市政排水塑料管設計與施工的幾點體會

劉朝松

近年出現(xiàn)了許多種塑料排水管材,這些管材具有重量輕、耐腐蝕、耐壓強度高、管內(nèi)壁水力阻力系數(shù)小、管道水密性和抗不均勻沉降性好、施工安裝方便以及使用壽命長等優(yōu)點,因而在市政排水工程中已得到了較為廣泛的應用。據(jù)統(tǒng)計,到2005年,在全國新建、改建的市政排水工程中有20%排水管道采用塑料管。

1 市政排水塑料管管道設計要求

1)在市政排水工程中選用排水塑料管時,應首先對管道進行水力計算。

其中,V為流速,m/s,最大設計流速宜為5.0 m/s,污水管在設計充滿度下的最小設計流速宜為0.60 m/s,雨水管道或合流管道滿流時的最小設計流速宜為0.75 m/s;n為管壁粗糙系數(shù),一般取值0.010～0.011;R為水力半徑,m;Ⅰ為水力坡降;Q為流量,m3/s;A為水流有效斷面面積,m2。

2)管道強度(環(huán)剛度)計算。

對于重力流管道一般采用下式計算管道的環(huán)向應力:

其中,δ為管壁的環(huán)向彎應力,kN/m2;M為管壁上的彎矩,kN·m/m;r為管道的平均半徑,m;W為管壁的截面模量,m2;K1為管道豎向靜土壓力作用的彎矩系數(shù);K2為管道在地面活載作用下的彎矩系數(shù);P1為作用在管頂?shù)撵o土壓力,kN/m2;P2為作用在管頂?shù)幕詈奢d,kN/m2。設計人員應根據(jù)管頂覆土厚度、地面荷載等級、路面結(jié)構(gòu)情況、回填材料及密實度和管側(cè)原狀土的變形模量等來驗算已選定設計所需管材的環(huán)剛度大小。

3)管道的變形校核計算。

一般埋地柔性管變形校核計算,國內(nèi)多采用修正的依何華公式:

其中,ΔD為管道在組合荷載作用下的直徑變形量,m;DL為變形滯后系數(shù),取1.2～1.5;K為基礎(chǔ)墊層系數(shù),與基礎(chǔ)支承角有關(guān),一般取0.1;W0為管頂單位長度上的荷載,kN/m;r為管壁中心半徑,m;E為管材的彈性模量,MPa;Ⅰ為管壁截面單位長的慣性矩,m4;E′為管兩側(cè)回填土的變形模量,MPa。在組合荷載作用下埋設管道的最大直徑變形不應超過5%。根據(jù)工程使用經(jīng)驗,一般地質(zhì)條件下,管道的直徑變形率與砂箱試驗結(jié)果是相符合的。對于特殊地質(zhì)(淤泥等軟土地基)且管道埋深較大時,設計人員應根據(jù)管線所處位置的地質(zhì)鉆探資料進行管道變形校核計算。

4)管道的抗浮穩(wěn)定計算。

埋地塑料排水管的抗浮穩(wěn)定計算應符合下式要求:

其中,∑FGK為各項抗浮永久作用標準值之和,kN/m2;Ffw,k為浮托力標準值;Kf為管道的抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù),不低于1.10;γS為管頂回填土的重力密度,一般取18 kN/m3;γS′為地下水位以下回填土的重力密度,一般取8 kN/m3;γω為水的重力密度,一般取10 kN/m3;HS1為地下水位以上覆土層的厚度,m;HS2為地下水位以上覆土層的厚度,m;Z為可能出現(xiàn)的最高地面地下水位標高至管底的高度,m。

