HDPE雙壁纏繞管成型及環(huán)剛度的選取

1、HDPE雙壁纏繞管成型工藝HDPE雙壁纏繞管是一種以高密度聚乙烯為原料，經(jīng)高溫高壓纏繞焊接成型的管材，通過特殊的方管纏繞成類似彈簧的結(jié)構(gòu)，并通過相同材質(zhì)改性的高溫焊條在高壓下熔焊接成管材。管材具有彈簧的可扭曲、可壓縮、可拉伸、但不可壓扁的特點(diǎn)，這一點(diǎn)對于基本無內(nèi)壓，外壓比較大的市政管材來講非常重要。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)為管材提供了非常優(yōu)異的抗外壓能力。焊接方管的焊條與方管形成了一個(gè)“工”字鋼形的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)又被內(nèi)外雙層壁所束縛，其位置相對穩(wěn)定，管材在外壓作用時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大幅度提高的管材的耐外負(fù)荷能力，螺旋中空的結(jié)構(gòu)壁管材抗外壓提高的同時(shí)產(chǎn)品的重量降低。由于其獨(dú)特的成型工藝，可生產(chǎn)口徑答DN300

2、0mm的大口徑管材。這種管材具有柔韌性好、壽命長、重量輕、防腐、耐磨、抗低溫沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)，是市政排水、排污的優(yōu)質(zhì)管材。HDPE雙壁纏繞管的主要物理及化學(xué)特征抗化學(xué)腐蝕性能：不受酸、堿、鹽的侵蝕，不受有機(jī)物侵蝕，無細(xì)菌、藻類滋生，不生銹、不結(jié)垢；使用壽命長： 材料老化壽命在112年以上，管材設(shè)計(jì)壽命50年；抗沖擊能力強(qiáng)：冰點(diǎn)以下依然具有很好的沖擊性能，不會(huì)因水結(jié)凍而凍破，優(yōu)于UPVC、玻璃鋼夾砂等材料管材；重量輕：密度不足1，比水輕，僅為同等規(guī)格砼管的1/8，裝卸、運(yùn)輸、安裝方便，不需大型吊裝、運(yùn)輸設(shè)備；水阻系數(shù)低：n=0.0078-0.009，一般設(shè)計(jì)取0.01，而砼管 n=0.013-0

3、.014，同口徑管材相比可增加30%-40%的流量和流速；耐磨性能好：耐磨性能遠(yuǎn)優(yōu)于砼管、UPVC管、玻璃鋼夾砂管等管材；連接方便：采用擴(kuò)口承插連接方式，管材連接時(shí)方便、快捷，單口承插，不需要大型安裝設(shè)備，大量減少施工時(shí)間；管材管件為同等材質(zhì)，冷熱收縮同步，受壓變化同步，配合特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的橡膠圈，密封性能更可靠；環(huán)保產(chǎn)品： 產(chǎn)品100%可以回收，不污染環(huán)境；管壁平整：平整的管壁便于回填，施工快速，質(zhì)量穩(wěn)定，更好的體現(xiàn)塑料埋地排水管材的管土共同作用理論；綜合成本低：水阻小，流量大，可降低尺寸使用口徑較小的管材，同時(shí)開挖量也隨之降低，無需基礎(chǔ)，砂石墊層即可，工程費(fèi)用低，長達(dá)50年的使用壽命，日常維

4、護(hù)費(fèi)用低，綜合造價(jià)可與砼管相當(dāng)。HDPE雙壁纏繞管和其它埋地排水管的比較1、 HDPE雙壁纏繞管與U-PVC加筋管及波紋管(1) 從材質(zhì)上講，HDPE雙壁纏繞管是以高密度聚乙烯為原料，為目前國際上推薦使用的品種，為國家建設(shè)部大力推廣產(chǎn)品。HDPE的彈性模量比較低，柔性好，同時(shí)HDPE的玻璃化溫度是-68、PVC的玻璃化溫度為81 ，所以在常溫下（-30到40）HDPE的塑料特征表現(xiàn)明顯，而PVC一直處于玻璃化狀態(tài)，所以HDPE的柔性比較好。另外在-20, HDPE不脆化，可進(jìn)行測試，管材在生產(chǎn)，運(yùn)輸過程中不會(huì)產(chǎn)生破損。而U-PVC在測試難度大，施工中易出現(xiàn)破損，所以HDPE的抗沖擊能力要比U-

5、PVC強(qiáng)。還有管材的性能受配方的影響很大，目前的市場生產(chǎn)廠家較多，導(dǎo)致惡性競爭，U-PVC很多生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)過程中加入過量的碳酸鈣，大大影響的管材的質(zhì)量。(2)從結(jié)構(gòu)上講，HDPE雙壁纏繞管的內(nèi)外壁比較光滑平整，管壁用中空型材經(jīng)螺旋纏繞制成的具有中空結(jié)構(gòu)的管材，剖面為“工”字鋼型結(jié)構(gòu)，從力學(xué)角度講，雙壁纏繞管材在受到外負(fù)荷時(shí)能更好保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而U-PVC加筋管及波紋管為加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)筋來抵抗外壓。另外，結(jié)構(gòu)的不同對管土共同作用的體現(xiàn)也不同。影響管土共同作用的主要因素有，管材外壁的平整程度和回填材料的變形模量值及密實(shí)度等因素。因此HDPE雙壁纏繞管平整的外壁更有利于提高回填材料的密實(shí)度

