淺議鋼帶增強聚乙烯波紋管在市政排水管道的應用

鋼帶增強聚乙烯（HDPE）螺旋波紋管是近年來新開發(fā)的一種柔性埋地管材，具有環(huán)剛度高、防腐性能好、連接強度高、產(chǎn)品執(zhí)行標準先進、埋地深度較其他塑料管材更深、良好的地質適應性等特點。鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管是以高密度聚乙烯為基體，用表面涂敷粘接樹脂的鋼帶成型為波形作為主要支撐結構，并與聚乙烯材料纏繞復合成整體的雙壁螺旋波紋管。它既具有塑料管的柔韌性，又具有金屬管的剛性，且環(huán)剛度高、抗外壓能力強，重量輕、耐腐蝕、抗磨損、過流能力大、密封性能好、使用壽命長、運輸安裝方便，施工速度快。用作埋地排水管道時，該管材具有良好的使用性能，但在設計、施工上有著不同于其它排水管材的特殊要求。

1  鋼帶增強聚乙烯波紋管道的特點
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管是把連續(xù)鋼帶壓成近似“^”型的螺旋鋼肋，再將其纏繞在內(nèi)外兩層熱熔接的聚乙烯間而形成的。其將鋼材的高強度、高剛度和聚乙烯的柔韌性、耐腐性、耐磨性有機地結合在一起。
1.1  強度和剛度
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管屬于結構壁管道，且含有高強度鋼帶，利用鋼帶的高彈性模量(通常為聚乙烯的 192 倍)，并根據(jù)其結構設計和制作特點的不同，鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管特別是大口徑管道的環(huán)剛度可以很容易達到 8kN/㎡、12.5 kN/㎡ 、16 kN/㎡。
1.2  水力特性
由于鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管內(nèi)壁為聚乙烯材料，因此，它具有常規(guī)塑料管內(nèi)壁光滑、粗糙度小、高通流能力的特點；同等條件下，相同口徑塑料管較鋼筋混凝土排水管通流能力、流速要高近 20％。
1.3  耐腐、耐磨性
管道的結構設計中，鋼肋是完全被內(nèi)外聚乙烯覆蓋的，接觸被輸送液體和周圍土壤及地下水的內(nèi)外表面都有一定厚度的聚乙烯層，因此，鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管的耐腐蝕和耐磨損性能是有保證的。
1.4  綜合經(jīng)濟性
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管具有較高的綜合性價比。一方面，管道本身結構的設計特點能非常顯著地節(jié)約材料成本；另一方面，我國擁有該管道生產(chǎn)設備的自主知識產(chǎn)權，使設備投資較國外設備大大降低；再加上管道質量輕、運輸安裝方便及施工速度快等特點，使得該管道，尤其是較大直徑管道，具有較高的綜合經(jīng)濟性。
2  鋼帶增強聚乙烯波紋管道設計要點
2.1  管道性能參數(shù)的選取
管道性能參數(shù)的選取應根據(jù)不同的使用條件并結合管材的特點區(qū)別對待。最重要的設計參數(shù)為環(huán)剛度和允許變形率。鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管產(chǎn)品齊全，覆蓋了DN/ID300-2000 的各種規(guī)格，環(huán)剛度分為 SN8、SN12.5、SNl6三個等級，管道豎向直徑的允許變形率不應大于 5％。
2. 2  基礎設計
