埋地硬聚氯乙烯排水管道設(shè)計(jì)施工中的若干問題(1)(20210224070848)

1、埋地硬聚氯乙烯排水管道設(shè)計(jì)施工中的 若干問題 (1) 摘要：本文介紹了埋地硬聚氯乙烯排水管道設(shè)計(jì)施工中 涉及的主要問題，并提出了具體意見，供設(shè)計(jì)施工參考。關(guān)鍵詞：硬聚氯乙烯排水管道概述硬聚氯乙烯管具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、管壁光滑 水力阻力系數(shù)小、施工安裝方便及水密性能好等特點(diǎn)。用于 埋地排水管道不僅施工速度快、周期短，還能更好地適應(yīng)管 道的不均勻沉降，使用壽命可達(dá) 50 年以上。國外在排水管 道中早已廣泛使用。我國由于適合埋地排水管道特點(diǎn)的，以 承受外壓荷載為主的 PVC-U管材開發(fā)較晚，因此其在排水工 程中的應(yīng)用滯后于建筑排水和城鎮(zhèn)給水工程中的應(yīng)用。 90 年 代初期，國內(nèi)相繼生產(chǎn)出 P

2、VC-U雙壁波紋管、加筋管和肋式 卷繞管等特殊型式的異形管材，管材價(jià)格較普通直壁管大幅 下降，使PVC-U管在排水工程中的推廣應(yīng)用成為可能?；?上述情況，天津市政工程研究院、上海市政工程研究院，自 1992年起先后對(duì)PVC-U管用于埋地排水管道工程涉及的應(yīng)用 技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地試驗(yàn)研究。對(duì)各種管材的性能，埋地工作 的特性，管道的設(shè)計(jì)施工和工程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究探索， 為PVC-U管在排水工程中的應(yīng)用提供了科學(xué)的依據(jù)，并編制 了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)供遵循和參照。近幾年P(guān)VC-U管已在天津、 上海、江蘇、浙江和西北地區(qū)的多項(xiàng)排水工程中應(yīng)用，取得 了良好效果。本文僅就 PVC-U管用于排水管道時(shí)設(shè)計(jì)、施

3、工 中的主要問題，結(jié)合近些年的試驗(yàn)研究，工作實(shí)踐和“硬聚 氯乙烯排水管道設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收規(guī)程”的編制情況做一概述， 供參考討論。一、管材城鎮(zhèn)埋地排水管道多為重力流，主要是承受外壓荷載。國內(nèi)目前可用于排水管道的PVC-U管有4種可供選擇：1. 雙壁波紋管： 管壁截面為雙層結(jié)構(gòu)， 內(nèi)壁的表面光滑、 外壁為等距排列的空芯封閉環(huán)肋結(jié)構(gòu)。由于管壁截面中間是 空芯的，在相同的承載能力下可以比普通的直壁管節(jié)省 50% 以上的材料，因之價(jià)格較低。管材的公稱直徑以管材外徑表示，國內(nèi)產(chǎn)品最大直徑 DN500mm環(huán)剛度多為8kN/m2,管長 6m。承插式接口，橡膠圈密圭寸，國內(nèi)已有十余家生產(chǎn)廠生產(chǎn)。 這種管材的價(jià)格低

4、廉，施工安裝非常方便。雙壁波紋管加筋管肋式卷繞管直壁管圖 1 硬聚氯乙烯管材型式簡圖2. 加筋管：是一種管壁光滑、外壁帶有等距排列的環(huán)肋的管材。這種管材既減薄了管壁厚度又增大了管材的剛度， 提高了管材承受外荷載的能力，可比普通直壁管節(jié)約30%以上的材料。管材的公稱直徑以管內(nèi)徑表示，產(chǎn)品最大直徑 DN400mm管材長度6m,承插式接口，橡膠圈密封，環(huán)剛度 8kN/m2。3. 肋式卷繞管：該產(chǎn)品是新一代塑料管材，制管分 2 階段進(jìn)行。第 1 階段先將原材料制成帶有等距排列的T 型肋的帶材，第 2 階段再將帶材通過螺旋卷管機(jī)卷成不同直徑的管 材。管材的公稱直徑以管內(nèi)徑表示。這種管材的特點(diǎn)是可以 把帶

