PCCP管道靜水壓試驗方法及試驗參數驗算探討

□閔超□丁華麗（河南省水利第二工程局）

PCCP管道靜水壓試驗方法及試驗參數驗算探討

□閔超□丁華麗（河南省水利第二工程局）

南陽配套一標輸水管線工程PCCP管線全程18.95km，管道內徑2.20m，管道采用雙膠圈密封，抗滲性能好，水頭損失小，管道安裝完成后，需進行靜水壓試驗。試驗的目的在于對PCCP壓力輸水管道工程中的管道、管件、閥件及鎮墩等附屬建筑物設計、施工、安裝階段的質量進行綜合檢驗。通過管道靜水壓試驗，驗證管道及各附屬建筑物在正常運行工況下的管道強度及水封嚴密性。

PCCP管道；靜水壓試驗；試驗目的；試驗流程

1 概述

南陽配套一標位于鄧州縣境，標段全長18.95km，管材均為預應力鋼筒混凝土管，管道內徑為2.20m。管道靜水壓試驗主要根據線路長度、設施配備情況，以及管線縱坡大小等綜合考慮，可全線充水也可分段充水，根據實際情況，南陽配套一標充水試驗分四段進行。

2 編制管道靜水壓試驗方案的目的

水壓試驗的目的在于對PCCP壓力輸水管道工程中的管道、管件、閥件及鎮墩等附屬建筑物設計、施工、安裝階段的質量進行綜合檢驗。通過管道水壓試驗，驗證管道及各附屬建筑物在正常運行工況下的管道強度及水封嚴密性。

3 成立靜水壓試驗組織機構

為保證整個靜水壓試驗分工明確，職責清晰，保證整個試驗過程流程暢通，靜水壓試驗前成立靜水壓試驗領導小組，全面負責水壓試驗的組織實施工作，水壓試驗領導小組下設6個小組，分別為打壓組、看護組、巡查組、檢修組、數據采集分析組、后勤保障組。

4 試驗前準備

4.1 試驗前提

管道接口全部完成兩次打壓試驗并驗收合格；管內接口填充材料已驗收完成；管道內確保清掃干凈。各種閥件均安裝完畢并通過初步驗收，所有閥門（排空閥除外）均處于全開狀態。鎮墩、包封混凝土及構筑物達到設計強度的100%，管頂以上回填高度≥1.50m。

4.2 試驗段劃分

根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268－ 2008）9.1.9項，管道的試驗長度除規范規定和設計另有要求外，壓力管道水壓試驗的管段長度≤1km，因南水北調配套工程PCCP管道受距離長、管徑大，水源、工期、靠背工程等條件限制，在實際工程施工中，不適宜采用＜1km分段水壓試驗，結合本標段實際情況，決定采用在全線管道逐個接頭水壓試驗的基礎上，采取長距離（＞1km）的分段方法，全線分四段進行水壓試驗。

4.3 試壓水源

經現場調查，管道沿線無滿足靜水壓試驗用水量河道及河塘，為不延誤工期，采用沿線灌溉水井用水。進水口視水源情況設在最近的空氣閥進人孔上，注水和打壓過程產生的氣體最高處的空氣閥進人孔和連接鋼管頂部排氣管排除。現場準備數臺7.50kW水泵用于抽水。

5 試驗設備

靜水壓試驗由主要注水設備、儀器儀表、連接設備組成。

5.1 注水設備

注水設備采用低揚程注水泵，型號ISG80-160，DN100mm單級離心泵，電機額定功率7.50kW，揚程13.90m,流量50m3/h，用以從灌溉水井中抽水。

壓力泵采用柱塞泵，型號為3DK-S柱塞泵，排出壓力為70MPa時，其額定排量為54L/min。其注水管安裝高壓小量程的流量計，用電導線與流量數字顯示表相連，用以計量管道加壓時試壓水的增加量或從管道中抽出的水量。注水管采用DN100mm×10mm鋼管，焊接連接。流量計采用型號FME系列，分體式，帶遠傳數字輸出，準確地計量流量，顯示L/s和累計量，準確度在0.10%以上。

