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福建海联创业园市政配套工程
埋地聚乙烯( PE) 给水管道施工技术

曹 洁 张杏轩

[摘要] 近几年来, 聚乙烯管以其耐腐蚀、 韧性好、 环保卫生、 施工简单、 使用寿命可达50年之久的卓越性能, 得到了迅速的推广与普及。在当前管道领域掀起”以塑代钢”的时代变革背景下, 聚乙烯给水管取代传统给水管材是已呈不可抗拒的趋势。福建海联创业园项目给水管道工程当管径小于250mm时,采用埋地聚乙烯管, 接口采用热熔对接连接技术, 取得了良好的经济效益和社会效益。
[关键词] PE管 热熔对接连接 水压试验
1.概述
海联创业园给水管道工程隶属于海联创业园市政配套工程, Ⅰ期工程包含滨海大道、 海三、 四、 五路A段、 工业一、 二、 三路、 溪一、 二、 三路、 创业路A段、 海二路A段等路网上的给水管道。各条道路的给水管道在纵向最高点设置排气阀, 最低点设置排泥阀。管径≤250mm, 采用PE100级聚乙烯管( 1.0MPA) , 接口采用热熔对接连接; 法兰盘式蝶阀, 地面操作砖砌圆形阀门井, 室外地上式SS150-80型消防栓, 砖砌圆形排气阀井, 排泥阀井采用砖砌排泥阀井。管道坡度与道路坡度一致, 管顶覆土80cm。
主要工程数量表( PE管道) 表1
序号
项目名称
单位
数量
备 注
1
PE给水管道
DN200
m
762

2
DN150
m
8719

3
DN100
m
614

4
DN75
m
194

5
阀门安装
个
483

6
阀门井砌筑
座
381

7
消火栓安装
座
104

PE管道采用小型轮胎式反铲开挖沟槽、 热熔对接连接、 小型吊具软吊带下管, 具有施工快速、 简单, 接口质量可靠等优点。
2.材料要求
管材: PE100级聚乙烯管( 1.0MPa) 聚乙烯管材、 管件。
法兰盘式蝶阀: 其技术、 质量指标符合设计及规范要求。
其它材料: 砖、 砂、 碎石、 水泥、 钢筋等技术、 质量指标符合相应的规范要求。
3.主要机具设备
①热熔对接焊机: 根据不同管径分别采用下表两种热熔对焊机, 对接焊机主要由机架、 动力源、 铣刀、 加热板及计时装置几个部分组成。
对接焊机型号及技术参数 表2
型号
焊接范围
电源
加热板功率
铣刀功率
泵站功率
最大压力
产地
PBF 160A
DN40～DN160
220V
1500W
440W
550W
9.5Mpa
国产
PB F250
DN90～DN250
220V
W
701W
750W
9.5Mpa
国产
②试压机具设备
加压泵: 采用多级离心泵。
压力表: 弹簧压力表的精度不能低于1.5级, 即压力表最大允许误差不超过最高刻度的1.5%, 最大量程为试验压力的1.5倍。为方便读数, 表壳的公称直径不小于150mm。
试压堵板: 堵板有足够的强度, 试压过程中, 堵板不能变形, 与管道的接口处不能漏水。
③其它辅助机具设备: 反铲、 冲击夯、 全站仪、 水准仪等。
4．施工操作工艺
4.1施工工艺流程
测量放线→基槽开挖→垫层铺设→管道连接→管道敷设→阀门井砌筑→阀门安装→支墩→管道压力试验→回填→清洗、 消毒。
4.2 操作要点
测量放线: 按设计图坐标位置, 测量放出管道中心线的平面位置, 使用白灰撒出基槽底口开挖轮廓线, 基槽底口开挖最小宽度为管道公称外径加30cm。
基槽开挖: 沟槽采用小型轮胎式挖机开挖, 沟槽底部留15㎝左右人工清挖, 槽底高程允许偏差±20mm。最终成型的沟槽底部平整坚实, 不得有块石、 砖块以及垃圾等杂物, 基底素土采用小型冲击夯夯实, 压实度不小于95%。
砂垫层铺设: 验槽后铺设20㎝厚的砂垫层, 人工平整 , 小型机具夯实, 压实度不小于90%。
管道连接:
①焊接工艺及参数的确定: 焊接施工前进行现场焊接试验, 制作焊接工艺评定试件, 初始焊接工艺参数参照表3进行确定, 试件制作完成后, 送往专业检测机构进行焊接工艺评定。如果试件评定合格, 则说明拟定的焊接工艺及参数是正确的, 施工时严格按照拟定的焊接工艺及参数操作即可; 反之, 则需重新调整拟定的焊接工艺及参数, 重新制作焊接工艺评定试件, 再次进行检测验证。
热熔对接焊工艺曲线图 图1