5、材運(yùn)到管道施工現(xiàn)場。就地卷成所需直徑的管材，大大 簡化了管材的運(yùn)輸、管材長度可以任意調(diào)整。帶材的規(guī)格有4 種，適用于不同直徑不同要求的管材。管材重量僅為直壁 管重量的3550%管材接口用特制的管接頭粘接。用高密 度聚乙烯制成的140GB型帶材可用特殊構(gòu)造的鋼帶加強(qiáng)，最 大管徑達(dá)DN2400mm管頂覆土可達(dá)10m。這種管材由蘭州晟 泰塑料制管公司生產(chǎn)，已在西北地區(qū)使用。4. 直壁管：管壁截面是實(shí)心的，管壁截面相等的管材， 公稱直徑以管外徑表示。管材接口有軟接接口和橡膠圈接口。 橡膠圈接口的嚴(yán)密性較好。這種管材承受內(nèi)壓外壓的性能都 很好，多用于建筑給排水和城鎮(zhèn)給水管道，用于排水管道與 異形管相比價(jià)

6、格相對(duì)較高。由上述可見，在排水管道工程中選用的管材，以異形管較為經(jīng)濟(jì)，具體選型尚應(yīng)根據(jù)具體的條件綜合比較確定二、管道設(shè)計(jì)1. 水力計(jì)算PVC-U排水管道的流速、流量通常按下式計(jì)算： 式中：V為流速；n為管壁粗糙系數(shù)；R為水力半徑；I為水 力坡降；Q為流量；A為水流有效斷面面積。管壁粗糙系數(shù) n 與管道的水力條件及管子表面的光滑程 度及管接頭的間隙、數(shù)量等諸多因素有關(guān)。美國在實(shí)驗(yàn)室試 驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn) PVC-U管的n值為，Uni-BellPVC 管 協(xié)會(huì)推薦采用，日本下水道協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)則采用。天津市政工程 研究院用DN200mrt雙壁波紋管在底坡 16%。，流速/s清 水條件下試驗(yàn)的 n 值為，

7、考慮污水環(huán)境惡劣及管接頭影響 留有余地正在編制的規(guī)程中擬采用。PVC-U排水管的最低流速不宜低于 /s 。管子埋入地下橢圓變形對(duì)流量的影響可忽略 不計(jì)，按管道允許直徑變形率5%計(jì)算，對(duì)流量的減少僅 %，影響甚微。2. 管道強(qiáng)度計(jì)算PVC-U 管系按柔性管的理論，靠管土共同工作來承受荷 載。管周兩側(cè)的土體承受了大部分荷載，柔性管僅承受一小 部分。對(duì)重力流管道，管子的安全使用狀態(tài)實(shí)際上是以變形 控制，歐美等國對(duì)重力流管通常只計(jì)算管子的變形。日本下 水道協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)JSWASK-1依圖2假定的荷載圖形按下式計(jì)算管子的環(huán)向應(yīng)力：a =M/W=式中：a為管壁的環(huán)向彎曲應(yīng)力；M為管壁上的彎矩；r為管子的平均半徑； W為管壁的截面模量；K1為管道豎向靜土 壓力作用的彎矩系數(shù)；K2為管道在地面活荷載作用下的彎矩 系數(shù)； P1 為作用在管頂?shù)撵o土壓力； P2 為作用在管頂?shù)幕罱?jīng)對(duì)不同管徑管材的砂箱試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果，管壁應(yīng)力與按上述公式計(jì)算的結(jié)果甚為接近，計(jì)算值略大于實(shí)測值，因之 上式可以采用。靜土壓力分布 動(dòng)土壓力分布圖23. 管道的變形計(jì)算埋地柔性管的變形計(jì)算國內(nèi)外多采用 Spangler 推導(dǎo)的依何