5.2 儀器儀表

壓力表精度≥1.50級，最大量程為試驗壓力的1.50倍，表殼的公稱直徑≥150mm。

5.3 連接設備

連接設備由DN2200承插式試壓鋼管、盲板、支撐短管組成，布置見圖1。

圖1 靜水壓試驗設備連接圖

5.4 后背墻

后背墻采用C25混凝土墻，混凝土墻和連接鋼管之間采用20mm厚鋼板緩沖。

6 試壓鋼管的選擇

試壓鋼管采用DN2200帶承插式的鋼管。

6.1 力的計算（考慮水的自重）

6.1.1 管道充壓后的軸向力，

式中：P為管道試驗壓力，按設計要求為0.60MPa，即600kN/m2；S為管道斷面積(πR2)，R=2.20/2=1.10m。

6.1.2 埋地鋼管上覆土層的單位長度頂、側壓力

式中：K1為土垂直壓力系數，為0.80；ρ為土容重，取17.80kN/m3；H為管頂上覆土厚度，取3m（本工程挖深多為5.50m，管道直徑為2.20m，覆土厚度平均取3m）；D為管道直徑，為2.20m。

側壓F2=ρ×(H+D/2)×D×tg2(45°-θ/2)

式中：θ為土內摩擦角，取20°。

式中：W1為鋼管自重，取1.30kN/m；W2為管內滿水重量Rπr2，Rπr2=10×3.14×1.10×1.10=37.99kN；R為水的比重，為10kN/m3。

6.2 摩擦f抵抗軸向力F的最小鋼管段長度L

式中：K2為安全系數，取1.60；L≥1.60×2279.64/58.14 =62.74。

工程PCCP管段試壓時試壓鋼管按70m選取可以滿足要求。

試壓管道的試壓鋼管采用帶承插口的DN2200鋼管，試壓鋼管一端跟試壓管道連接，一端由焊接盲板，為了與后背墻之間形成可靠的支撐，我們采用一根DN1800的鋼管連接后背墻鋼板與盲板之間，支撐鋼管與盲板焊接。作為進/出水口的D100mm的鋼管焊接在試壓管道最高端，DN40mm排氣鋼管焊接在試壓管道最低端，進/出水口鋼管和排氣鋼管上分別安裝球閥、流量計及壓力表。

7 試壓盲板的選擇

試壓盲板采用δ40mm的鋼板，鋼板上采用75mm×5mm工字鋼焊接成井字型加勁板，作為試壓盲板。

8 后背墻的選擇

管道在進行水壓試驗時，在水的壓力作用下管道將產生巨大的推力，該推力全部作用在試壓段的后背上，如后背不堅固，管道將產生很大的縱向位移，損壞壓蘭和固定螺栓，管道甚至產生環向開裂，極易引起安全事故。后背設在原狀土上，土質松軟時應采取加固措施；后背墻面應平整并于管道軸線垂直。根據本標段設計圖紙，每千米管線間最大的高差≤2m，此處為了安全，我們取2m的高差對加壓狀態下水對盲板的壓力F進行驗算。

F=G水+f試驗=πr2(hg/1000+0.60M)=3.14×1.10×1.10× (0.62MPa)=2.36×1000kN

后坐墻的整體強度需保證在試壓過程中水的壓力作用下不被破壞且不產生滑移。后坐墻尺寸設計為直立式混凝土墻，混凝土強度為C25現澆混凝土，墻體高6m，埋地深度1.50m，背后填土3m，混凝土墻厚2m，寬度為6m，基礎坐落在原狀土上，地面部分和地下部分同時澆筑。施工時，先在由此計算此混凝土墻需要的混凝土方量為：V=2×6×6=72m3。

8.1 對墻體進行穩定性驗算

驗算圓管與墻體接觸處墻體的抗剪強度

圓管與墻體接觸處墻體的受剪面積S=3.14×（1.8÷2）2= 2.54m2;