焊接参数参考值表 表3
参 数
单 位
数 值
加热板温度T
63≤dn≤250
℃
210±10
第一阶段
加热
压力p1a
MPa
0.18±0.02
时间t1
s
获得B1所用时间
卷边宽度B1
mm
dn≤180: 1＜B1≤2;
180＜dn≤315: 2＜B1≤3;
第二阶段
吸热
压力p2a
MPa
0.03±0.02
时间t1
s
(30+0.5dn) ±10
第三阶段
抽出加热板
时间t3
s
最大值: 3+0.01dn≤8
第四阶段
升压
时间t4
s
最大值: 3+0.01dn≤6
第五阶段
熔接
压力p5a
MPa
0.18±0.02
时间t5
min
最小值: 10
第六阶段
冷却
时间t6
min
最小值为1.5 en, 且最大值不超过20min。
备注: dn为管材的公称外径, 单位mm; en为管材的公称壁厚, 单位mm; pxa指的是接头内表面压力。
②焊接前准备: 清洁油路接头, 正确的连接焊机各部件; 测量电源电压, 确认电压符合焊机要求。检查清洁加热板, 涂层损坏应当更换。其表面聚乙烯的残留物只能用木质工具去除, 油污油脂等必须用洁净的棉布和酒精进行处理。按照焊接工艺正确设置吸热、 冷却时间和加热板温度等参数。焊接前, 加热板在焊接温度下适当预热, 以确保加热板温度均匀。
③装夹校正: 用支架将管垫平, 调整同心度, 管材两端的错位量不超过管壁厚的10%或3mm的较大值, 利用夹具校正管材不圆度, 而且留有足够的焊接距离。
④铣削焊接面: 装夹校正完毕后, 置入铣刀, 先使铣刀通电空转, 再缓慢合拢管端铣削。退出时, 先退出活动机架, 保持铣刀继续旋转, 直到不再能切削PE管端时, 再移走铣刀, 以免管端起毛刺。切屑厚度宜为0.5～1.0mm, 切屑厚度能够经过调节铣刀片的高度进行控制。管端间合拢缝隙最大宽度为: 0.3mm( de＜225mm) 、 0.5mm( 225mm＜de≤400mm) 。如不满足上述要求, 应再次铣削, 直到满足为止。
⑤拖动压力的测量及检查: 每次焊接时必须测量而且记录拖动压力( P拖) 。
⑥加热: 放置加热板, 升压至调整焊接压力＝拖动压力( P拖) ＋焊接规定压力( P1) 。
当加热板两侧焊接处圆周卷边凸起高度达到规定值时, 降压至调整焊接压力＝拖动压力( P拖) ＋焊接规定压力( P2) , 在确保加热板与焊接端面紧密贴合的条件下, 开始吸热计时。
⑦切换对接: 在规定的时间内抽出加热板, 立即贴合焊接面, 迅速将压力匀速升至调整焊接压力=拖动压力( P拖) ＋焊接规定压力( P5) , 焊接完成冷却时避免各种外力的干扰。
⑧拆卸管道元件: 达到冷却时间后, 将压力降至零, 拆卸完成焊接的管道元件。
管道的敷设:
①沟槽挖至设计标高后, 进行验槽, 验槽合格后, 及时敷设PE管, 铺设时需要排干槽内积水, 铺设完成后及时回填, 避免”浮管”现象的产生。
②管件连接好后使用小型吊具、 柔性吊带分段平稳吊入沟槽, 一般焊接100m左右进行下管, 也可根据现场施工条件灵活确定下管长度。
③PE管道与金属管道、 金属阀门连接处用法兰连接, 连接时清洗干净法兰头上的污物, 调整好法兰片和法兰头的同心度。
④管道安装和铺设中断时, 用木塞将管口封闭, 防止杂物进入。
⑤PE给水管道可蛇形敷设, 并可随地形弯曲敷设, 其允许弯曲半径见表4。
管道允许弯曲半径 表4
管道公称外径dn
允许弯曲半径R( mm)
50<dn≤160
50dn
160<dn≤250
75dn
沟槽回填: 回填分两个步骤进行: 管道两侧及管顶50cm内先回填, 接口前后20cm范围内
先不回填, 以便观察试压时的渗漏情况, 待水压试压合格后, 接口前后再行回填。管道两侧及管顶以上0.5m内的回填料, 不得含有碎石, 砖块, 垃圾等杂物, 且不得用冻土回填, 特别是管道的两侧( 腋角部位) 。回填分层填筑, 逐层用小型冲击夯夯实, 回填分层厚度10～15㎝。
阀门井砌筑: 砌筑前, 准确定出中心点位置及基础外径, 竖立标杆, 定出井顶标高。砌筑用砖用水浸透, 砌筑砂浆饱满, 上下砖错缝, 同时铸铁爬梯安装牢固、 位置准确, 在砌筑砂浆未达到规定抗压强度前不得踩踏, 内壁砂浆抹面分层压实, 外壁用水泥砂浆搓缝挤压密实, 做到井圆壁光。井盖上表面和路面要在同一平面上, 不得低于路面, 高出路面不得超过5㎜。
