鋼帶增強聚乙烯PE螺旋波紋管薄弱環節試驗

孫金海

【摘 要】鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管（即“鋼帶增強PE管”）具有不對稱性的螺旋纏繞波紋結構，為了規避鋪設安裝之后可能出現的坍塌、斷裂現象，有必要對薄弱環節展開試驗，對該類管的病害特征及形成機理進行總結。鋼帶增強PE管的薄弱特征方面主要表現在存在頂破、接口斷裂、環向裂縫、鼓包等。論文結合具體案例的安裝進行研究，并闡明試驗過程和結果。

【Abstract】Steel belt reinforced polyethylene spiral bellows （"Steel reinforced PE pipe"） has the asymmetric spiral corrugated structure. In order to avoid possible collapse and fracture after laying and installation， it is necessary to carry out tests for the weak links， and summarize the disease characteristics and formation mechanism of this kind of pipes. The weak characteristics of the steel belt reinforced PE pipe are mainly manifested in the existence of roof fracture， interface fracture， ring to crack， swell and so on. This paper studies the installation of specific cases， and clarifies the test process and results.

【關鍵詞】鋼帶增強PE管；薄弱環節；病害特征；影響因素

【Keywords】steel reinforced PE pipe；weak links；disease characteristics； influencing factors

【中圖分類號】TG4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）01-0165-02

1 引言

鋼帶增強PE管是一種具有自主知識產權的新型鋼塑復合型管材，施工使用中最大直徑可達3m。從整體發展上看，實踐應用遠超過理論研究，目前城市管道的給排水系統中，已經有很多應用實例。針對這一現象，目前以及下一階段最主要的工作是進行科學論證，以更好地指導這一管道材料的科學應用。

2 鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管構成及病害特征

從管材構成角度來看，鋼帶增強PE管包括三個層次，分別是內層、外層以及鋼帶支撐結構。其中，內層由連續性實壁PE管組成，外層是聚乙烯PE保護材料，鋼帶支撐結構位于中間，內層管的外部表面通過黏結樹脂材料確保整體性，具體結構如下圖1所示。

從病害特征上分析，結合筆者收集文獻的統計數據，主要包括了管道環向開裂、內壁鼓包、頂破、接口開裂四種類型。其中，環向開裂的主要位置在于熱熔接縫處，裂縫規律保持一致；內壁鼓包的現象與內層開裂、鋼帶脫離有密切關系；頂破的現象較少，究其原因，主要是回填材料粒徑太大，以及施工過程中導致的人為破壞；接口開裂的現象也比較少，施工質量不佳是主因。

3 鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管的影響因素案例

鋼帶增強PE管道系統采用熱熔焊接、熱收縮管（帶）、電熱熔帶等方式連接，適應各種不同工程、工礦需要，較好地滿足了密封可靠和連接方便的要求。管道應用前景廣闊，是目前替代大口徑傳統排水管的首選產品。以下結合案例展開管道影響因素分析，我公司參與的某軌道客車排水項目工程中，長度共計10公里，全部采用鋼帶增強PE管材料（DN700-2000），全部環節包括管道準備、現場檢驗、工具制作、管道安裝四個部分。

3.1 管道準備

鋼帶增強PE管的準備工作主要由裝卸、運輸兩個部分完成。第一，由于管道體積與重量較大，在裝卸的過程中必須輕抬輕放，避免管道來回滾動和相互碰撞。直徑過大的管道需要吊裝，要采用軟質材料的吊帶，周邊纏繞防護部分，避免管道內壁被破壞，吊裝時必須有兩個支撐點，避免“穿心吊”的方式。第二，管道運輸的過程中容易碰撞、混亂，可“分批運輸、分層排放”，使用纜繩捆扎成整體結構，統一標準參數分布，并且在運輸的過程中要確保管道材料的清潔，否則會影響施工進度。