6、，更好的體現(xiàn)管土共同作用理論。(3)從口徑上來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mmU-PVC的生產(chǎn)口徑為DN200mm-DN600 mm2、 HDPE雙壁纏繞管與HDPE雙壁波紋管（1）從材質(zhì)上來比較，二者同采用的為高密度聚乙烯為原材料。（2）從結(jié)構(gòu)上來比較，雙壁纏繞管的成型工藝為擠壓、纏繞成型，管材的內(nèi)管壁平滑，管壁用中空型材經(jīng)螺旋纏繞制成具有中空結(jié)構(gòu)的管材，為“工”字鋼型結(jié)構(gòu)。而波紋管的成型工藝為注塑，擠壓成型，外壁為波紋狀。所以，雙壁纏繞管能更好的體現(xiàn)管土共同作用，提高回填土的密實(shí)度。另外，波紋管由于其成型工藝以及管材本身結(jié)構(gòu)使該種類管材結(jié)構(gòu)抗外壓方面比較薄弱，這是波

7、紋管屢屢出現(xiàn)工程事故的重要原因。（3）從口徑上來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mmHDPE雙壁波紋管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN1200 mm3、 HDPE雙壁纏繞管與增強(qiáng)聚丙烯（FRPP）加筋管（1） 從材質(zhì)與成型工藝來比較，增強(qiáng)聚丙烯加筋管，主要原料為玻纖增強(qiáng)聚丙烯。屬半剛性管，有限的彈性，抗沖擊性能較低。FRPP加筋管為人工模壓成型，人為性很強(qiáng)，產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，近幾年在實(shí)際工程運(yùn)用中，多次因產(chǎn)品本身質(zhì)量問題產(chǎn)生重大的工程事故。HDPE雙壁纏繞的材質(zhì)與成型工藝在前文已作介紹，在此不再重復(fù)。（2） 從結(jié)構(gòu)來比較，F(xiàn)RPP加筋管同屬于加筋管，所以主要以加強(qiáng)筋來增強(qiáng)抗外壓

8、能力。而且加筋結(jié)構(gòu)對回填土的密實(shí)度有一定的影響，不能很好的體現(xiàn)管土共同作用理論。（3） 從生產(chǎn)口徑來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mm增強(qiáng)聚丙烯加筋管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN1200 mm4、 HDPE雙壁纏繞管與玻璃鋼夾砂管（1） 從材質(zhì)上來講，玻璃鋼夾砂管屬于剛性管，易脆，抗沖擊性能差，尤其在管材埋地之后的養(yǎng)護(hù)過程中，要求用高壓水槍對管道內(nèi)部進(jìn)行沖淤，按標(biāo)準(zhǔn)的沖擊力度，管材內(nèi)部極易被沖破。（2） 從管材的生產(chǎn)口徑來講，二者都可以做到大口徑。（3） HDPE材料的抗化學(xué)腐蝕能力，耐磨性能要比玻璃鋼夾砂管更強(qiáng)，從環(huán)保角度來講，纏繞管屬于環(huán)保產(chǎn)品，100%可以回收，而玻

9、璃鋼夾砂管則不易回收。（4） 華東地區(qū)軟土地基，柔性管能更好的發(fā)揮抗不均勻沉降的優(yōu)勢。5、 HDPE雙壁纏繞管與混凝土管材的比較（1） 從材質(zhì)上來比較，混凝土材質(zhì)的耐腐蝕、耐磨等性能遠(yuǎn)低于HDPE材質(zhì)。（2） 混凝土管在華東地區(qū)的使用壽命為10-15年，而HDPE雙壁纏繞管在50年以上。（3） 纏繞管的水阻系數(shù)為0.0078-0.0092，一般設(shè)計(jì)取0.01，混凝土管的水阻系數(shù)為0.013-0.014，比纏繞管高30%-40%。也就是說流量和流速低30%-40%。實(shí)際證明，同等流量時(shí)，纏繞管可以換用低一個(gè)的管材口徑，如可用DN500mm的纏繞管代替DN600mm的混凝土管。（4） 纏繞管是環(huán)保

