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埋地硬聚氯乙烯排水管道设计施工中的若干问题TextMark

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聚氯乙烯 排水管道 设计 施工 中的 若干问题 TextMark
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地 硬聚 氯乙 烯排 水管 道设 计施 工中 的若 干问 题概述 硬聚氯乙烯 (具有重量轻、强度高、耐腐蚀、管壁光滑水力阻力系数小、 施工 安装方便及水密性能好等特点 。 用于埋地排水管道不仅 施工 速度快 、 周期短 , 还能更好地适应管道的不均匀沉降,使用寿命可达 50年以上。国外在排水管道中早已广泛使用。我国由于适合埋地排水管道特点的 , 以承受外压荷载为主的 因此其在排水 工程 中的 应用 滞后于建筑 排水和城镇给水 工程 中的 应用 。 90年代初期,国内相继生产出 筋管和肋式卷绕管等特殊型式的异形管材 , 管材价格较普通直壁管大幅下降 , 使 程中的推广 应用 成为可能。基于上述情况, 天津 市政 工程研究 院、 上海 市政 工程研究 院,自 192年起先后对 程 涉及的 应用技术 进行了 系统 地试验 研究 。 对各种管材的性能 , 埋地工作的特性 , 管道的 设计施工 和 工程 实验进行了 系统 的 研究 探索 , 为 程 中的 应用 提供了科学的依据 , 并编制了相应的地方标准供遵循和参照 。 近几年 津 、 上海 、 江苏 、 浙江和西北地区的多项排水 工程 中 应用 , 取得了良好效果 。 本文仅就 计 、 施工 中的主要问题 , 结合近些年的试验 研究 , 工作实践和 “ 硬聚氯乙烯排水管道 设计施工 及验收规程 ” 的编制情况做一概述,供参考讨论。一、管材 城镇埋地排水管道多为重力流,主要是承受外压荷载。国内目前可用于排水管道的 种可供选择 (图 1):壁截面为双层结构,内壁的表面光滑、外壁为等距排列的空芯封闭环肋结构 。 由于管壁截面中间是空芯的 , 在相同的承载能力下可以比普通的直壁管节省 50%以上的材料 , 因之价格较低 。 管材的公称直径以管材外径表示 , 国内产品最大直径 环刚度多 为8kN/长 6m。承插式接口,橡胶圈密封,国内已有十余家生产厂生产。这种管材的价格低廉,施工安装非常方便。壁波纹管加筋管肋式卷绕管直壁管图 是一种管壁光滑 、 外壁带有等距排列的环肋的管材 。 这种管材既减薄了管壁厚度又增大了管材的刚度,提高了管材承受外荷载的能力,可比普通直壁管节约 30%以上的材料 。 管材的公称直径以管内径表示,产品最大直径 材长度 6m,承插式接口,橡胶圈密封 ,环刚度 8kN/m2。亦称螺旋管 ):该产品是新一代塑料管材,制管分 2阶段进行。第 1阶段先将原材料制成带有等距排列的 第 2阶段再将带材通过螺旋卷管机卷成不同直径的管材 。 管材的公称直径以管内径表示 。 这种管材的特点是可以把带材运到管道施工现场 。 就地卷成所需直径的管材 , 大大简化了管材的运输 、 管材长度可以任意调整 。 带材的规格有 4种 , 适用于不同直径不同要求的管材 。 管材重量仅为直壁管重量的 35~ 50%, 管材接口用特制的管接头粘接 。 用高密度聚乙烯 (成 的 140 最大管径 达 顶覆土可达 10m。这种管材由兰州晟泰塑料制管公司生产,已在西北地区使用。壁截面是实心的,管壁截面相等的管材,公称直径以管外径表示。管材接口有软接接口和橡胶圈接口。橡胶圈接口的严密性较好。这种管材承受内压外压的性能都很好 , 多用于建筑 给排水 和城镇给水管道,用于排水管道与异形管相比价格相对较高。由上述可见,在排水管道工程中选用的管材,以异形管较为经济,具体选型尚应根据具体 的条件综合比较确定。 二、量通常按下式计算:式中: m/s); m); m3/s);管壁粗糙系数 量等诸多因素有关。 美国 在实验室试验和实际应用中发现 日本 下水道协会标准则采用 天津市政工程研究院用 ~ 6‰ ,流速 虑 污水环境 恶劣及管接头影响留有余地正在编制的规程中拟采用 s。 管子埋入地下椭圆变形对流量的影响可忽略不计 , 按管道允许直径变形率 5%计算 ,对流量的减少仅 影响甚微。管土共同工作来承受荷载。管周两侧的土体承受了大部分荷载 , 柔性管仅承受一小部分 。 对重力流管道 , 管子的安全使用状态实际上是以变形控制 , 欧美等国对重力流管通常只计算管子的变形 。 日本下水道协会标准 假定的荷载图形按下式计算管子的环向应力:M/W=()(2P)式中: σ 为管壁的环向弯曲应力; 对不同管径管材的砂箱试验实测结果,管壁应力与按上述公式计算的结果甚为接近,计算值略大于实测值,因之上式可以采用。静土压力分布 动土压力分布图 地柔性管的变形计算国内外多采用 该公式的推导假定管道受垂直荷载作用产生椭圆变形 , 使土体产生抗力 , 抗力大小与管子在土中的变形成正比 , 呈抛物线分布 (图 3)。经推导形成修正的依何华公式(1) Δ 取 基础支承角有关,一般取 E′ 为管两侧回填土的变形模量。