《埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管管道工程選用及安裝圖集》特點(diǎn)和應(yīng)用

王志進(jìn)，苑藜，成國保 （合肥市市政設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 編制背景

近年來，在我國“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的發(fā)展方針指導(dǎo)下，各類型新材料、新工藝得到推廣和應(yīng)用。由我國自主研發(fā)的鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管因具有環(huán)剛度高、抗外壓能力強(qiáng)、排水流通能力大、耐腐蝕、施工安裝方便等特點(diǎn)，在全國市政管網(wǎng)工程中得到重點(diǎn)推廣應(yīng)用。

為規(guī)范新型高強(qiáng)管材在安徽省市政及民用工程中的應(yīng)用，根據(jù)安徽省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳“建標(biāo)函【2011】739號(hào)”批文計(jì)劃，由合肥市市政設(shè)計(jì)院有限公司主持編制了安徽省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)《埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管管道工程選用及安裝圖集》。圖集于2013年1月1日起在全省頒布實(shí)施，圖集號(hào)：皖2012S208。

2 編制目的

通過調(diào)研管道應(yīng)用全階段的技術(shù)人員的工作需求，明確了圖集編制的主要目的：

①為管道企業(yè)科學(xué)生產(chǎn)，合理優(yōu)化管道材料提供依據(jù)；

②為設(shè)計(jì)人員提供安全快捷的產(chǎn)品選用方法；

③規(guī)范施工操作行為，確保各項(xiàng)技術(shù)要求得到正確實(shí)施；

④為工程管理人員質(zhì)量檢驗(yàn)提供檢測方案及技術(shù)參數(shù)。

3 編制重點(diǎn)

圖1 鋼帶應(yīng)力控制條件下管道最大埋深示意圖

圖2 管道內(nèi)外徑比值

依據(jù)《埋地塑料排水管道工程技術(shù)規(guī)程》[1]，要達(dá)到安全選用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管，應(yīng)計(jì)算管道承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。這不僅要求使用者對(duì)鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管的特性有充分了解，而且需要掌握部分材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)及巖土工程學(xué)的知識(shí)，具備專業(yè)的判斷和計(jì)算分析能力。

面對(duì)這些要求，給排水工程師往往顯得有些無所適從。即使是結(jié)構(gòu)工程師，也因?qū)艿捞匦圆皇煜ぁ⒏拍罨煜壮霈F(xiàn)參數(shù)選取不當(dāng)，導(dǎo)致計(jì)算偏差。因此，化繁為簡、制定一種簡單實(shí)用、安全可靠的選用方法是本次圖集編制的重要課題。

另外，鋼帶螺旋肋作為管道的主要受力材料，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管》[2]中并無定量規(guī)定。在激烈的市場競爭環(huán)境中，生產(chǎn)企業(yè)為追求經(jīng)濟(jì)利益，不斷降低材料用量，危及結(jié)構(gòu)安全。因此，建立健全管道用鋼帶螺旋肋規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)是本圖集編制的又一項(xiàng)重要內(nèi)容。

4 內(nèi)容特色

4.1 制定管用鋼帶參數(shù)

受環(huán)剛度等級(jí)的制約，不同直徑的管材在相同綜合變形模量的條件下敷設(shè)，其豎向變形率控制的管道最大覆土厚度是基本相同的。但受鋼帶配置截面積因素的影響，不同直徑的管道鋼帶壓應(yīng)力差別很大。管道豎向變形率和鋼帶配置截面積間不能合理匹配，存在一定的工程安全隱患，也可能造成一定程度上的材料浪費(fèi)。圖1是根據(jù)某生產(chǎn)企業(yè)提供的管道原始鋼帶參數(shù)計(jì)算出的最大埋深值。

經(jīng)與生產(chǎn)企業(yè)反復(fù)討論試算，結(jié)合現(xiàn)場檢測試驗(yàn)及工程實(shí)際運(yùn)用情況，我們最終確定SN8、SN10、SN12.5、SN16四個(gè)級(jí)別的管道最大埋深分別為6.5m、8.0m、10.0m、12.0m。這樣，通過調(diào)整鋼帶配置，在綜合變形模量相同的敷設(shè)條件下，各管徑的鋼帶最大壓應(yīng)力得到統(tǒng)一。因此，圖集附錄一“鋼帶參數(shù)表”是對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品用料進(jìn)行計(jì)算分析后，在本行業(yè)首次對(duì)管道用鋼帶規(guī)格參數(shù)提出定量要求，為產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供了必要的依據(jù)。

4.2 明確了管道基礎(chǔ)尺寸及溝槽參數(shù)

鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管屬于柔性管材，自身抵抗外壓的能力有限，必須依靠管土共同作用形成系統(tǒng)承力結(jié)構(gòu)。因此，良好的管道基礎(chǔ)、較密實(shí)的管道周邊回填土是保證管道正常運(yùn)行的前提條件。

