大口徑HDPE管道設計施工要點

耿運生，周玉濤，丁衛巖

大口徑HDPE管道設計施工要點

耿運生，周玉濤，丁衛巖

(河北省水利水電第二勘測設計研究院，河北石家莊050021)

HDPE管材在小口徑供水工程中被較多采用，隨口徑加大，HDPE相對小口徑有新的問題出現。筆者對邢清干渠大口徑HDPE管道設計、施工中的問題進行總結，認為管道采用熱熔連接是便捷可靠的，長管建議采用鋼管合攏，支管直徑較大的旁通管宜采用鋼制結構，必須加強控制管道溝槽回填質量，同時建議在管內具有一定水壓狀態下回填，水壓試驗壓力采用DB13/T2162-2014規定，水壓試驗的分段可結合檢修閥門井設置。

HDPE；熱熔；變徑接頭；大口徑

HDPE管道具有耐腐蝕、水力摩阻低、強度高、韌性好、施工快捷、適應變形能力強、造價低廉等優點，在市政供排水工程中被大量應用。

目前工程中采用的HDPE管道口徑一般較小，文獻［1］中管材的規格尺寸公稱外徑最大為1000mm，文獻［6］中管道直徑最大不超過630mm，文獻［2］中電熔管件最大直徑為630mm，法蘭接頭直徑為1000mm。在已實施的輸水、氣管道工程中以600mm及以下者為常用。

在河北省南水北調配套工程邢清干渠工程中，有43km管道采用的DN1400和DN1200 HDPE管道，管道的直徑和材料選擇皆超出了現行標準，工程設計和實施過程中，進行了大量的科研和試驗工作，并編制了相關技術標準。作者對邢清干渠大口徑HDPE管道生產、設計、施工、檢測、驗收等環節中的有關問題進行總結，供相關人員參考。

1 管材

目前供水工程中使用的PE管材多按照文獻［1］的規定進行生產，規范中材料包括PE63、PE80和PE100等3個等級，管道最大公稱外徑1000mm，。對于大口徑PE管道，文獻［8］中適用范圍為公稱外徑1200～2500mm，適用的材料為PE100。在強度指標上，文獻［8］相對文獻［1］增加了表觀拉伸屈服應力一項指標。對于柔性的PE管，抗內壓能力、不圓度、抗變形能力隨著口徑的增加而降低，所以對于材料的物理、力學性能提出了更高的要求。

在河北省南水北調配套工程邢清干渠工程中，采用了DN1400和DN1200的管道，全長43km，管道工作壓力0.4MPa。工程設計中選用材料等級PE100，DN1200和DN1400管道的標準尺寸比(SDR)皆為26。所需管材在廠內進行了相關檢測，試驗結果顯示管材滿足要求。工程實施現場存在的主要問題是管道豎向變形率較大，長時間放置時尤其明顯，接口熱熔焊接時需要調圓，降低了工作效率。

2 管件及管件連接

為了滿足管道系統的使用和安裝要求，工程中需要大量的管件。根據文獻［2］，管件按照連接方式分為3類，即熔接連接管件、機械連接管件、法蘭連接管件，其中熔接連接管件分為電熔管件、插口管件和熱熔承插連接管件。標準熱熔管件的最大尺寸為630mm，機械連接管件的最大尺寸與PE管材相同，為1000mm。文獻［2］中規定了鞍形旁通出口應具有符合規定的電熔承口，對鞍形旁通與主管的開孔率、連接結構等未做規定。文獻［2］對管件以及管件與管材的連接應做的試驗進行了規定，包括靜液壓強度、熔接強度、對接熔接拉伸強度、鞍形旁通的沖擊強度、耐彎曲密封試驗、耐拉拔試驗等。

在邢清干渠工程中，管件主要包括排氣旁通(150mm)、進人檢查旁通(600mm)、主管材的接口及彎管。工程中，主管連接一般采用熱熔連接方式，主管與閥門連接采用法蘭連接，主管合攏采用電熔套筒，旁通管采用PE鞍形電熔連接件。