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管屬柔性管材，應采用土弧基礎。管底基礎層設計應根據(jù)不同地基條件采取相應的措施：對于一般土質，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 的中粗砂基礎層。當?shù)鼗临|較差時，可采用鋪墊厚度不小于 200 mm 的砂礫基礎層，也可分兩層鋪設(下層用粒徑為5~32mm的碎石，厚度100-150mm；上層鋪中粗砂，厚度不小于 50 mm)。對于軟土地基，或因施工等原因擾動了地基原狀土從而影響到地基承載力時，必須先對地基進行加固處理，在達到規(guī)定的地基承載力要求后，再鋪設中粗砂基礎，基礎密實度應達到 85％-90％。對于土弧基礎支承角范圍內(nèi)的腋角部位，必須采用中粗砂或砂礫回填密實。其密實度應達到 95％。
2.3  管道連接
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管的管端口面形式通常分為螺旋形和垂直軸線的平面形兩種，相應管材的連接方式、方法應根據(jù)其端口面形式分別確定。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的主要為螺旋形端口。已經(jīng)在工程中廣泛應用的螺旋端口的連接方法為熱熔擠出焊接、電熔帶連接、熱收縮管(帶)連接和卡箍連接等剛性連接方式。在設計中，一般多采用兩種或多種方法的組合連接，以保證連接的安全可靠，特別是在重要的工程或大口徑管道連接時。如當管徑>800 mm 時，可采取內(nèi)外雙面熱熔擠出焊接或內(nèi)熱熔擠出焊接+外電熔帶或熱收縮帶連接的組合方式；也可采取熱收縮管(帶)+卡箍的組合連接方式，既提升了管道連接的可靠性，又能保證連接的機械強度。
2.4  管道與檢查井連接
管道與檢查井連接時，應采用柔性連接。當管道敷設在軟土地基或不均勻地層上時，管道與檢查井連接可采用過渡段。過渡段應由不少于兩節(jié)的短管柔性連接組成，每節(jié)短管長 600—800 mm，總長可取 1 500～2 000 mm；柔性連接可采用承插式、套筒式橡膠密封圈接口。過渡段也適用于管道與構筑物進出水管道的連接。
3  鋼帶增強聚乙烯波紋管在市政排水管道的應用
3.1  施工準備
施工前對挖掘機、起重機等各種施工機械全面檢查，經(jīng)調試處于性能良好狀態(tài)。
3.2  溝槽開挖及基礎夯實
首先打井降水，使地下水位降至槽底以下 50cm。開挖溝槽，應嚴格控制基底高程，不得擾動基底原狀土層。基底設計標高以上 0.2～0.3m 的原狀土，應在鋪管前人工清理至設計標高。如遇超挖或發(fā)生擾動，嚴禁用土回填，可換填10-15mm 天然級配石料或最大粒徑小于 40mm 的碎石，并整平夯實。槽底如有尖硬物體必須清除，用砂石回填處理。管道在敷設、回填的全過程中槽底無積水。溝槽完成后及時作砂石基礎，基礎厚度為 200mm 的中粗砂，使用平板振搗夯壓實，檢測壓實度全部達到規(guī)范要求后再進行后續(xù)施工。
3.3  管道連接及安裝
管道連接采用電熱熔帶連接的方式。電熱熔帶焊接方法是利用鑲嵌在連接處接觸面的電熱元件通電后產(chǎn)生的高溫連接方法，是剛性連接。它是采用一條內(nèi)壁鑲嵌有電阻絲的聚乙烯電熔帶。每根鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管長度為 12m，使用一臺 16T 吊車將管道由下游向上游依次安放，吊裝時有兩個支撐吊點，保證起放平穩(wěn)。采用電熱熔帶連接前，檢查鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管和電熱熔帶表面無損傷，管道內(nèi)無雜物。在焊接處開挖深 30cm、寬 50cm 的操作坑。水平對齊管道，然后用電熱帶將管道要連接的部分緊緊圈住，外面再用耐熱帶緊固。電熔帶長度大于管材波谷周長的 1.25倍，電壓采用 220V，流 13-14A，熱熔時間 15 分鐘左右。管材波谷的聚乙烯熱熔連接完成后，再對管材波峰斷開處進行焊接連接。焊接結束充分冷卻后移動管材。
3.4  管道與檢查井連接
管道與檢查井連接時，采用剛性連接，連接部位的寬度不小于 2 個螺距。在檢查井井壁與插入管端的連接處，填實水泥砂漿，且管端圓截面無扭曲變形。管道與檢查井連接完畢后，在管端連接部位的內(nèi)外井壁做防水層，防止?jié)B漏。
