PE管在市政路排水工程中的設(shè)計(jì)與施工

李 明

摘要:隨著人們環(huán)保意識的不斷加強(qiáng),以及政府相關(guān)政策的出臺,綠色環(huán)保型管材逐漸成為建材行業(yè)新寵。結(jié)合聚乙烯管(PE)的實(shí)際應(yīng)用情況,剖析聚乙烯管(PE)的設(shè)計(jì)和施工,提出設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)該注意的問題和解決辦法,以期聚乙烯管(PE)能在市政道路排水工程中得到廣泛應(yīng)用。

Abstract:As people's environmental awareness is becoming stronger and the related policies are also put forward by the government, green environment-protective pipes are gradually becoming the favorite of the building materials industry. Based on the practical situation of the PE, the design and construction of the PE is analyzed, and the frequent questions and solutions are proposed to achieve the wide application of the PE in the municipal road drainage works.

關(guān)鍵詞:高密度聚乙烯中空壁纏繞管;市政道路;排水;設(shè)計(jì)與施工

Key words:high-density polyethylene hollow wall winding pipe; municipal roads; drainage; design and construction

中圖分類號:TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)04-0191-01

高密度聚乙烯中空壁纏繞管(PE管)是以高密度聚乙烯(HDPE)為材料,采用特殊擠出工藝在熱熔狀態(tài)下纏繞成型,屬于結(jié)構(gòu)壁管類A型管材。高密度聚乙烯中空壁螺旋纏繞管目前在國內(nèi)外市政排水設(shè)計(jì)中已得到廣泛應(yīng)用。

1 PE管設(shè)計(jì)步驟

PE管在外部無較大壓力,內(nèi)部有壓的煤氣、燃?xì)鈶?yīng)用方面,已經(jīng)有一套嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的設(shè)計(jì)理念。而使用在有車輛荷載的道路排水上,卻無明確的設(shè)計(jì)規(guī)程,作為一項(xiàng)科研推廣項(xiàng)目,根據(jù)PE管的性質(zhì)和特點(diǎn),采用以下設(shè)計(jì)步驟:

環(huán)鋼度的選取。環(huán)鋼度是管道抵抗環(huán)向變形能力的量度,可采用測試或計(jì)算方法定值,單位為KN/m。采用先計(jì)算定值,然后再根據(jù)定值進(jìn)行測試。環(huán)鋼度計(jì)算方法如下:

(1)計(jì)算作用在管道上的豎向荷載。

P1=RSh

式中:P1——作用在管道上的豎向壓力(KN/m2);RS——管頂回填土的重力密實(shí)度(KN/m2);h——管頂?shù)母餐粮叨?m)。

在實(shí)驗(yàn)中,路面結(jié)構(gòu)層共三層,豎向土壓力分別為:

P土=RSh=1.616×0.3=0.48KN/m2

P級=RSh=1.96×0.15=0.29KN/m2(指級配碎石層)

P水=RSh=2.36×0.40=0.94KN/m2(指水穩(wěn)層)

P瀝=RSh=2.5×0.10=0.25KN/m2(指瀝青層)

則作用在管道上的各結(jié)構(gòu)層豎向總壓力為

P1=P土+P級+P水+P瀝=0.48+0.29+0.94+0.25=1.96KN/m2。

(2)計(jì)算車輛荷載傳遞到埋地管道上的豎向壓力。

a.單個(gè)輪壓傳遞到管道上的豎向壓力

P2=jP0/(a+1.4h)(b+1.4h)

式中:P2——地面車輛荷載傳遞到管道上的豎向壓力(KN/m2);j——車倆荷載的動(dòng)力系數(shù),當(dāng)h≥0.7m時(shí),j=1.0;P0——車輛的單個(gè)輪壓(KN);a——車輛著地長度;b——車輛著地寬度。

b.兩個(gè)以上輪壓傳遞到管道上的豎向壓力

P2=ncjP0/(a+1.4h)(ncb+∑di+1.4h)

式中:nc——輪壓的數(shù)目;di——地面相鄰兩個(gè)輪壓間的凈距(m)。

(3)計(jì)算作用在管道上的地面堆積壓力。

一般取值為10KN/m2,在這里,取值為0。

(4)管道抗浮安全系數(shù)根據(jù)實(shí)際情況取值為1.0。

則作用在管道上的豎向總荷載為P=P1+P2=1.96+5.46=7.42(KN/m2),選用環(huán)鋼度為10的聚乙烯管作為排水工程的管道設(shè)施,經(jīng)試驗(yàn)后完全能滿足要求。