剪應力R=2279.64kN÷2.54m2=896.44kPa=0.90MPa，小于墻體抗剪強度（C25混凝土為4.20MPa），故結構安全。

8.2 驗算墻體與地面線接觸處墻體截面抗剪強度

S=6×2=12m2(地面埋深按2m考慮)。

剪應力R=2279.64kN/12m2=189.97kPa=0.19MPa，＜墻體抗剪強度(4.20MP)，故結構安全。

8.3 抗傾覆性（滑位）

后背墻能否穩定，在試壓過程中能否不滑動，關鍵在于后背墻體后回填土料是否密實，本工程計劃在后背墻澆注完成后，墻背后回填砂礫，壓實度95%，濕密度≥20kN/m3。

在試壓壓力的作用下，墻后填土受被動土壓力作用，根據郎金被動土壓力計算公式

故被動土壓力Pp=1080×6=6480kN。

土壓力與墻體自重相對于墻趾的力矩：N1=6480×1+72 ×2.3（kg/m3）×1=6646kN.m。

管道試壓產生的壓力對墻趾的力矩：N2=2279.64kN× 2.60=5927kN.m

N1＞N2,故試壓過程中墻體不會發生傾覆（滑位）。

9 通水試壓試驗流程

通水試壓流程見圖2。

圖2 通水試壓試驗流程圖

10 PCCP管道試壓充水

10.1 管道沖水

根據《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268－2008）9.1.6條，單口水壓試驗合格的大口徑預應力鋼筒混凝土管，設計無要求時，可免去預試驗階段，而直接進入主試驗階段。試壓現場通過DN100的供水管道或者空氣閥進人孔（兩者取試驗段最高點），向管內緩慢充水，注水流速在0.30m/s之內，以減少余留空氣量，及以免使管道發生水錘等現象，對管道造成損壞。充水時，管內空氣通過的空氣閥進人孔或者試壓短管上的排氣孔外排（兩者取試驗段最高點），將排氣閥打開，認真進行排氣，排出的水流中不帶汽泡，水流連續，速度均勻時，表明氣已排凈；管道注滿水后，在無壓情況下充分浸泡；對所有封堵、試壓設備和管路進行檢查修正，并確定監測方法。

充滿水后，通過試壓管道上的DN100進/出水管道用多級泵向管內注水，逐步緩慢分級升壓（每級0.20MPa），每升一級后穩壓≥10min、（為保持壓力，允許向管內補水），檢查試驗管有無滲漏處，情況正常時方可繼續升壓；試壓管段注滿水且水壓達到0.60MPa壓力時，保持壓力不變，充分浸泡72h或以上。

在浸泡≥72h后繼續升壓至試驗壓力，停止注水補壓，穩定15min，當15min后壓力下降≤0.03MPa時，將試驗壓力降至浸泡壓力并保持恒壓30min，管身及接口無破損及漏水現象，即為合格。在試驗壓力穩定15min內，若壓力降＞0.03MPa，視為不合格。

10.2 管道排水

10.2.1 排水疏導措施

打壓成功后，從節約用水資源角度考慮，如果下一個打壓段能及時跟上，且排水管道內的水質滿足供水管道打壓用水質量標準，可以從管道內用潛水泵將水抽至另一個試驗段。方法為隔著盲板在鋼管上開孔，管節內的水排到下一試驗段管道內，取出盲板，修補開孔。

10.2.2 余水排除措施

待試壓合格后，試壓余水由水泵直接抽出，順原農田自然水系排出。

11 管道沖水注意事項

管道升壓時，管道的氣體應排除；升壓過程中，發現壓力表擺動、不穩，且升壓較慢時，應重新排氣后再升壓。分級升壓，每升一級應檢查后背、支墩、管身及接口，無異常現象時再繼續升壓。水壓試驗過程中，后背頂撐、管道兩端嚴禁站人。水壓試驗時，嚴禁修補缺陷；遇有缺陷時，應做出標記、卸壓后修補。

12 結語

南陽配套一標是本局承接的第一個長距離PCCP管道項目，管道安裝已完成，應業主要求完工后需進行管道靜水壓試驗，文章結合本標段實際情況，對靜水壓試驗方法、試壓管道布置、后背墻處理等進行了探討，另外，若試壓段較多，后背墻混凝土可采用預制混凝土塊以降低成本。

（責任編輯：劉青）

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1673-8853（2016）09-0090-03

2016-07-07