3.5  管道閉氣試驗檢測
采用閉氣試驗檢驗管道的嚴密性，試驗結果滿足《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268—2008 規(guī)定的要求。
3.6  回填
溝槽回填從管道、檢查井兩側同時對稱進行，人工回填，確保管道和檢查井不產(chǎn)生位移。從管底基礎至管頂以上0.15m 范圍內(nèi)，采用中砂分層回填夯實。管頂 0.15m 以上溝槽用素土分層回填夯實，壓實度檢測符合要求后在進行后續(xù)施工。
4  提高鋼帶增強型聚乙烯波紋管管道鋪設施工質量
4.1  熱熔擠出焊接連接
熱熔擠出焊接連接的結構，它是通過專用擠出焊接工具及擠出焊條將待連接兩管端加熱，使其聚乙烯材料熔融后而凝固成整體的連接方法。熱熔擠出焊接連接是目前最常用的連接方式。該方式的要點是必須使用帶熱風裝置的擠出焊機和與管材材質相同的聚乙烯焊條。焊接時要求金屬斷開部位盡可能對齊，盡可能減少接口間隙。管徑大于 800mm 的管材，應進行內(nèi)外雙面焊接，特別是在波峰（鋼帶斷開處）部位必須進行內(nèi)外雙面焊接。焊接時熱風裝置必須將待焊部位的聚乙烯預熱，預熱溫度應控制在能使擠出的熔融聚乙烯能夠與管材融為一體的范圍內(nèi)。所有焊接斷面必須飽滿，不能有漏焊和斷口。所有焊接工藝及操作，應按管材生產(chǎn)廠經(jīng)過定型驗證后提供的焊接工藝及操作要求，由經(jīng)過培訓考核的焊工進行熱熔擠出焊接連接施工。
4.2  熱收縮管（帶 ）連接
熱收縮管（帶）連接的結構。它是通過對熱收縮管（帶）進行火焰加熱，使其收縮后內(nèi)表面的熱熔膠與管材外表面粘接成一體，熱收縮管（帶）冷卻固化形成恒定的包緊力的連接方法。熱收縮管（帶）連接所采用的熱收縮管（帶）由制管廠配套供應。而熱收縮管（帶）目前尚無國家和行業(yè)標準，但要求其外觀應平整、無氣泡、夾渣或裂口，其基材可由聚乙烯經(jīng)交聯(lián)后制成；外表面噴涂有示溫涂料；內(nèi)表面涂有熱熔膠。在此還應特別提出，為保證接口的質量，熱收縮管應選用經(jīng)交聯(lián)的、圓管擴脹定型的無縫管，不宜采用由交聯(lián)帶材搭接的有縫管。熱收縮管用于 DN1000mm 以上的鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管連接時，一般宜與熱熔擠出焊連接結合使用。
4.3  管道運輸和貯存
工程所用排水管材（鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管）由廠家生產(chǎn)并負責運輸，運至現(xiàn)場可暫時沿管線方向擺放在溝槽一側，管節(jié)的運輸和貯存應注意：運輸過程中必須墊穩(wěn)、綁牢，以免破損；起吊管節(jié)時，采用專用的吊具，裝卸時應輕裝輕放；管節(jié)安裝前，將管、管件按施工設計的規(guī)定擺放，擺放的位置應便于起吊及運送，并且必須墊穩(wěn)；管節(jié)的現(xiàn)場貯存量應做到適中：既不影響施工進度，又不能太多，以免長時間在陽光下曝曬。
4.4  管道安裝與鋪設
管基質量檢驗合格后即可進行管道安裝，下管前必須按產(chǎn)品標準逐節(jié)進行外觀檢驗，不符合產(chǎn)品標準者，嚴禁下管鋪設。管節(jié)下入溝槽時，不得與槽壁及槽下的管道相互碰撞，溝內(nèi)運管不得擾動地基。鋪設過程中注意：將管節(jié)安放到事先測定的位置，并檢查墊層與管道接觸是否均勻，接觸不均勻的應進行調整；檢查管道的中心線及兩端標高，用吊車吊起管節(jié)并進行適當調整；測量并記錄管節(jié)的標高及中心位置。
4.5  管道基礎及地基處理
（1）管道基礎采用土弧基礎，當土質情況較好時，在地基上鋪設一層厚度為 100mm 的中粗砂墊層；土質較差時，可采用鋪墊厚度不小于 200mm 的砂礫墊層。
（2）在土弧基礎的腋角部位，必須采用中粗砂夯實，壓實度不小于 95%，回填材料應符合設計要求。
