钢带增强聚乙烯螺旋波纹排水管的设计与应用.pdf

第 3 3卷 第 5期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 2年 1 ( ) 月 钢带增强聚乙烯螺旋波纹排水管的设计与应用 夏安林 f 中国瑞林工程技术有限公司， 江西南 昌 3 3 0 0 3 1 ) [ 摘要] 钢带增强聚 乙烯螺旋波纹管作为一种新型的排水管道， 具有良好的使用性能 ， 但在设计、 孑 包 工 上有着不 同于其它排水管材的特殊要求。本文主要介绍钢带增强聚 乙烯螺旋波纹排水管道的特性与设计要 点和／ E．r - 注意事项。 [ 关键词] 钢带增强聚 乙烯螺旋波纹管 ； 排水管； 性能 中图分类号 ： T U 9 9 2 ． 2 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 — 4 3 4 5 ( 2 0 1 2 ) 0 5 — 0 0 4 3 — 0 3 De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n o f S t e e l Re i n f o r c e d P o l y e t h y l e n e Co r r u g a t e d Dr a i n a g e P i p e XI A An- l i n ( C h i n a N e fi n E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， N a n c h a n g ， J i a n g x i 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t As a n e w t y p e d r a i n a g e p i p e ， s t e e l r e i n f o r c e d p o l y e t h y l e n e c o r r u g a t e d p i p e h a s g o o d p e rf o r ma n c e o f a p p l i c a t i o n ， a n d i t h a s s p e c i a l r e q u i r e me n t t h a t i s d i f f e r e n t f r o m o t h e r d r a i n a g e p i p e s a t t h e a s p e c t s o f d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n ．T h e p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s c h a r a c t e r i s t i c s a n d d e s i g n p o i n t s o f s t e e l r e i n f o r c e d p o l y e t h y l e n e c o r r u g a t e d p i p e a n d c o n s t r u c t i o n n o t i c e s ． Ke y wo r d s s t e e l r e i n f o r c e d p o l y e t h y l e n e c o r r u g a t e d p i p e ； wa t e r d r a i n a g e p i p e ； p e r f o r ma n c e 0 前言 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是以高密度聚乙烯 为基体， 用表面涂敷粘接树脂的钢带成型为波形作 为主要支撑结构 ， 并与聚乙烯材料缠绕复合成 整体 的双壁螺旋波纹管[ 1 j 。 它既具有塑料管的柔韧性 ， 又 具有金属管的刚性 ， 且环刚度高、 抗外压能力强 ， 重量 轻 、 耐腐蚀 、 抗磨损 、 过流能力大 、 密封性能好 、 使用 寿命长 、 运输安装方便 ， 施工速度快 。用作埋地排水 管道时， 该管材具有 良好的使用性能 ， 但在设计 、 施工 上有着不同于其它排水管材的特殊要求。 1 管道性能与特点 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是把连续钢带压成 近似“ 八” 型的螺旋钢肋 ， 再将其缠绕在 内外两层热 熔接的聚乙烯间而形成 的( 如 图 1 所示 ) 。 其将钢材 收稿 E t 期 ： 2 0 1 2 — 0 5 — 1 6 作者简介 ： 夏安林 ( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 工程师 ， 主要从事给排水工程设计工作。 的高强度 、 高刚度 和聚乙烯 的柔韧性 、 耐腐性 、 耐磨 性有机地结合在一起。 图 1管材结构示意 1 ． 