某抗旱應急引水工程球墨鑄鐵管水壓試驗

譚婷

（遵義市水利工程建設質量安全服務站，貴州 遵義 563000）

1 工程概況

原二合鎮鎮域面積87 km2，耕地16.21 km2，轄8 村1 社區，109個村民組，共計31 000人次，平均海拔633 m，屬亞熱帶季風濕潤氣候，森林覆蓋率23%，年均氣溫20 ℃，年均日照1 400 h，年降雨量961 mm。仁懷市2015年二合鎮抗旱應急引水工程設計引水設流為0.02 m3/s，設計供水規模為1 943.45 m3/d。根據《村鎮供水工程設計規范》查表，該工程類型為Ⅲ型，建筑物級別為5級。

二合鎮抗旱應急引水工程建設內容包括新建長10 970 m的DN250×7.50 球墨鑄鐵管引水管道；新建容積600 m3的高位水池一座；新建容積200 m3的清水池一座；新建閘閥室2座、閘閥井23座；新建ZLJS-Ⅱ-100型一體化凈水器1套。

2 試驗前的準備

2.1 水壓試驗裝置

在進行水壓試驗前，將一段帶法蘭的短管加接在管道兩端，法蘭連接盲板，并在盲板端面圍繞管軸線中心均勻布設3個30 t機械千斤頂，再與推力后背墻鋼板支撐固定。其中盲板選材和尺寸均應按照《水及燃氣管道用球墨鑄鐵管、管件和附件》的具體要求加工制作，保證密封效果。

對工作井處的上下游管道打樁、灌注混凝土，并優化原工作井處閥門閘室設計，以便在滿足原設計功能和管道水壓試驗推力平衡的基礎上，達到水壓試驗要求，提升閥門閘室運行效果。

該引水工程球磨鑄鐵管水壓試驗主要以恒壓供水控制器和管道試壓泵不銹鋼立式多級離心泵為壓力源，同時配備最小刻度0.20 MPa、設計壓力0～2 MPa 的壓力表，并主要安裝在管道試驗段低端部位。

在水壓試驗前，還必須根據管道規格和試驗壓力對試壓后背、千斤頂、盲板等設備材料進行選型。該供水管道壓水試驗后背支撐結構見圖1。

圖1 試壓后背支撐示意圖

2.2 堵板推力

堵板上水壓推力主要按照下式確定：

式中：Ft—堵板上水壓推力（t）；P—試驗水壓（MPa），取1.2 MPa；D—引水工程球磨鑄鐵管內徑（m），取1.00 m。將工程相關設計參數代入式（1），得出其堵板上水壓推力為96.17 t。

2.3 閘閥井阻力

閘閥井阻力主要由井室底板和地基間摩擦力、井室側面和土體接觸面的粘聚力、水平土壓力等部分組成。

井室底板和地基間摩擦力按公式計算：F2=N2tgψ+S2C，其中，F2為井室底板共和地基間摩擦力（t）；N2為井底和地基間的正壓力（t），為井體實際重量和井體浮力之差；井體重量為混凝土容重和井體混凝土體積之積，在混凝土容重為2.40 t/m3的情況下，井體混凝土重量為37.02 t；井體浮力也就是井體現狀排水體積下的水重，在水體容重取1 t/m3的情況下，井體浮力與井體排水體積取值相同，均為28.15 t。故井底和地基間正壓力取9.05 t；ψ為土體內摩擦角（°），取15°；S2為井地面面積（m2），結合設計圖紙，應取12.31 m2；C為土體粘聚力（t/m2），取1 t/m2。經過計算，該引水工程球墨鑄鐵管閘閥井室底板和地基間摩擦力取14.67 t。

井室側面和土體接觸面的粘聚力按照下式計算：F1=S1C，其中F1為井室側面和土體接觸面的粘聚力（t）；S1為井室側面面積（m2），結合設計圖紙，取15.64 m2；其余參數含義同前。將相關參數取值代入公式后，得出該引水工程井室側面和土體接觸面的粘聚力為15.64 t。

水平土壓力。在無位移發生的情況下，與管軸線垂直的井壁面上的水平土壓力應按照靜止土壓力計算，公式為：P0=（0.5γH2K0）B，其中，P0為與管軸線垂直的井壁面上的水平土壓力（t）；γ為土體浮容重（t/m3）；H為井壁設計高度（m），根據設計圖紙，取2.30 m；K0為靜止土壓力系數，取0.82；B為井壁立面高度（m），取1.60 m。按照相關參數取值，代入式中可得出該抗旱應急引水工程球墨鑄鐵管與管軸線垂直的井壁面上的水平土壓力為3.47 t。