邢清干渠主管熱熔連接，在廠內進行了相關試驗和測試，包括滲漏、拉伸、撕裂等試驗，測試指標均滿足規范和設計要求，現場施工按照廠內測試時的工藝進行控制。施工現場安裝1000m后進行了水壓試驗，水壓試驗合格。廠內和現場試驗表明，對于大口徑HDPE管道，采用熱熔連接是完全滿足工程使用要求的。

對于角度較小的轉點，利用PE管自身的柔性特點接轉，角度較大時，采用HDPE彎管。邢清干渠彎管采用加厚的主管材(SDR21)熔接制作，與主管材熔接連接，廠內和現場試驗證明滿足工程要求。

邢清干渠沿線平均800m設置一排氣閥(DN150)，沿程設置了9個進人檢查孔(DN600)，排氣和檢查旁通管均為與主管材同級的PE材料，采用鞍形電熔連接件與主管材連接。在管線全部安裝完成后，進行了整體水壓試驗，試驗壓力0.6MPa。檢查孔設于檢查井內，上游1.5m為檢修蝶閥，下游1.4m為穿墻套管，試驗過程中，出現一個進人檢查孔崩脫，分析原因主要為HDPE管承受內壓時變形量較大，上下游受閥門和穿墻套管以及鞍形旁通自身剛度影響較大，使鞍形旁通與主管連接處變形率大，應力集中明顯，加之旁通管與主管之間電熔連接質量不易保證，造成旁通管與主管連接面撕裂并在壓力下崩脫。問題出現后，此旁通及主管更換為鋼管。經過此問題總結經驗，當設置大口徑旁通管時，建議主管采用鋼管，設置鋼制旁通管。

PE主管與閥門或者鋼管連接，常用的連接方式是通過套在HDPE管道上的法蘭盤與所需連接設備的法蘭連接，通過壓緊法蘭根實現止水，邢清干渠采用這種連接方式。但是這種方式存在以下問題：相同規格的HDPE管內徑相對鋼管或閥門要小，若HDPE管與閥門直接連接，當采用蝶閥時有可能造成蝶閥閥板不能完全開啟；HDPE法蘭根與法蘭盤接觸寬度小，不利于水密封，且容易剪切破壞。工程中使用了一種變徑接頭，并申請了專利。變徑接頭由變徑管及其上下側的鋼制法蘭組成，一側為標準法蘭，與PE管連接的法蘭為內徑與PE管內徑相同的非標法蘭，采用此變徑接頭能有效解決上述問題。

HDPE主管分段熔接，存在已連接較長管段的合攏問題。邢清干渠合攏采用電熔套筒連接，電熔套筒長度800mm，壁厚55.5mm。套筒在廠內進行了熔接工藝和效果試驗檢測，在施工現場按照廠內的工藝控制，現場完成套筒熔接十余處。整體水壓充水階段，發現套筒處存在不同程度的滲水問題。原因主要是施工現場管材和套筒存在豎向變形，造成主管外壁和套筒內壁間隙不均，電熔時PE料的熔化粘結不完全，造成局部密閉性不足。現場采用充填PE粉料、熱熔進行修補，整體水壓試驗合格。針對套筒熔接出現的問題，建議對于大直徑PE管道，合攏盡量設于閥門井處，同時建議合攏采用鋼管法蘭連接。

3 回填要求

對柔性管道，溝槽回填質量對管道承載能力、變形率影響很大，管周回填中粗砂，壓實度較高，土的綜合變形模量大，管道豎向變形小，承載能力高。文獻［4］中規定，柔性管道支撐角采用中粗砂回填，兩側壓實度不低于0.95。文獻［7］中規定管周回填中、粗砂或者符合要求的原土，壓實度不低于0.95。邢清干渠HDPE管道沿線地層以砂性土為主，施工過程中，對DN1400管道兩側溝槽內選用不同的回填料、不同的壓實度進行了以下4種試驗工況：①原土回填；②中粗砂墊層，管周兩側原土回填；③底部120度中粗砂支撐角，其余原土回填；④管道中心線高程以下中粗砂墊層，其余原土回填。檢測結果顯示，方案①豎向變形率最大，為1.4%，方案④豎向變形率最小，為0.2%。從檢測結果看，管溝內回填中粗砂對減小豎向變形率效果明顯。規范規定，塑料管材的變形率不超過3%，根據檢測結果以及預測變形，工程中選用原土回填。