1 强 度和 刚度 钢带增强 聚乙烯螺旋波纹管属于结构壁管道 ， 且含有高强度钢带 ， 利用钢带 的高弹性模量 ( 通常 为 聚乙烯 的 1 9 2倍 ) ， 并根据其结构设计和制作特 点的不同， 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管特别是大口径管 道的环 刚度 可 以很 容易达 到 8 k N ／ m 2 、 1 2 ． 5 k N ／ m2 、 1 6 k N／ m 。 1 ． 2 水力特性 由于钢带增强聚乙烯螺旋波纹管 内壁为聚乙烯 材料 ， 因此 ， 它具有常规塑料管内壁光滑 、 粗糙度小 、 ． 4 4． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 高通流能力的特点 ； 同等条件下 ， 相同口径塑料管较 钢筋混凝土排水管通流能力、 流速要高近 2 0 ％。 1 ． 3 耐腐、 耐磨性 管道的结构设计 中， 钢肋是完全被内外聚乙烯覆 盖的， 接触被输送液体和周围土壤及地下水的内外表 面都有一定厚度的聚乙烯层， 因此， 钢带增强聚乙烯 螺旋波纹管的耐腐蚀和耐磨损性能是有保证的。 1 。 4 综合经济性 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管具有较高的综合性 价比。 一方面 ， 管道本身结构的设计特点能非常显著 地节约材料成本 ； 另一方面， 我 国拥有该管道生产设 备的自主知识产权， 使设备投资较国外设备大大降 低 ； 再加上管道质量轻、 运输安装方便及施工速度快 等特点 ， 使得该管道 ， 尤其是较大直径管道 ， 具有较 高的综合经济性。 2 设计要点 2 ． 1 管道性能参数的选取 管道性能参数的选取应根据不同的使用条件并 结合管材的特点区别对待。 最重要的设计参数为环刚 度和允许变形率 。 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管产品齐 全 ， 覆盖了 D N ／ I D 3 0 2 0 0 0的各种规格 ， 环刚度分为 S N8 、 S N1 2 ． 5 、 S N1 6三个等级 ， 管道竖向直径的允许 变形率不应大于 5 ％。 当仅考虑管道上的永久作用荷 载——覆 土压力 ， 且管道竖 向直径变形率为 5 ％时 ， 不同等级环刚度的管道 ， 在不同敷设条件下 的管顶 最大覆土深度见表 1 圆 。 表 1 管道管顶 的最大覆深度 m Ed 2 o r S D ， k N／ m 2 o r S 。 ， k N ／ m k m ( o )8 ．0 1 2 ．5 1 6．0 kN ／ m ( 。 )8 ．0 1 2 ．5 1 6 ．0 6 0 1 ．9 7 2 ． 6 2 3 ． 1 l 6 0 6 - 3 l 6．9 5 7 ．4 4 ㈨ 00 9 0 5 0 0 0 9 0 1 5 0 2 ．4 9 3．2 7 3 ． 8 8 1 5 0 7 ． 8l 8 ．5 9 9 ． 2 O 6 0 4 ． J 4 4 ． 7 8 5 ．2 8 6 0 8-4 8 9 ． 1 1 9 ． 6l 3 0 0 0 9 0 1 0 0 0 0 l 9 2 00； l0 ．9 ．7408 0 ．2 l 5 0 4 ． 8 O 5 ．9 3 6 ． 5 4 1 5 0 1 0 ．4 7 1 1 ． 2 6 1 1 ．8 7 注 ： S 为管 材环 刚度 ； E d 为管侧 土的综合 变形模量 ； 2 a 为基础 支承 角。 2 ． 2 基础设计 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管属柔性管材 ， 应采用 土弧基础。管底基础层设计应根据不同地基条件采取 相应的措施 ： 对于一般土质 ， 应在管底以下原状土地 基或经 回填夯实 的地基上铺设一层厚度为 1 0 0 mm 的巾粗砂基础层 。 当地基土质较 差时 ， 可采用铺垫 厚度不小于 2 0 0 mm的砂砾基础层 ， 也可分两层铺设 ( 下层用粒径为 5 2 m m的碎石， 厚度1 0 0 ~ 1 5 0 mm； 上 层铺 中粗砂 ， 厚度不小于 5 0 m m) 。 对于软土地基 ， 或 因施工 等原 因扰动 了地基原状土从而影响到地基 承载力时 ， 必须先对地基进行加固处理 ， 在达到规定 的地基承载力要求后 ， 再铺设中粗砂基础 ， 基础密实 度应达到 8 5 ％~ 9 0 ％。 对于土弧基础支承角范围内的 腋角部位 ， 必须采用中粗砂或砂砾回填密实 ， 其密实 度应达到 9 5 ％。 2 ． 3 管道连接 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的管端 口面形式通 常分为螺旋形和垂直轴线的平面形两种， 相应管材的 连接方式、 方法应根据其端 口面形式分别确定。 目前 ， 国内生产的主要为螺旋形端口。 已经在工程中广泛应 用的螺旋端 口的连接方法为热熔挤出焊接 、电熔带 连接 、 热收缩管( 带 ) 连接和卡箍连接等刚性连接方 式。 在设计 中， 一般多采用两种或多种方法的组合连 接， 以保证连接的安全可靠， 特别是在重要的工程或 大 口径管道连接时。