綜合考慮以上三方面內容，可以得出該引水工程閘閥井總阻力為33.77 t。

2.4 包管混凝土段阻力

該阻力值為包管混凝土地面摩擦力和包管混凝土側面粘聚力之和。前者計算公式為：F4=N4tgψ+S4C，其中，F4為包管混凝土地面摩擦力（t）；N4為引水工程球墨鑄鐵管管底混凝土和地基間的正壓力（t），為包管混凝土總重量與管內水體重量之和與混凝土浮力的差值。其中，包管混凝土總重量是混凝土容重和包管混凝土體積之積，結合設計圖紙，包管混凝土總體積為64.05 m3，所得到的混凝土總重量為153.74 t；管段水體重量為8.93 t；包管混凝土段浮力也就是該段所排開水體的重量，故可得出管底混凝土和地基間的正壓力為80.61 t。S4為球墨鑄鐵管管底混凝土和地基接觸面面積（m2）；其余參數含義同前。求得包管混凝土地面摩擦力為67.34 t。

后者計算公式為：F3=S3C，其中F3為包管混凝土側面粘聚力（t）；S3為包管混凝土側面面積（m2），結合設計圖紙，取82.06 m2；其余參數含義同前。結合相關參數取值，可得到該引水工程包管混凝土側面粘聚力為82.06 t。

綜合考慮閘閥井阻力和包管混凝土段阻力在內的引水工程球墨鑄鐵管總阻力為183.20 t，結構整體抗滑安全系數取1.90，大于1.30的規范值，故引水工程球墨鑄鐵管運行滿足要求。

3 試驗過程控制

3.1 試驗段注水

結合工程實際情況，從下游端開始注水，并根據管段長度調整總用水量。根據所使用的DN1 000球磨鑄鐵管內徑規格，在試驗段長度為1 000 m 的情況下，用水量應為785 m3。從試壓管道進水盲板下方開口處緩慢注水，并使管道中混入一定空氣；將高點排氣閥打開后，保證注水及排氣過程均持續順暢進行，并在灌滿后使管道內空氣全部排出，最后關閉閥門。

因該工程球墨鑄鐵管內設置有水泥砂漿內襯，故在注滿水后使試驗管段充分浸泡24 h，浸泡結束后方可開始打壓試驗。

該引水工程球墨鑄鐵管設計試驗壓力為0.70 MPa，結合《給水排水管道施工及驗收規范》相關規定，該工程管道水壓試驗壓力應取1.2 MPa，故按照驗收規范取值。

3.2 試驗階段

該引水工程供水管水壓試驗分預試驗和主試驗兩個階段進行。在預試驗階段，應使供水管段內水壓緩慢升高至試驗壓力，持壓30 min，這一期間如果出現壓力降低，必須注水補壓，但是實際壓力不得超出1.20 MPa 的試驗壓力；同時在持壓期間，應當全面檢查供水管段接口、配件等部位，是否存在損壞、漏水等現象。如有，必須立即停止水壓試驗，及時查明原因并采取有效措施，解決問題后重新恢復壓水試驗。

注水補壓結束后持壓15 min，期間壓力降低值不超出0.06 MPa 時則將試驗壓力降至工作壓力，繼續持壓30 min，檢查管段外觀，如果不存在漏水，則可結束水壓試驗。

3.3 水壓試驗結果

該抗旱應急引水工程球墨鑄鐵管水壓試驗于2022 年6 月開始，將全部管線分成7 個標段展開，水壓試驗結果見表1，試驗結果中各試驗管段壓力降在0.01～0.02 MPa 之間，未超出0.03 MPa的規范值；每千米引水管段滲水量位于1.63～4.08 L/min之間，試驗結果均為合格。

4 結論

綜上所述，文中所提出的試驗方案合理完備，施工操作規程嚴格規范。按照該方案仁懷市2015年二合鎮抗旱應急引水工程全線球墨鑄鐵管水壓試驗于2022年6-8月完成，且一次性通過打壓，試驗壓力段壓力也達到《給水排水管道工程施工及驗收規范》的要求，在業主、施工及監理三方確認簽字后，該引水工程水壓試驗順利結束，為引水工程后續安全穩定運行提供了保證。