鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管在市政排水管道中的應(yīng)用

王清平

（成都華川公路建設(shè)集團(tuán)有限公司，成都 610091）

1 工程概況

蒲江縣東部片區(qū)外聯(lián)道路加寬改建工程位于蒲江縣西南側(cè)，起于蒲江縣城區(qū)南側(cè)成雅高速下穿，止于影視大道，全長約2.89 km，采用雙向四車道，路基寬度28 m（右幅利用現(xiàn)狀12 m寬蒲名路，中分帶4 m，對(duì)稱拼寬12 m），設(shè)計(jì)速度60 km/h，二級(jí)公路兼城市主干道功能，本項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括路基路面、排水工程、交通工程及沿線設(shè)施、環(huán)境保護(hù)、市政配套。

2 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管的特點(diǎn)

2.1 高強(qiáng)度和剛度

鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管是一種結(jié)構(gòu)壁管道，由于該管道中添加了強(qiáng)度較高的鋼帶，可以大大提高管道的環(huán)剛度[1]。其原理如下：一般鋼帶自身具備較高的彈性模量，在管道中添加鋼帶，可以提高管道的環(huán)剛度，尤其像一些大口徑管道，其環(huán)剛度達(dá)到8 kN/m2、12.5 kN/m2，甚至更高。

2.2 水力特性

一般鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管內(nèi)部主要由聚乙烯材料制成，該材料具備較強(qiáng)的光滑性和流通性，相較于一般塑料管道，有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在相同的條件下，相同口徑的塑料管的流通性能、流速均優(yōu)于鋼筋混凝土排水管，大概可以提高20%以上。

2.3 耐腐、耐磨性

通常在管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，內(nèi)外聚乙烯會(huì)完全覆蓋住鋼肋，和被流經(jīng)管道的雨污水、外部土體接觸，地下水浸泡的所有接觸面材料均涂有聚乙烯層，以防止鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管出現(xiàn)腐蝕等問題，影響施工質(zhì)量。

2.4 綜合經(jīng)濟(jì)性

鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：（1）根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可以最小化材料成本；（2）該類型的管道由我國自主研發(fā)，可以降低施工成本；（3）具備輕盈、易運(yùn)輸、易安裝、易施工等特點(diǎn)，因此可以看出，其具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

3 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 選擇管道性能參數(shù)

在設(shè)計(jì)鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管性能參數(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合市政排水管道工程現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)選擇管道性能參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，環(huán)剛度和允許變形率是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。由于我國研發(fā)生產(chǎn)鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管已經(jīng)非常成熟，生產(chǎn)的管道型號(hào)非常全面，可以滿足各種工程需求，一般該管道的環(huán)剛度分SN8、SN12.5、SN16三個(gè)等級(jí)，管道豎向直徑允許變形率需在5%內(nèi)。若只結(jié)合覆土壓力設(shè)計(jì)，且豎向直徑變形率為5%時(shí)，敷設(shè)條件不同、等級(jí)不同的管道，其覆土深度也不同。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管時(shí)，需應(yīng)用在土弧基礎(chǔ)上。在設(shè)計(jì)管底基礎(chǔ)層時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況采取相應(yīng)的保護(hù)措施。若市政工程施工現(xiàn)場地基為一般土質(zhì)，則可以將粒徑為100 mm的中粗砂鋪設(shè)在管底以下原狀土地基上，鋪設(shè)厚度為100 mm。若市政工程施工現(xiàn)場地基條件較差，需在地基上鋪設(shè)砂礫層作為地基基礎(chǔ)，鋪設(shè)厚度大于200 mm。另外，鋪設(shè)過程中，還可以將其分2層鋪設(shè)，下層和上層分別鋪設(shè)碎石（粒徑在5～32 mm）和中粗砂，鋪設(shè)厚度分別控制在100～150 mm和50 mm以上。如果施工地質(zhì)為軟土地基，在施工中極易受各種不確定因素的影響，影響地基承載力，在此種情況下，需先采取加固措施，使地基承載力達(dá)到施工要求，然后在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)中粗砂，最低密實(shí)度應(yīng)達(dá)到85%。在處理土弧基礎(chǔ)支承角范圍內(nèi)的腋角時(shí)，應(yīng)選擇中粗砂或砂礫進(jìn)行回填，并將其壓實(shí)度控制在95%以上。