本次是在管頂覆土厚度0.5m條件下、填土后2個月內的檢測成果，如果填土高度達到設計要求并完成沉降穩定后，變形率還會有一定的增加。在管溝回填完成后，進行管道整體水壓試驗時，地表出現一條沿管道方向的裂縫，縫寬2cm左右，分析原因主要由管道受到內壓后產生了變形所引起的。這種變形一部分為管道回填后豎向變形在內壓下復原，另一個部分為管道本身在內壓下均勻的拉伸膨脹，以前者為主。對現場發現的問題進行總結，對于大口徑HDPE管道，建議管周回填中粗砂，回填時，建議管道內充水至一定壓力，減小因管道自重和上部填土造成的豎向變形。

4 水壓試驗

管道整體水壓試驗是檢驗管道工程質量的關鍵環節。文獻［4］中規定化學管材的試驗壓力為1.5P (P為工作壓力)且不小于0.8MPa，規范適用范圍對HDPE管不大于1000mm直徑。對于大口徑HDPE管，應按照文獻［7］的要求，試驗壓力取1.5P。試驗方法、合格標準，文獻［4］和文獻［7］的規定一致。

邢清干渠HDPE管段工作壓力0.4MPa，試驗壓力取0.6MPa。HDPE管段長度43km，沿程設置了8個檢修閥門井，工程整體水壓分為9段。水壓試驗合格標準按照文獻［4］規定的30min內剩余壓力是否上升以及90min內壓力降是否容許2種標準進行控制。試驗結果顯示30min內剩余壓力稍有回升，90min內壓力降不大于0.02MPa，工程滿足規范要求。

5 結語

大口徑HDPE管道對原材料、管件的制作和安裝、現場工藝控制等方面較常規小口徑管道嚴格，當超出規范規定時，應進行嚴格的試驗測試。根據邢清干渠大口徑HDPE管道設計、施工中的問題，有以下體會和建議：①管道連接采用熱熔連接是便捷可靠的；②長管合攏采用電熔套筒質量不易控制，建議采用法蘭連接，并設置變徑接頭；③支管直徑較大的鞍形旁通管，在內外壓作用下，因管道變形率過大引起應力集中，致鞍形旁通與主管容易撕脫，建議有條件的采用整體注塑加工，或者采用鋼制管件；④管溝回填建議采用中粗砂，嚴格控制回填質量，建議回填時管道內有一定的壓力，減小因管道自重和回填土重引起的管道豎向變形；⑤管道整體水壓試驗壓力建議采用文獻［7］規定，水壓試驗的分段可結合檢修閥門井設置。

［1］GB/T13663-2000.給水用聚乙烯(PE)管材［S］.

［2］GB/T13663.2-2005.給水用聚乙烯(PE)管道系統第2部分：管件［S］.

［3］CJJ101-2004.埋地聚乙烯給水管道工程技術規程［S］.

［4］GB50268-2008.給水排水管道工程施工及驗收規范［S］.

［5］河北省水利水電第二勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程邢清干渠工程水壓試驗技術方案［R］.2014.

［6］CJJ63-2008.聚乙烯燃氣管道工程技術規程［S］.

［7］DB13/T2162-2014.大口徑聚乙烯(PE)給水管道工程技術規程［S］.

［8］DB13/T2027-2014.大口徑聚乙烯(PE)給水管材［S］.

［9］朱永濤，耿運生，馬述江.超大口徑長距離HDPE輸水管道工程關鍵技術研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2015.

［10］河北省水利科學研究院.邢清干渠南宮試驗段HDPE管道溝槽回填壓實及管道變形率檢測報告［R］.2014.

［11］河北省水利水電第二勘測設計研究院.連接高密度聚乙烯管與閥門的變徑接頭：ZL201520024309.4［P］.2015.

TV672+.2

B

1672-2469(2017)03-0070-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.026

2017-01-17

耿運生(1973年—)，男，教授級高級工程師。