《埋地排水用鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管管道工程選用及安裝圖集》特點和應用

王志進，苑藜，成國保 （合肥市市政設計院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 編制背景

近年來，在我國“建設資源節約型、環境友好型社會”的發展方針指導下，各類型新材料、新工藝得到推廣和應用。由我國自主研發的鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管因具有環剛度高、抗外壓能力強、排水流通能力大、耐腐蝕、施工安裝方便等特點，在全國市政管網工程中得到重點推廣應用。

為規范新型高強管材在安徽省市政及民用工程中的應用，根據安徽省住房和城鄉建設廳“建標函【2011】739號”批文計劃，由合肥市市政設計院有限公司主持編制了安徽省工程建設標準設計《埋地排水用鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管管道工程選用及安裝圖集》。圖集于2013年1月1日起在全省頒布實施，圖集號：皖2012S208。

2 編制目的

通過調研管道應用全階段的技術人員的工作需求，明確了圖集編制的主要目的：

①為管道企業科學生產，合理優化管道材料提供依據；

②為設計人員提供安全快捷的產品選用方法；

③規范施工操作行為，確保各項技術要求得到正確實施；

④為工程管理人員質量檢驗提供檢測方案及技術參數。

3 編制重點

圖1 鋼帶應力控制條件下管道最大埋深示意圖

圖2 管道內外徑比值

依據《埋地塑料排水管道工程技術規程》[1]，要達到安全選用鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管，應計算管道承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。這不僅要求使用者對鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管的特性有充分了解，而且需要掌握部分材料力學、結構力學及巖土工程學的知識，具備專業的判斷和計算分析能力。

面對這些要求，給排水工程師往往顯得有些無所適從。即使是結構工程師，也因對管道特性不熟悉、概念混淆而易出現參數選取不當，導致計算偏差。因此，化繁為簡、制定一種簡單實用、安全可靠的選用方法是本次圖集編制的重要課題。

另外，鋼帶螺旋肋作為管道的主要受力材料，在行業標準《埋地排水用鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管》[2]中并無定量規定。在激烈的市場競爭環境中，生產企業為追求經濟利益，不斷降低材料用量，危及結構安全。因此，建立健全管道用鋼帶螺旋肋規格標準是本圖集編制的又一項重要內容。

4 內容特色

4.1 制定管用鋼帶參數

受環剛度等級的制約，不同直徑的管材在相同綜合變形模量的條件下敷設，其豎向變形率控制的管道最大覆土厚度是基本相同的。但受鋼帶配置截面積因素的影響，不同直徑的管道鋼帶壓應力差別很大。管道豎向變形率和鋼帶配置截面積間不能合理匹配，存在一定的工程安全隱患，也可能造成一定程度上的材料浪費。圖1是根據某生產企業提供的管道原始鋼帶參數計算出的最大埋深值。

經與生產企業反復討論試算，結合現場檢測試驗及工程實際運用情況，我們最終確定SN8、SN10、SN12.5、SN16四個級別的管道最大埋深分別為6.5m、8.0m、10.0m、12.0m。這樣，通過調整鋼帶配置，在綜合變形模量相同的敷設條件下，各管徑的鋼帶最大壓應力得到統一。因此，圖集附錄一“鋼帶參數表”是對生產企業的產品用料進行計算分析后，在本行業首次對管道用鋼帶規格參數提出定量要求，為產品的質量控制提供了必要的依據。

4.2 明確了管道基礎尺寸及溝槽參數

鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管屬于柔性管材，自身抵抗外壓的能力有限，必須依靠管土共同作用形成系統承力結構。因此，良好的管道基礎、較密實的管道周邊回填土是保證管道正常運行的前提條件。

為便于控制管道高程，保證管底與基礎的緊密結合，規范要求管道基礎應敷設一層中粗砂或細石作為基礎。圖集表2.1.2“管道基礎及常用溝槽寬度表”中，管底以上土弧基礎高度C2應根據結構計算需要的基礎計算中心角2α 確定，管底以下人工土弧基礎的厚度C1按規程給定的公式，計算結果綜合考慮波形鋼帶尺寸并取整確定。排水管道的溝槽底部開挖寬度B值計算是考慮了管道外徑、兩側工作面寬度、支撐結構厚度等綜合因素并取整確定。

另外，圖集選取工程常用的溝槽邊坡比m=0.33～1.50，給定管道中心處溝槽寬度值Br。由于Br與D1的比值是確定計算參數α1、α2，直接影響管側填土的綜合變形模量的取值，是鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管計算的中間成果，也是施工現場質量控制的重要數值。

“管道基礎及常用溝槽寬度表”緊密貼合工程，方便技術人員計算速查，為結構計算、工程預算、現場技術控制等提供了準確的成果依據。

4.3 簡化管頂最大允許覆土值的選用

根據《埋地塑料排水管道工程技術規程》[1]附錄A中的計算公式，管側回填土變形模量Ee與基槽兩側原狀土的變形模量En在不同組合情況下，分別計算得出的綜合變形模量Ed值。由于影響Ed值的多項計算參數均有較大的近似性，出于安全儲備及工程選用簡便的考慮，將計算出的Ed值結果向下取整數，形成圖集的附表二。

根據規程[1]，管道豎向變形量和變形率按下列公式計算：

式中：Wd,max——管道在組合作用下的最大豎向變形量（mm）

Kd——管道變形系數

DL——變形滯后效應系數，可根據管道胸腔回填壓實度取1.20～1.50

φq——可變荷載的準永久值系數，可取0.50

ε——管道豎向直徑變形率

合并以上兩式，導出參數ε'=ε·di/D1，出現了管道內徑與外徑的比值關系。我們將行業標準和某企業產品的管道內外徑比值列表分析，結果如圖2。

上圖顯示各直徑di/D1均大于或接近0.90，偏安全統一取0.90，管道豎向直徑變形按參數ε'控制。

ε'=ε·di/D1≤5%×0.90=4.5%

這樣，由最大豎向直徑變形率控制的管道埋深與管徑脫離關系，并將數據與鋼帶最大環截面壓應力控制條件下的管道最大埋深值進行比較，取低值匯總形成“管頂最大允許覆土厚度值表”。

“管側土綜合變形模量近似取值表”和“管頂最大允許覆土厚度值表”的表格設計在本行業未見類似研究成果。表中數值結果簡單明了，查找方便，消減了人工計算誤差，提高了安全保證率。

5 應用情況

圖集給出了鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管的材料、設計、施工安裝、質量檢測等工程全過程的選用標準、工程做法、技術要求、計算速查表等，并對管道基礎與地基處理、管道連接、結構計算和水力計算的內容予以重點闡述。

圖集實施后，鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管已在多個市政工程中成功應用，如合肥市合作化南路工程、郎溪路工程、銅陵路工程、阜陽北路工程；206國道（南崗～上派）改線工程；312國道（小廟～六安）改造工程等多個大中型市政道路排水及管網工程。

實踐證明，依照圖集要求生產，可以安全合理的優化產品的制造成本。同時，圖集對規范管道設計、施工、驗收的各環節的技術質量控制起到了積極地指導作用，確保了新型管道產品在我省建設工程中使用的可靠性、安全性，取得了良好的社會經濟效益。

[1]GJJ143-2010,埋地塑料排水管道工程技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[2]CJ/T 225-2011,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,2011.