3.3 管道連接

鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管的管端口有兩種平面形式，即螺旋形和垂直軸線，連接管道時(shí)，應(yīng)結(jié)合管道端口形式科學(xué)選擇連接方式?，F(xiàn)階段，螺旋形是一種常見的端口，在連接這種端口形式的管道時(shí)，可選擇的連接方式較多，例如，熱熔擠出焊接，熱收縮管（帶）連接，電熔帶連接，卡箍連接等。在管道設(shè)計(jì)中，會(huì)采取組合連接方式，以確保管道連接具備較強(qiáng)的安全性。若鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管的管徑比800 mm大，可以選擇使用內(nèi)熱熔擠出焊接+熱收縮帶連接、內(nèi)外雙面熱熔擠出焊接+外電熔帶的組合連接方式；或者選擇使用熱收縮管+卡箍的組合連接方式，通過選擇組合連接方式，可以在確保管道連接具備較強(qiáng)可靠性的同時(shí)，提高連接強(qiáng)度。

3.4 管道與檢查井連接

在連接管道與檢查井時(shí)，應(yīng)盡量選擇柔性連接方式。若在市政排水管道工程施工中，現(xiàn)場為軟土地基，在連接管道與檢查井時(shí)，需設(shè)置兩節(jié)以上長度在60～80cm的短管，總長度控制在150～200 cm，以此作為柔性過渡段?？梢赃x擇套筒式橡膠密封圈或者承插式接口作為柔性連接接口。

4 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管的施工

4.1 施工流程

測(cè)量放線→基槽開挖→夯實(shí)并平整槽底→鋪填基礎(chǔ)墊層→驗(yàn)收基礎(chǔ)→安裝管道→回填→閉水試驗(yàn)→回填管道上部→驗(yàn)收。

4.2 溝槽開挖

開挖之前，施工人員必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測(cè)量放樣、定位，設(shè)好臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)、控制樁，待上級(jí)部門批準(zhǔn)后，即可正式施工。施工過程中，要格外注意挖深、管道中心線兩方面，選擇機(jī)械進(jìn)行開挖時(shí)，需要留出20～30 cm，通過人工來清槽，直到滿足預(yù)設(shè)槽底高程[2]，在槽底設(shè)置里程樁。在市政排水工程施工中，若出現(xiàn)超挖問題，應(yīng)使用粒徑在40 mm范圍內(nèi)的天然級(jí)配砂石料進(jìn)行回填，并進(jìn)行夯實(shí)處理，將其密實(shí)度控制在95%以上。

4.3 管道焊接工藝

現(xiàn)階段，電熱熔帶焊接、熱熔擠出焊接這兩種連接方式在施工中被普遍運(yùn)用。

4.3.1 電熱熔帶焊接結(jié)構(gòu)

電熱熔帶焊接方法屬于剛性連接，通過鑲嵌在連接處接觸面的電熱元件通電后產(chǎn)生的高溫進(jìn)行連接。電熱熔帶焊接結(jié)構(gòu)是用一條內(nèi)壁鑲嵌有電阻絲的聚乙烯電容帶緊貼在兩邊連接端的外表面（覆蓋搭接2 cm以上），利用耐熱帶實(shí)現(xiàn)緊固效果；確保接口處管端內(nèi)壁牢固，具體可以用能拆卸的工具進(jìn)行支撐，利用電熱熔焊機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻絲供電，使電阻絲開始發(fā)熱，進(jìn)而處于熔融膨脹的狀態(tài)，以此產(chǎn)生壓力，使界面兩端的聚乙烯慢慢擴(kuò)散，最后關(guān)上電源，等冷卻固化后，可實(shí)現(xiàn)連接。

1）電熱熔帶連接時(shí)，需根據(jù)相關(guān)規(guī)定操作。使用的電熱熔帶應(yīng)為專業(yè)工廠配套供應(yīng)。

2）施工要點(diǎn)：首先，認(rèn)真檢查管道和電熱熔帶，應(yīng)不存在損傷現(xiàn)象，對(duì)齊管道并將管道中的雜物清理干凈。然后，利用支架滾輪或者水平桿把需要連接的管道放到離地面20～30 cm位置。如地基上存在操作坑，也可以放置在地基上。操作坑的寬度應(yīng)比電熱熔帶的寬度大2倍，深度為管底下30 cm，呈水平對(duì)齊狀態(tài)。管道外表面、電熱熔帶內(nèi)壁禁止存在任何雜物（包括水汽），必須全面清理干凈，油類雜質(zhì)需使用有助于PE材料焊接的溶劑來清除。接著，通過電熱熔帶把管道需連接的部分纏住，外面也要采取緊固措施（可用耐熱帶）。連接焊機(jī)的輸出線端和電熱熔帶的連接線頭。合理設(shè)置電熔焊機(jī)的時(shí)間及擋位，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程操作，焊接結(jié)束、冷卻后，方可對(duì)管材進(jìn)行移動(dòng)。在等待冷卻時(shí)，同時(shí)開展下一個(gè)焊接工作。