10、產(chǎn)品，可100%回收，混凝土管則不能。（5） 纏繞管施工方便，砂石基礎(chǔ)，即時(shí)開挖即時(shí)回填，重量公為同等水泥管的1/8，無需大型吊車等工具，施工周期短，日常維護(hù)費(fèi)用低，綜合造價(jià)與水泥管相當(dāng)。HDPE雙壁纏繞管材環(huán)剛度選取方法管材環(huán)向彎曲剛度是指管道抵抗環(huán)向變形的能力，簡稱環(huán)剛度。環(huán)向彎曲剛度是塑料管材抵抗環(huán)向變形能力的重要指標(biāo)。塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外壓荷載的控制，其最大變形應(yīng)控制在5%范圍內(nèi)。上海市市政工程研究院通過對塑料管材的砂箱加載試驗(yàn)，測試結(jié)果表明，當(dāng)塑料排水管材的環(huán)向彎曲剛度為8KN/時(shí)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能最為適宜。因?yàn)樯跋浼虞d試驗(yàn)當(dāng)塑料管材的變形率為5%時(shí)，只要管道兩

11、側(cè)回填黃砂（粗）的密實(shí)度符合要求，其外荷載作用可相當(dāng)管頂最大覆土厚度4-5m,一般應(yīng)能滿足排水工藝設(shè)計(jì)的管道埋深要求。因此規(guī)定管道位于道路車行道下，其環(huán)剛度不宜小于8KN/；對住宅小區(qū)及其它地段的排水管道，因地面荷載小，管頂覆土也淺，故可選擇環(huán)向彎曲剛度較低的塑料管材，但不宜小于4KN/。 環(huán)剛度是由專門的公式計(jì)算得出的，一般情況在道路下面，如管底至管頂采用砂石回填，密實(shí)度達(dá)到90%以上，可以按以下管材的埋深選?。海ü茼敻餐辽疃扔肏代替，環(huán)剛度用S代替）1、 H0.7米時(shí)，S12KN/；2、 0.7米H4米時(shí)，S8KN/；3、 4米H5米，S10KN/；4、 5米H，S12KN/，如地質(zhì)條件較

12、差，具體環(huán)剛度情況，按實(shí)際計(jì)算求得。以上選取方法謹(jǐn)供參考。 設(shè)計(jì)荷載地下給排水管道及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)滿足表1.4.8與圖1.4.8的荷載要求。埋設(shè)管道及附屬構(gòu)筑物設(shè)計(jì)活荷載標(biāo)準(zhǔn)表 表1.4.8. 車輛級(jí)別埋設(shè)地點(diǎn)汽20汽30特殊車輛走行段另定干線水道用地內(nèi)O廠區(qū)主干道下OOO小區(qū)道路及空地OOO注：O按長期作用考慮，按短期作用考慮。 汽30相當(dāng)于汽超20120t。車輛荷載的分布條件按圖1.4.8。圖1.4.8 車輛荷載分布HDPE雙壁纏繞管材在道路下施工的技術(shù)參數(shù)一、外荷載條件 按照城A道路要求。二、管道基本條件管道口徑DN600mm,，覆土厚度范圍約為6m.三、管道環(huán)剛度的選取以及抗外壓

13、計(jì)算 塑料埋地排水管材注重“管土共同作用原理”，即回填土（管底至管頂尤為重要）的密實(shí)度和變形模量對其抗外壓等技術(shù)指標(biāo)影響非常大；按照埋地塑料排水管道施工通用圖籍（編號(hào)：GJBT-778，批準(zhǔn)部門：中國建設(shè)部）中對HDPE雙壁纏繞管的標(biāo)明（圖籍號(hào)04S520），具體計(jì)算如下：HDPE雙壁纏繞管材在組合荷載作用下的最大豎向變形可按下式計(jì)算： Wd,max= DL Kd(Fsv,k+qqvkDo) 8Sp+0.061Ed式中：Wd,max管道在組合荷載作用下的最大豎向變形（m），該值不應(yīng)超過0.05Do;DL變形滯后效應(yīng)稀疏，取1.50計(jì)算；Kd管道變形系數(shù),按管道基礎(chǔ)中心角2a90時(shí),取0.1計(jì)算

14、;Fsv,k每延米長管道管頂?shù)呢Q向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m); q地面荷載(車輛荷載或堆積荷載)對管道的作用,其永久值系數(shù), q=0.5;qvk車輪荷載傳遞到管頂處的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/);Do管道的計(jì)算直徑(m);Sp管材的環(huán)剛度(kN/);Ed管測土的綜合變形模量(kN/).管道口徑DN600mm,，覆土厚度范圍約為6m，按公式計(jì)算如下： 車輛荷載的動(dòng)力系數(shù)取最大值:j=1.0； 多排輪壓下綜合影響傳遞的豎向壓力按照國家技術(shù)規(guī)程（GB/T19472.2）計(jì)算：qqvkDo=5Do=3.25kN/（按照圖集管頂覆土超過3米時(shí)取地面堆載5Do，可以看出管道埋的比較深的時(shí)候，車輪及堆積物的壓力可以忽略不計(jì)）； 每延米長管道管頂?shù)呢Q向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值按照圖籍（編號(hào)：GJBT-778）公式計(jì)算：Fsv,k=108