阀门的安装: 安装前核对阀门的型号规格与设计是否相符, 检查阀门的外观, 察看阀杆是否歪斜、 灵活等。对于水平管道上的阀门, 阀杆安装在上半圆范围内, 阀门介质的流向要与阀门指示方向一致。阀门与管道的法兰连接时, 彻底清洁法兰表面和”O”型槽, ”O”型胶圈要清洁、 无损; 垫圈, 垫圈、 螺栓、 螺帽要清洁; 在拧紧螺栓时要交叉循序渐进, 不一次拧紧, 先在下边的螺孔穿入螺栓, 插入垫片并摆正, 然后将螺栓全部穿好, 用手将螺母全部上紧, 再用扳手按对角顺序拧紧螺栓, 每个螺栓不一次紧到底, 每次拧到稍需用力时即可, 依序拧紧对角螺栓, 直到基本转不动时即可; 连接法兰的螺栓直径、 长度适当, 不过细、 过短, 以免影响连接强度, 螺栓安装时将螺母安装在同一侧, 方便装拆。阀门有足够的加固, 在阀门井内要设置卡环、 支墩等固定阀门的装置。
支墩: 管道及管道附件的支墩和锚定结构位置准确, 锚定牢固。支墩在坚固的地基上浇筑。当无原状土做后背墙时, 采取措施保证支墩在受力情况下, 不致破坏管道接口。管道支墩在管道接口完成、 管道位置固定后浇筑, 管道安装过程中的临时固定支架, 在支墩的混凝土达到强度后方可拆除。
水压试验: 管道水压试验分预试验阶段与主试验阶段两个阶段进行。
①预试验阶段, 按如下步骤:
步骤一 : 将试压管道内的水压降至大气压, 并持续60min。期间确保空气不进入管道。
步骤二: 缓慢地将管道内水压升至试验压力并稳定30min, 期间如有压力下降可注水补压, 但不得高于试验压力。检查管道接口、 配件等处有无渗漏现象。当有渗漏现象时终止试压, 并查明原因采取相应措施后重新组织试压。
步骤三: 停止注水补压并稳定60min。当60min后压力下降不超过试验压力的70%时, 则预试验阶段的工作结束。当60min后压力下降低于试验压力的70%时, 停止试压, 查明原因采取相应措施后再在组织试压。
②主试验阶段, 分步如下:
在预试验阶段结束后, 迅速将管道泄水降压, 降压量为试验压力的10%～15%。期间准确计量降压所泄的水量, 设为△V(L)。按下式计算允许泄出的最大水量△Vmax(L)
△Vmax=1.2V△P{1/ Ew+di/(enEp)}
式中 V—试压阶段总容积( L) ;
△P—降压量( MPa) ;
Ew—水的体积模量, 与水温有关;
Ep—管材弹性模量( MPa) , 与水温及试压时间有关;
di—管材内径( m) ;
en—管材公称壁厚( m) ;
当△V大于△Vmax, 停止试压。泄压后排除管内过量空气, 再从预试验阶段的”步骤2”开始重新试验。
每隔3min记录一次管道剩余压力, 记录30min。当30min内管道压力有上升趋势时, 则水压试验结果合格; 30min 内管道剩余压力无上升趋势时, 则应再持续观察60min。当在整个90min内压力下降不大于0.02MPa, 则水压试验结果合格。主试验阶段如两条均不能满足, 则水压试验结果为不合格。
清洗、 消毒: 聚乙烯给水管道系统在验收前, 进行通水冲洗。冲洗水的流速大于1m/s, 冲洗时, 不留死角, 每个配水点龙头打开, 系统最低点设放水口, 清洗时间控制在冲洗出口处排水的水质与进水相当为止。生活饮用水系统经冲洗后, 用含20～30mg/L的游离氯的水灌满管道进行消毒。含氯水在管中滞留24h以上。管道消毒后, 再用饮用水冲洗, 并经卫生监督管理部门取样检验, 水质符合现行的国家标准《生活饮用水卫生标准》后, 方可交付使用。
5 .质量检查
5.1 质量控制标准
①埋地聚乙烯给水管道施工质量符合《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268- 及《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ 101- 的有关规定。
②埋地聚乙烯给水管道工程采用的管材、 管件分别符合《给水用聚乙烯( PE) 管材》GB/T 13663和《给水用聚乙烯( PE) 管件》GB/T 13663.2的规定, 卫生性能符合现行国家标准《生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准》GB/T 17219的要求。
5.2外观检查
合格热熔对接的焊口外观形状: 翻边沿整个外圆周平滑对称, 尺寸均匀、 饱满、 圆润。翻边不应有切口或缺口状缺陷, 不应明显的有海绵状浮渣出现; 卷边( 见图2) 的中心高度h值必须大于零; 焊接处的错边量不超过管材壁厚的10％。
合格热熔对接焊口示意图 图2