（3）管道溝槽地基處理宜采用復合地基處理方法，不能采用剛性地基處理方法。
4.6  管道與檢查井連接
（1）管道與混凝土或磚砌檢查井連接時，采用剛性連接，連接部位的長度宜為 2 個～4 個螺距。（2）檢查井砌筑時管道敷設到位，井底墊層必須振搗密實。磚砌檢查井砌筑時嚴格按“三一”砌筑法砌筑。檢查井內(nèi)外壁抹灰嚴格按（設計要求進行）五遍防水抹灰法施工，井壁與管道連接處砂漿摻入 5%的膨脹粉封堵密實。檢查井抹灰前，在檢查井與墊層的內(nèi)壁處用 C20 細混凝土澆筑圓角，振搗密實，抹灰時一次成形，抹灰完成后，加強抹灰面的養(yǎng)護。
5  施工注意事項
管道敷設前，施工單位應編制施工組織設計，熟悉現(xiàn)場情況，了解設計管線沿途已有的平面及高程控制點分布情況；根據(jù)管道平面和已有控制點，并結合實際地形，做好實測數(shù)據(jù)整理，繪制實測草圖；并根據(jù)管頂?shù)淖畲蟾餐?，對管材環(huán)剛度進行復驗，對溝槽及其兩側原狀土情況進行核對。
5.1  溝槽及開挖要求
溝槽開挖前，應根據(jù)設計給定的水準點及坐標控制點進行測量、定位、放線，引臨時水準點及控制樁，經(jīng)復核認證批準后方可進行溝槽開挖。溝槽開挖要嚴格控制挖深及管道中心線。機械開挖時留 200—300mm 的余量，由人工清槽至設計槽底高程位置，并將里程樁引至槽底。如遇超挖或發(fā)生擾動，可填天然級配砂石料，其最大粒徑不大于 40mm，并整平夯實，且密實度不應低于 95％。
5.2  溫度影響
由于聚乙烯管道的線膨脹系數(shù)為 0．2mm／(m?℃)，鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管的線膨脹系數(shù)可采用相同參數(shù)，可見溫差對管道的安裝、使用安全性非常重要。排水管道在溝槽回填土完成后長期使用過程中，管道內(nèi)外介質的環(huán)境溫差比較小，但在施工敷設過程中經(jīng)常出現(xiàn)較大溫差，因此在施工敷設時，應盡可能采取減小溫度對其影響的措施，如：1)選擇與管道在長期使用過程中的環(huán)境溫度相近的季節(jié)和時間段施工。2)管道連接及管道與構筑物等的連接采取柔性連接形式，如承插密封圈連接。3)管道采用剛性連接時，采取對管道及時覆土的措施。即待管道敷設完成后，除接口部位外露以外，立即進行溝槽回填，且管道兩側和管頂以上的回填高度不小于 500mm。
5.3  地下水影響
管道埋設在地表水或地下水以下時，應根據(jù)設計條件進行管道結構的抗浮穩(wěn)定計算。當溝槽開挖遇有地下水時，需設置排水溝、集水坑，及時做好溝槽內(nèi)地下水的排水降水工作，保證地下水位降至槽底 500mm 以下；且管道在敷設、回填的全部過程中，槽底不得積水或受凍，必須在工程不受地下水影響，管道達到抗浮要求時，才可停止降低地下水。在高地下水位的軟土地基上敷設管道時，可在管道基礎層和溝槽回填土內(nèi)鋪設土工布對管道的橫向和縱向進行加固；在高地下水位的管段?？稍诠茼敽蛢蓚鹊幕靥钔羶?nèi)鋪設土工布；在地下水流動區(qū)域段內(nèi)可能發(fā)生細顆粒土流動和轉移時，可沿溝槽底和兩側邊坡上鋪設土工布。
5.4  管道修補
管道在安裝過程中出現(xiàn)較小面積的局部損壞時，可采用焊槍和熱收縮管(帶)進行修補，但當破損超過一定范圍時(損壞處直徑>60mm或環(huán)向裂縫超過管周長的1／12或是管道的管身破壞)，應切除破損管段，采取換管措施。管道切斷后，在波峰的鋼帶斷口部位，應采用擠出焊接或用聚乙烯片材進行斷口密封和防腐處理。
6  結語
鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管在我國誕生以來，就以環(huán)剛度高、耐腐抗磨好、材料消耗少及綜合造價低的突出優(yōu)勢在全國各地得到迅速推廣，只要根據(jù)管道的特性并結合工程特點，通過科學合理的設計及施工，必將發(fā)揮其良好的使用性能.