多，對本工程現(xiàn)狀來說，已不適宜;地面下埋設箱涵或管道斷面均適用本工程，其開挖占地少，工程建成后，箱涵或管道上還可復建建筑物或道路。二者中路下埋設管道對比建造箱涵方案，有開挖占地少，施工速度快，對地基承載力要求低，糟率小，單位面積過流能力大，單米造價低等特點。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，以下對常用的排水管材進行技術經(jīng)濟比較如下:

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，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，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

螺旋波紋管(PE)具有獨特的結(jié)構(gòu)、性能和特點，其主要優(yōu)勢是:耐化學腐蝕強;耐壓、耐沖擊性強;耐老化;重量輕、搬運、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、維修費用低;管材對環(huán)境影響小;管道系統(tǒng)穩(wěn)定性好;足夠安全可靠的環(huán)剛度及相對較高的剛度重量比;具有較高的綜合性價比。

2.4 管道設計參數(shù)的選取

對于螺旋波紋管(PE)的使用，必須嚴格要求其設計參數(shù)，其中最重要的設計參數(shù)為環(huán)剛度和允許變形率。根據(jù)工程特點，通過計算以及與相關廠家管材特點的結(jié)合，確定位于機動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%。同時還規(guī)定了其他性能指標，如:沖擊性能(TIR)≤10%;剝離強度(20℃±5℃)≥70 N/cm;環(huán)柔性試樣圓滑，無分層，無破裂，加強筋與基體無脫開，管材壁結(jié)構(gòu)的任何方向不發(fā)生永久性的屈曲變形;烘箱試驗中管材熔縫處無分層，無開裂;蠕變比率≤2;熔縫和焊縫的拉伸強度≥1 460 N。

2.5 基礎設計及管道的回填要求

螺旋波紋管(PE)屬柔性管材，應采用土弧基礎。對于軟土地基，必須先對地基進行加固處理，在達到規(guī)定的地基承載力要求后，再鋪設400 mm中粗砂基礎，基礎密實度應達到85%以上。對于土弧基礎支承角范圍內(nèi)的腋角部位，必須采用中粗砂或砂礫回填密實，其密實度應達到95%。

因設計排水管線為柔性管材，所以在施工回填中應注意管底基礎至管頂以上0.6 m范圍內(nèi)，必須采用人工回填，嚴禁用機械推土回填;同時從管線、檢查井等構(gòu)筑物兩側(cè)同時對稱回填，確保管線與構(gòu)筑物不產(chǎn)生位移。溝槽回填料的密實度要求見表2。

表2 溝槽回填料的密實度要求

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，相應管材的連接方式、方法應根據(jù)其端口面形式分別確定。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的主要為螺旋形端口。在設計中，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。本工程采用單根DN2400 螺旋波紋管(PE)引水、補水，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，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)水補水工程軟土地基中應用的工程實踐表明，通過合理的設計及施工方法，管道環(huán)截面變形、管道環(huán)截面強度、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，運行狀況良好，其設計經(jīng)驗可供類似地區(qū)參考。

［1］建設部標準定額研究所.CJ/T225—2006 埋地排水用鋼帶增強聚乙烯(PE)螺旋波紋管［S］.北京:中國標準出版社，2006.