如 当管径 > 8 0 0 m m时 ， 可采取 内外双面热熔挤出焊接或内热熔挤出焊接十 外 电熔 带或热收缩带连接的组合方式 ； 也可采取热收缩管 ( 带 ) + 卡箍的组合连接方式( 图 2 ) ， 既提升了管道连 接 的可靠性 ， 又能保证连接的机械强度 。 图 2热 收 缩带 +卡 箍 的 组合 连 接 随着该类管材的应用普及和工程需要 ， 平端 口 连接形式也越来越多地得以应用 ， 特别是承插式密封 圈型的柔I生 连接。 但由于需要单独生产承插口 并在厂 内完成承插口短管的连接 ， 因此该类连接的管道成本 造价稍高。 2 ． 4 管道与检查井连接 管道与检查井连接时 ， 应采用柔性连接f 3 ] 。当管 道敷设在软土地基或不均匀地层上时 ， 管道与检查井 连接可采用过渡段。 过渡段应由不少于两节的短管柔 性 连接组成 ， 每节短管 长 6 0 0 ～ 8 0 0 m m， 总长 可取 1 5 0 0 ～ 2 0 0 0 m m； 柔性连接可采用承插式 、 套筒式橡 第 5期 钢带增强聚 乙烯螺旋波纹排水管的设计与应用 ． 4 5． 胶密封圈接 口。过渡段也适用于管道与构筑物进 出 水 管道的连接。 3 施 工注意事项 管道敷设前 ， 施工单位应编制施工组织设计 ， 熟 悉现场情况， 了解设计管线沿途已有的平面及高程控 制点分布情况 ； 根据管道平面和已有控制点 ， 并结合 实际地形 ， 做好实测数据整理 ， 绘制实测草图； 并根据 管顶的最大覆土 ， 对管材环刚度进行复验 ， 对沟槽及 其两侧原状土情况进行核对。 3 ． 1 沟槽及开挖要求 沟槽 开挖前 ， 应根据设计给定的水准点及坐标 控制点进行测量 、 定位 、 放线 ， 引临时水准点及控制 桩 ， 经 复核认证批准后方可进行沟槽开挖 。 沟槽开 挖要严格 控制 挖深及 管道 中心线 ， 机械 开挖 时 留 2 0 0 ～ 3 0 0 m m的余量 ， 由人工清槽至设计槽底高程位 置 ， 并将里程桩引至槽底。 如遇超挖或发生扰动 ， 可 填天然级配砂石料 ， 其最大粒径不大于 4 0 m m， 并整 平夯实 ， 且密实度不应低于 9 5 ％。 3 ． 2 温度影响 由于聚乙烯管道 的线膨胀 系数 为0 ．2 mm ／ (m ℃) ， 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的线膨胀系数可采用相 同参数嘲 ， 可见温差对管道的安装 、 使用安全性非常 重要。排水管道在沟槽 回填土完成后长期使用过程 中， 管道内外介质的环境温差 比较小 ， 但在施工敷设 过程中经常出现较大温差 ， 因此在施工敷设时 ， 应尽 可能采取减小温度对其影响的措施 ， 如 ： 1 ) 选择与管 道在长期使用过程中的环境温度相近的季节和时间 段施工。 2 ) 管道连接及管道与构筑物等的连接采取柔 性连接形式 ， 如承插密封圈连接 。 3 ) 管道采用刚性连 接时， 采取对管道及时覆土的措施。即待管道敷设完 成后 ， 除接 口部位外露以外 ， 立即进行沟槽 回填 ， 且 管道两侧和管顶以上 的回填高度不小于 5 0 0 mm。 3 ． 3 地下水影响 管道埋设在地表水或地下水以下时， 应根据设计 条件进行管道结构 的抗 浮稳定计算 。 当沟槽开挖遇 有地下水时 ， 需设置排水沟 、 集水坑 ， 及时做好沟槽 内地下水的排水降水工作， 保证地下水位降至槽底 5 0 0m m以下 ； 且管道在敷设 、 回填的全部过程中 ， 槽 底不得积水或受冻 ， 必须在工程不受地下水影响 ， 管 道达到抗浮要求时， 才可停止降低地下水。 在高地下水位 的软土： 地基上敷设 管道时 ， 可在 管道基础层和沟槽回填土内铺设土工布对管道的横 向和纵向进行加固； 在高地下水位的管段 ， 可在管顶 和两侧 的回填土内铺设土工布 ； 在地下水流动区域段 内可能发生细颗粒土流动和转移时， 可沿沟槽底和两 侧边坡上铺设土工布。 3 ． 4 管道修补 管道在安装 过程 中出现较小面积 的局 部损坏 时 ， 可采用焊枪和热收缩管( 带 ) 进行修补 ， 但当破损 超过一定 范围时( 损坏处直径 > 6 0 m m或环 向裂缝 超过管周长的 1 ／ 1 2或是管道的管身破坏) ， 应切除 破损管段 ， 采取换管措施。 管道切断后， 在波峰的钢带 断 口部位 ， 应采用挤出焊接或用聚乙烯片材进行断 口 密封和防腐处理( 图 3 ) 。 4 结语 图 3 断 口密封防腐处理 钢带增强聚乙烯螺旋波纹管在我国诞生 以来 ， 就以环刚度高、 耐腐抗磨好、 材料消耗少及综合造价 低的突出优势在全国各地得到迅速推广 ， 只要根据管 道的特性并结合工程特点， 通过科学合理的设计及施 工， 必将发挥其良 好的使用性能。 参 考文 献 [ 1 ]C J ／ T 2 2 5 — 2 0 0 6， 埋 地排水用钢带增强聚 乙烯( P E ) 螺旋波纹管【 s 】 ． [ 2 】C E C$ 2 2 3 ： 2 0 0 7， 埋地 排水用 钢带增强聚 乙烯 ( P E) 螺旋 波纹管管 道工程技术规 程【 s ] ． [ 3 】GB 5 0 0 1 4 — 2 0 0 6 ， 室外排水设计规范( 2 0 1 1年版) 【 S 】 ．