2 市政排水塑料管施工要點

1)管基處理。市政排水塑料管應采用土弧基礎(chǔ),對一般土質(zhì),應在管底以下原狀土地基或經(jīng)回填夯實的地基上鋪設一層厚度為100 mm～200 mm的中粗砂墊層;當?shù)鼗临|(zhì)較差時,可采用鋪墊厚度不小于200 mm的碎石灌砂墊層基礎(chǔ),也可分兩層鋪設,下層用粒徑為5 mm～32 mm的碎石,上層鋪中粗砂,厚度控制為下層100 mm～150 mm,上層厚度不小于50 mm;對于地質(zhì)差的軟土地基(如淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的軟弱地基),當?shù)鼗休d小于設計要求或由于施工降水等原因,地基原狀土被擾動而影響地基承載能力時,必須先對地基進行加固處理(如打木樁、拋塊石擠淤、打水泥攪拌樁等措施),在達到規(guī)定的地基承載后,再鋪設中粗砂(或砂礫)基礎(chǔ)層。以上管基墊層密實度均應符合溝槽回填密實度相應要求。

2)管道連接及安裝。市政塑料排水管道最常見有兩種連接方式,一種是承插式橡膠密封圈連接(如UPVC雙壁波管、HDPE管等),另一種是熱熔連接(如HDPE管),其中熱熔連接對施工環(huán)境和操作程序要求非常嚴格,一般由廠家指派專業(yè)技術(shù)人員在施工現(xiàn)場指導施工。因此現(xiàn)有管道安裝中接口多以橡膠密封圈接口為主,施工操作簡便,同時承插口管安裝時應將插口順水流方向,承口逆水流方向由下游向上游依次安裝。

管道與檢查井的連接宜采用柔性接口,可采用承插管件連接,亦可采用預制混凝土套環(huán)連接,柔性連接見圖1。由于水泥砂漿與塑料管的結(jié)合性能不好,不宜將管材或管件直接砌筑在檢查井壁內(nèi),通常采用的是中介層作法,見圖2。

3)溝槽回填。為防止管道變形,首先施工單位應嚴格按照設計單位對回填的材料及回填密實度要求進行溝槽回填;當設計無規(guī)定時,可按現(xiàn)行的CECS 164∶2004埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行(見表1)。同時在溝槽回填時,從管底基礎(chǔ)至管頂以上0.5 m范圍內(nèi),必須采用人工回填,嚴禁用機械推土回填,管頂0.5 m以上溝槽采用機械回填時應從管軸線兩側(cè)同時均勻進行,并夯實、碾壓。

表1 溝槽回填土的密實度要求

4)管道的嚴密性檢驗。管道安裝后的密閉性檢驗通常采用閉水試驗。管道密閉性檢驗應按井距分隔,長度不宜大于1 km,帶井試驗。現(xiàn)行的CECS 164∶2004埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程中對管道滲水量參考了美國規(guī)定,以每毫米管徑計算每千米管道24 h的滲水量應不超過46 L,建議實際工程中可借鑒使用。

3 結(jié)語

本人針對這幾年在市政排水工程中排水塑料管道設計和施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題,總結(jié)出以下幾點體會:1)設計時,對所選用的塑料排水管產(chǎn)品,首先認真詳閱該產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)。如遇軟土地基且管道埋深較大時,應對選用管道的管道強度以及變形率重新校核計算。2)實際工程中,對埋設在地表水或地下水位以下的淺埋塑料排水管道,設計時,還應對管道進行抗浮穩(wěn)定計算。3)在設計時,設計人員應認真詳閱地質(zhì)鉆探資料,對處于軟土地基的管段,應對地基進行加固處理設計;施工單位應在地基處理達到規(guī)定地基承載能力后,再按要求鋪設基礎(chǔ)墊層,且墊層密實度也應達到85%～95%;同時,還要對管道與檢查井采取多節(jié)短管過渡法連接,以防止接口處因沉降產(chǎn)生的滲漏。4)施工時,施工單位應嚴格按照設計單位對回填的材料及回填密實度要求進行溝槽回填;當設計無規(guī)定時,可按現(xiàn)行的CECS 164∶2004埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程的規(guī)定執(zhí)行。5)在進行管道的嚴密性檢驗時,建議參考每毫米管徑計算每千米管道24 h的滲水量應不超過46 L的標準。

[1] 秦 俊.建筑工程給排水管道的施工管理[J].山西建筑,2007,33(20):208-209.