3.2 現場檢驗

現場檢驗的主要目的是PE管使用前的最后一次質量確認，相關的要求如下：第一，對于埋地PE管而言，在外壓力作用下豎向直徑的變形率必須小于管道直徑，變形幅度不超過25%。第二，槽溝的回填土至少露出85%管道高度，管頂以上半米的范圍內，必須進行人工挖掘以確保安全。第三，現場檢驗中如發現管道出現問題（如裂縫、破損），更換為主，補修為輔。第四，管道的變形量可采用圓形心軸或閉路電視等方法進行檢測，測量偏差不得大于1mm。

3.3 安裝準備

安裝準備部分主要包括兩個方面。一方面，土弧制作。結合基礎層以上和管道水平直徑以下的圓弧形空隙部位特征，根據設計要求進行土弧制作，用來支承角范圍內用砂礫土材料回填密實[1]。另一方面，管道定位。管道敷設完成之后需要在溝槽定位，避免回填土造成的位移過大。基于密閉性檢驗的需要，除了接頭部分保留在外，管頂、兩側進行回填，高度應大于等于半米。

3.4 管道安裝

顯而易見，在該工程項目中，鋼帶增強PE管道不是一個整體，管道安裝的一個重要內容在于利用電熱熔帶進行連接。電熱熔帶連接的基本方法是對向前的聚乙烯表面加熱，使鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管的波谷間、聚乙烯帶間熔融成為整體，屬剛性連接。從安全角度出發，進行電熱熔帶連接時不能帶水操作，電熱熔帶的長度必須大于管道波谷周長的1.25倍，具體的安裝流程如下：第一，對U型鋼骨架口處理并保證平直，可采用往復鋸處理。第二，清理U型鋼骨架口，如灰塵、泥沙、雜質等。第三，使用熱風槍預熱U型鋼骨架，基礎PE焊絲確保U型鋼骨架封堵密實性。第四，對焊接端口和U型口進行校對，確保整齊、平直，端口之間可預留3～5mm的空隙。第五，接口安裝完成之后，進行內部支撐校對，使用熱風槍預熱焊接的縫隙，促使熱收縮帶到橫接口處。

焊接工作基本完成，隨后進行閉水試驗，管道充滿水浸泡的時間不低于24小時。

4 鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管薄弱環節的試驗

任何一種材料的管材形式下，其受力、變形、荷載、邊界條件、結構特征、介質特點等都存在密切關聯。

4.1 薄弱環節試驗

本文中采用兩種實驗方式，其一是拉伸試驗，其二是剪切試驗。

第一，拉伸試驗的試樣制作，可采用施工剩余的管道部分，管道內壁最薄弱的環節在塑料的熱熔接縫，試驗制作3組有熱熔接縫的試樣來測試其抗拉強度，每一組分別代表不同的熱熔接縫，以A、B、C三個組進行命名，另外再加上一組平行于鋼帶以及一組垂直于鋼帶方向的無熱熔接縫的試樣作為對比，結果如下圖2所示。第二，剪切試驗。同樣取用施工后剩余管材，自行去掉管道上的鋼帶部分，將試樣制作成5mm直徑規格的圓形板，厚度在10～12.5mm，中心圓孔在11mm左右，數量為6個。設備使用MTS生產的E43電子萬能試驗機，結合數據統計，計算結果如下表1所示。

4.2 實驗結果分析

第一，鋼帶增強PE管具有很好的縱向拉伸性，螺旋鋼帶設計提升了延伸性，但同時內層纏繞以及焊接的部分容易發生斷裂。第二，鋼帶增強PE管環向承載能力較好，環剛度較高，但環柔性要求過大時，仍然會導致塑性變形。第三，鋼帶增強PE管的縱向彎曲變形能力較優秀，但不及普通的塑料管材，在使用中需要加入一定的剛性參考。第四，鋼帶增強PE管具有很好的抗剪切變形能力，但局部受力的情況下，容易超出范圍，薄弱環節十分明顯。

5 結語

整體上，鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管在現代化建設中發揮了巨大的作用，但同時，這一類型管也存在明顯缺陷，基于此，在材料性能創新滯后的前提下，加強薄弱環節的防止措施至關重要。

【參考文獻】

【1】顏春，凌天清，歐冬.鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管薄弱環節試驗[J].中國公路學報，2016，29（11）：33-41.endprint