同时焊环尺寸应满足下面要求:
焊环的宽度: B=0.35～0.45en
焊环的高度: H=0.20～0.25en
　　环缝的高度: h=0.10～0.20en
　 注: en为管材壁厚, 系数的选取遵循”小管径, 选较大值; 大管径, 选较小值”原则。
5.3卷边切除检查
使用外卷边切除刀切除卷边, 进行检查。
卷边应当是实心圆滑的, 根部较宽。卷边底面不得有污染、 孔洞等。若发现杂质、 小孔、 偏移或损坏时, 判定为不合格。卷边用手撕,焊缝不开裂; 180°重复弯, 焊缝不开裂; 360°、 720°扭曲焊缝不开裂, 判定为合格( 见图3) 。
卷边切除检查 图3

手撕卷边 360°扭曲 720°扭曲
6.结束语
PE埋地聚乙烯给水管道在解决管道防腐、 防止焊缝泄漏、 降低工程综合造价、 提高施工速度、 降低劳动强度等方面都较传统给水管材有巨大的优越性能。
同时PE埋地聚乙烯给水管道还具有以下优点:
①使用寿命长久,在额定温度、 压力状况下, PE燃气管道可安全使用50年以上。
②埋地聚乙烯给水管道的内壁光滑, 水流阻力小, 流通能力大; 且聚乙烯管材材质无毒, 不腐蚀, 不结垢, 能够有效地提高水质。
③焊接接口质量可靠, 管道安装一次合格率高。
综上所述, PE埋地聚乙烯管道在市政领域的给排水工程中具有广阔的推广使用前景。
参考文献:
【1】 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-
【2】 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ 101-