為便于控制管道高程，保證管底與基礎(chǔ)的緊密結(jié)合，規(guī)范要求管道基礎(chǔ)應(yīng)敷設(shè)一層中粗砂或細(xì)石作為基礎(chǔ)。圖集表2.1.2“管道基礎(chǔ)及常用溝槽寬度表”中，管底以上土弧基礎(chǔ)高度C2應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算需要的基礎(chǔ)計(jì)算中心角2α 確定，管底以下人工土弧基礎(chǔ)的厚度C1按規(guī)程給定的公式，計(jì)算結(jié)果綜合考慮波形鋼帶尺寸并取整確定。排水管道的溝槽底部開挖寬度B值計(jì)算是考慮了管道外徑、兩側(cè)工作面寬度、支撐結(jié)構(gòu)厚度等綜合因素并取整確定。

另外，圖集選取工程常用的溝槽邊坡比m=0.33～1.50，給定管道中心處溝槽寬度值Br。由于Br與D1的比值是確定計(jì)算參數(shù)α1、α2，直接影響管側(cè)填土的綜合變形模量的取值，是鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管計(jì)算的中間成果，也是施工現(xiàn)場質(zhì)量控制的重要數(shù)值。

“管道基礎(chǔ)及常用溝槽寬度表”緊密貼合工程，方便技術(shù)人員計(jì)算速查，為結(jié)構(gòu)計(jì)算、工程預(yù)算、現(xiàn)場技術(shù)控制等提供了準(zhǔn)確的成果依據(jù)。

4.3 簡化管頂最大允許覆土值的選用

根據(jù)《埋地塑料排水管道工程技術(shù)規(guī)程》[1]附錄A中的計(jì)算公式，管側(cè)回填土變形模量Ee與基槽兩側(cè)原狀土的變形模量En在不同組合情況下，分別計(jì)算得出的綜合變形模量Ed值。由于影響Ed值的多項(xiàng)計(jì)算參數(shù)均有較大的近似性，出于安全儲(chǔ)備及工程選用簡便的考慮，將計(jì)算出的Ed值結(jié)果向下取整數(shù)，形成圖集的附表二。

根據(jù)規(guī)程[1]，管道豎向變形量和變形率按下列公式計(jì)算：

式中：Wd,max——管道在組合作用下的最大豎向變形量（mm）

Kd——管道變形系數(shù)

DL——變形滯后效應(yīng)系數(shù)，可根據(jù)管道胸腔回填壓實(shí)度取1.20～1.50

φq——可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，可取0.50

ε——管道豎向直徑變形率

合并以上兩式，導(dǎo)出參數(shù)ε'=ε·di/D1，出現(xiàn)了管道內(nèi)徑與外徑的比值關(guān)系。我們將行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和某企業(yè)產(chǎn)品的管道內(nèi)外徑比值列表分析，結(jié)果如圖2。

上圖顯示各直徑di/D1均大于或接近0.90，偏安全統(tǒng)一取0.90，管道豎向直徑變形按參數(shù)ε'控制。

ε'=ε·di/D1≤5%×0.90=4.5%

這樣，由最大豎向直徑變形率控制的管道埋深與管徑脫離關(guān)系，并將數(shù)據(jù)與鋼帶最大環(huán)截面壓應(yīng)力控制條件下的管道最大埋深值進(jìn)行比較，取低值匯總形成“管頂最大允許覆土厚度值表”。

“管側(cè)土綜合變形模量近似取值表”和“管頂最大允許覆土厚度值表”的表格設(shè)計(jì)在本行業(yè)未見類似研究成果。表中數(shù)值結(jié)果簡單明了，查找方便，消減了人工計(jì)算誤差，提高了安全保證率。

5 應(yīng)用情況

圖集給出了鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管的材料、設(shè)計(jì)、施工安裝、質(zhì)量檢測等工程全過程的選用標(biāo)準(zhǔn)、工程做法、技術(shù)要求、計(jì)算速查表等，并對(duì)管道基礎(chǔ)與地基處理、管道連接、結(jié)構(gòu)計(jì)算和水力計(jì)算的內(nèi)容予以重點(diǎn)闡述。

圖集實(shí)施后，鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管已在多個(gè)市政工程中成功應(yīng)用，如合肥市合作化南路工程、郎溪路工程、銅陵路工程、阜陽北路工程；206國道（南崗～上派）改線工程；312國道（小廟～六安）改造工程等多個(gè)大中型市政道路排水及管網(wǎng)工程。

實(shí)踐證明，依照?qǐng)D集要求生產(chǎn)，可以安全合理的優(yōu)化產(chǎn)品的制造成本。同時(shí)，圖集對(duì)規(guī)范管道設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收的各環(huán)節(jié)的技術(shù)質(zhì)量控制起到了積極地指導(dǎo)作用，確保了新型管道產(chǎn)品在我省建設(shè)工程中使用的可靠性、安全性，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GJJ143-2010,埋地塑料排水管道工程技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]CJ/T 225-2011,埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.