4.3.2 熱熔擠出焊接

擠出焊接的原理是分子熱運(yùn)動(dòng)，具體來說，擠出焊槍對(duì)PE焊條進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)焊條由固態(tài)到黏流體的轉(zhuǎn)變并擠出。為焊槍配上熱風(fēng)槍，可加熱被焊PE的待焊面，因?yàn)槭艿酵饬Φ淖饔?，接縫兩側(cè)的PE材料達(dá)到互相黏合的狀態(tài)，彼此之間擴(kuò)散、相互纏繞，最后使管材連接為一體。

施工要點(diǎn)如下：

1）正式焊接前，認(rèn)真檢查管材兩端面，確保平整度符合作業(yè)要求。等待焊接的一面應(yīng)在管材波谷中間位置，兩邊被焊管材調(diào)整到同一軸線；在接口處留出1～3 mm，縫隙最大不超過5 mm，為焊接提供便利。如果不能滿足要求，則使用工具適當(dāng)修切接口，如果是φ800 mm以上的管道，從管外或管內(nèi)進(jìn)行。焊接范圍內(nèi)不能存在塵土或其他雜物，應(yīng)干凈、干燥，還要細(xì)細(xì)打磨焊接范圍及外表面，清除已經(jīng)被氧化的表層部分。

2）確保焊條的材質(zhì)過關(guān)，最好讓生產(chǎn)管材的廠家配套提供焊條，這樣有利于保證生產(chǎn)材料相同，以此提高與管材的相融性。此外，焊條的斷面應(yīng)呈圓形狀，粗細(xì)程度不應(yīng)相差太大，符合焊槍焊接性能的要求，且保持干凈、干燥。

3）擠出焊機(jī)應(yīng)附帶熱風(fēng)裝置，性能符合作業(yè)要求。開展作業(yè)時(shí)，利用熱風(fēng)裝置加熱含管材解封端的聚乙烯，聚乙烯將變成熔融狀態(tài)，再和管材相融。保證焊接斷面飽滿，避免發(fā)生漏焊或斷口等現(xiàn)象。

4）在焊接管徑＞800 mm的管材時(shí)，采取內(nèi)外雙面焊接的方式。

5）根據(jù)外界環(huán)境情況合理設(shè)置熔料和熱風(fēng)溫度，對(duì)熔料保持一定的焊接壓力，有較為緩慢的冷卻時(shí)間。

4.4 管道修補(bǔ)

如果安裝管道時(shí)局部出現(xiàn)損壞，可以選擇使用焊槍和耐熱帶完成管道修補(bǔ)工作；若管道破損比較嚴(yán)重，損壞位置直徑＞60 mm，應(yīng)將破損管段切除，換成新的管道，并做好該位置的連接處理工作。切斷管道后，選擇使用聚乙烯片材或者擠出焊接的方式，對(duì)波峰的鋼帶斷口處進(jìn)行密封和防腐處理。

4.5 管道的回填

在安裝完管道后，待驗(yàn)收通過，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定的要求進(jìn)行回填施工。

1）回填前，清理干凈基槽內(nèi)的雜物，確?；蹆?nèi)無水分和雜物，按照規(guī)定要求進(jìn)行回填，將中粗砂作為回填料，要求回填料具備較高的純度，不得摻有其他雜物。

2）在回填腋角位置時(shí)，由于該位置是管道基礎(chǔ)的一部分，其作用是防止管道變形。因此，在回填腋角位置時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照流程進(jìn)行施工，防止出現(xiàn)脫空問題，影響管道施工質(zhì)量。

3）在回填管道兩側(cè)時(shí)，優(yōu)先選擇中粗砂，采取對(duì)稱、分層回填的方式，每層厚度在200 mm，待厚度達(dá)到200 mm，進(jìn)行灌水操作，在此過程中，先將其夯實(shí)，然后使用平板振動(dòng)設(shè)備重復(fù)振動(dòng)拖拽2次，以確?；靥畹钠秸群兔軐?shí)度達(dá)到規(guī)定要求。

4）閉水試驗(yàn)，在回填管頂位置前，對(duì)其進(jìn)行閉水試驗(yàn)，將滲水量控制在規(guī)定范圍內(nèi)，待試驗(yàn)工作完成后，才能進(jìn)行管頂回填施工操作。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，在市政排水管道工程施工中，由于鋼帶增強(qiáng)聚乙烯波紋管具備易運(yùn)輸、易施工、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，且其施工技術(shù)非常成熟，已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用的材料。以蒲江縣東部片區(qū)外聯(lián)道路改建工程為列，采用鋼帶（增強(qiáng)）螺旋波紋管，有效加快了施工進(jìn)度，解決管道沉降帶來的質(zhì)量問題，保障市政排水管道施工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)效益方面，普通DN800 mm混凝土管單價(jià)為330元/m，鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管單價(jià)為198元/m，節(jié)約成本132元/m，綜上所述，采用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管對(duì)提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有良好的作用。