上述公式已广为使用,近些年又参照 (1)式中的 E′ 改为 (2)式中 E′ , ξ 为管两侧回填土变形模量与沟槽壁原状土变形模量比值及管径与开槽宽度比值有关的系数。当沟槽壁原状土的变形模量与回填土的变形模量相同时 ξ =1,即为 (1)式。 (2)考虑的因素较全面,计算上是合理的。但一般使用的 深不大 , 而管道线路又很长 , 管道沿线除特殊地段外通常都不做地质钻探 , 难以确切掌握沟槽原状土的变形模量 。 用假定的土质 资料 计算也难符合实验 , 因之仍可考虑简便的计算 。 在实际应用中 , 环刚 度8kN/ (ε =Δ D/2r× 10%)不超过 5%控制 , 在一般的土质条件下管顶覆土达 5足够的安全。或按最不利的条件考虑,用 (2)式精确的计算与用 (1)式按一般土质条件的计算 , 管子直径变形率的差别亦只在 内 。 因之在无地质 资料 情况下用 (2)式计算管子的变形可取 ξ =1。管子的直径变形率通常规定不大于 5%。日本下水道协会标准 中: 面活载作用下的变形计算系数,其他符号同前节强度计算公式中的符号。 该计算公式未考虑沟槽土壤及沟槽回填土类别性质的影响 , 不尽合理 。 但从砂箱试验对比 ,计算值与实测值较接近 , 用于中等压实度一般土质是可以的 。 对较低刚度的管材埋入软土地带可能会有较大误差。 考虑我国对柔性管的变形计算都采用 在编制中的 “ 中也采用了 上述理论分析外,利用试验和经验数据来确定荷载与管道变形的关系也是一种实用的方法。即利用砂箱试验或原型试验得出管道功能与填土高度的关系曲线来确定管子的使用状态 。 美国 册 中也指出这是一种可靠和值得推荐的方法 。 国内已有多种管材做了砂箱试验 , 得出管顶覆土荷载与管子变形的关系曲线 , 直接确定管子的使用条件甚为简便 。 特别是对异形管材尤为简便。 三、度, 一般土质通常只做一层 软土地基,且当槽底处在地下水位以下时,宜铺一层砂砾或碎石,厚度不小于 石粒径 5~ 40m,上面再铺一层厚度不小于 以利基础的稳定 。 基础在承插口连接部位应予先留出凹槽便于安放承口 , 安装后随即用砂回填 。 管底与基础相接的腋角 (图 4, 2α 范围 ), 必须用粗砂或中砂填实 (图 4), 紧紧包住管底的 2α 角部位,形成有效的支承。图 槽深大于 3插口管安装时应将插口顺水流方向,承口逆水流方向由下游向上游依次安装 。管材的长短可用手锯切割 , 但应保持断面垂直平整不得损坏 。 小口径管的安装可用人力 , 在管端设木挡板用撬棍使被安装的管子对准轴线插入承口 。 直径大于 但不得用施工机械强行推顶管子就位 。 管道接口以橡胶圈接口居多 , 施工操作简便 , 但应注意橡胶圈的断面型式和密封效果 。 圆型胶圈的密封效果欠佳 , 而变形阻力小又能防止滚动的异形橡胶圈的密封效果则比较好 。 普通的粘接接口仅适用 肋式卷绕管必须使用生产厂特制的管接头和粘接剂以确保接口质量。管道与检查井的连接宜采用柔性接口,可采用承插管件连接。亦可采用预制混凝土套环连接 , 将混凝土套环砌在检查井井壁内 , 套环内壁与管材之间用橡胶圈密封 , 形成柔性连接 。 水泥砂浆与 宜将管材或管件直接砌筑在检查井壁内。可采用中介层作法 ,即在 接着在上面撒一层干燥的粗砂,固化 20入检查井内可保证与水泥砂浆的良好结合,防止渗漏 (图 5)。 对在坑塘和软土地带,为减少管道与检查井的不均匀沉降,一种有效的办法是先用一根不大于 2面再与整根长的管子连接,使检查井与管道的沉降差形成平缓过渡。图 槽回填材料和回填的密实程度对管道的变形和承载能力有很大影响 。 回填土的变形模量越大 , 压实程度越高 , 则管道的变形越小 , 承载能力越大 ,设计施工应根据具体条件慎重考虑。沟槽回填除应遵照管道工程的一般规定外,还必须根 据 管道安装完毕应立即回填 , 不宜久停再回填 。 从管底到管顶以上 采用碎石屑、砂砾、中砂粗砂或开挖出的良质土。管道位于车行道下,且铺设后即修筑路面时,应考虑沟槽回填沉降对路面结构的影响 , 管底至管顶 砂或石屑分层回填夯实。为保证管道安全,对管顶以上 回填的压实系数从管底到管顶范围应大于或等于 95%; 对管顶以 0%; 其他部位应大于等于 90%。 雨季施工还应注意防止沟槽积水 , 管道漂浮 。 闭气试验简便迅速 , 最能适合 但目前尚无检验标准和专用的检验 设备 , 待进一步研究 。 良好的橡胶圈接口可以做到完全不漏水 。 因之对 我国尚无具体规定 , 美国规定以每 4借鉴使用。四、 特别是重量轻 、 强度高 、 耐腐蚀 、施工安装简便快捷,因之近 10多年来发展迅速。一些发达国家在 而 0%以上 , 应用的覆盖面很广 。 目前国内适合于排水管道使用的各种异形管的生产厂已有 10多家,管材生产具备了一定的规模。许多地区试点应用都取得了良好的效果 , 针对 中国 工程建设标准化协会标准 “ 室外 埋地硬聚氯乙烯 排水管道设计施工及验收规程 ” 也正在编制中 。 尽管有的管材价格还偏高 , 但其综合造价已接近混凝土管道 。 随着管材生产的发展和对 工程造价将会逐步降低而更加显示其良好的技术经济效益 。 予积极推广。
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