2 聚乙烯管徑的計(jì)算和選取

這里主要計(jì)算雨水聚乙烯管徑的計(jì)算和選取。聚乙烯管屬圓管涵類,采用滿管計(jì)算,根據(jù)雨水量和要求,計(jì)算如下:

Q=ω·v和滿寧公式v=1/n·r2/3·i1/2

v——流速(m/s)n——管壁粗糙系數(shù)(由試驗(yàn)確定采用0.010)

r-水力半徑(m),i-水力坡降(%),ω-水流有效斷面積(m2)

設(shè)計(jì)流量Q=2.6=ω·v=3.14×r2×1/0.01×r2/3×0.0251/2

得r=0.6m,選用管徑為600mm的聚乙烯管作為排水設(shè)施。同理可得污水管徑,但計(jì)算污水管時(shí)不能按滿流計(jì)算,需要考慮充滿度計(jì)算,在此不作詳細(xì)計(jì)算。

通過計(jì)算和試驗(yàn),最后選定環(huán)鋼度為8,管徑為600mm的PE管作為的排水管材。

3 PE管施工工藝

施工工藝如下:

測量、放樣——溝槽開挖——基礎(chǔ)處理(含檢查井基礎(chǔ))——連接、下管、較管——管槽回填——檢查井砌筑——檢查井回填——驗(yàn)收

和鋼筋砼管施工相比,PE管施工除按《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268和烏魯木齊市排水管道技術(shù)規(guī)程中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行外,根據(jù)實(shí)際施工總結(jié),尤其應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)PE管道埋深低于建構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面時(shí),管道不得設(shè)在建構(gòu)筑物基礎(chǔ)下地基擴(kuò)散角受壓的范圍內(nèi);(2)地下水位高于開挖溝槽槽底高程的地區(qū),地下水位降至槽底最近點(diǎn)以下0.3~0.5m;(3)管槽開挖時(shí),嚴(yán)格控制挖深,嚴(yán)禁超挖,不得擾動(dòng)基底底層原狀土,設(shè)計(jì)標(biāo)高以上0.2～0.3m的原狀土人工清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高,如發(fā)生超挖和擾動(dòng),換填粒徑10～15mm的天然級配砂石料,并找平夯實(shí);(4)和砼管相比,管道基礎(chǔ)采用砂礫基礎(chǔ),厚度為0.05~0.20m,可根據(jù)基礎(chǔ)的地質(zhì)情況而定;(5)管道鋪設(shè)過程,下管用人工或起重機(jī)進(jìn)行,起重機(jī)下管時(shí),應(yīng)用非金屬繩索扣系住管材兩端距管口1/4處,嚴(yán)禁穿心吊裝;(6)回填過程中,對回填土要求較嚴(yán),和一般回填土不一樣,部分回填土采用石棉砂,且回填要求達(dá)到相應(yīng)密實(shí)度;(7)在管頂0.7m以上部分回填土,采用機(jī)械回填,必須從管材的兩側(cè)同時(shí)回填,并夯實(shí),也可用碾壓機(jī)械;(8)管道與檢查井連接。

在開始的施工方案中,管頂以上檢查井部位砌筑在管道回填之后進(jìn)行,砌筑窨井時(shí),管口縮進(jìn)井內(nèi)壁30~50mm,用砂漿粉刷成“喇叭狀”,周圍先用砂漿填充密實(shí),之后砌筑磚塊,但我們做閉水試驗(yàn)后(國家針對PE管的閉水試驗(yàn)暫無此相關(guān)規(guī)定),發(fā)現(xiàn)結(jié)果不能滿足要求,經(jīng)檢查存在以下問題:(1)由于熱脹冷縮原理,PE管將檢查井撐裂,導(dǎo)致檢查井漏水。(2)沒有將檢查井撐裂,由于管道與檢查井連接處沒有密封,導(dǎo)致滲水、漏水。

針對上述兩個(gè)問題,提出解決方案如下:(1)將PE管埋深提高,使PE管處于一個(gè)相對溫度變化不大的環(huán)境內(nèi),同時(shí)PE管鋪設(shè)完后立即回填,且在較短時(shí)間內(nèi)完成,邊敷設(shè)邊回填,施工長度控制在一定范圍內(nèi)。(2)PE管道敷設(shè)完畢后,再進(jìn)行檢查井的砌筑。