淺析大口徑給水球墨鑄鐵管的水壓試驗

顧 海 通

(山西一建集團有限公司，山西 太原 030000)

1 大口徑球墨管水壓試驗合格的判斷依據(jù)

球墨鑄鐵管道安裝完畢之后，須進行管道水壓試驗，判斷管道安裝是否合格的依據(jù)有兩個：一是允許壓力降的數(shù)據(jù)；二是允許滲水量的數(shù)據(jù)，這兩個數(shù)據(jù)如果達到了設(shè)計圖紙的要求，管道安裝試驗為合格。

如果設(shè)計圖紙沒有要求，則需要根據(jù)實際情況，按照管材廠家提供的技術(shù)文件或者國家規(guī)范的要求確定以上兩個數(shù)值，兩個數(shù)值皆為判斷球墨鑄鐵管安裝是否合格的依據(jù)，不過現(xiàn)在的球墨鑄鐵管的接口形式和質(zhì)量已經(jīng)相當成熟，我們在進行大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗時，通過查閱相關(guān)資料認為選擇允許壓力降數(shù)值符合要求即可，允許滲水量可選擇性的作為依據(jù)。所以，本文對于允許滲水量數(shù)值為依據(jù)的方法不再做探討。

2 試驗管段長度的選擇

試驗管段的長度選擇首先要尊重設(shè)計師的要求，如果設(shè)計師沒有要求，則不超過1 km。

3 水壓試驗的程序

3.1 水壓試驗后背的制作

水壓試驗后背準備是大口徑球墨鑄鐵管道最重要的工序，關(guān)系到水壓試驗的成功與否。后背由原土層及型鋼頂撐組成，原土層的土質(zhì)必須經(jīng)過確認，且由勘察單位提供相關(guān)參數(shù)，確認原土層能否作為水壓試驗后背。

3.2 試驗管段注水的要求

向試驗管段內(nèi)注水時應(yīng)從下游緩慢注入，注水時在試驗管段上游的管頂及管段中的高點設(shè)置排氣閥，將管道內(nèi)的氣體排出。

注水時，須用壓力泵從低高程處緩慢注水，打開高程段的排氣閥，將試驗管段內(nèi)氣體順利排出。

3.3 管道的浸泡

一般大口徑球墨鑄鐵管都有水泥砂漿襯里，試驗管段注滿水之后，需要將試驗管段進行充分浸泡，浸泡時間不得小于24 h。

有關(guān)試驗管段的高程起伏，管道內(nèi)須有壓力，但壓力不得大于工作壓力，保證管道水量充足即可。

3.4 預(yù)試驗和主試驗

預(yù)試驗的目的是在試驗壓力下檢查管道接口、配件是否有漏水、損壞之處，確保主試驗的成功。

主試驗的主要目的是檢查在試驗壓力下，管道、管件的接口質(zhì)量，管道支墩是否能起到相應(yīng)的作用。

3.5 泄壓排水

大口徑管道的試壓用水量較大，以DN1 800口徑為例，每1 km需用試壓用水至少2 540 m3，試壓完畢排出時，破壞性較大。須預(yù)先設(shè)計排放地點，做好防護措施，避免破壞附近房屋、道路等設(shè)施。

4 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗的具體要求

4.1 試驗壓力與工作壓力的關(guān)系

工作壓力P≤0.5 MPa，試驗壓力為2P；工作壓力P>0.5 MPa時，試驗壓力為P+0.5 MPa。

4.2 預(yù)試驗階段

管道經(jīng)過充分浸泡之后，利用水泵繼續(xù)注水加壓，將管道內(nèi)水壓緩緩地升至試驗壓力并穩(wěn)壓30 min，期間查看壓力降，隨時注水補壓，保持試驗壓力值，但注意，不得超過試驗壓力值。

穩(wěn)壓期間，檢查管道、配件接口處是否有漏水、損壞的情況，如果發(fā)現(xiàn)有漏水、損壞的情況，應(yīng)及時停止試壓，查明原因并采取措施后重新試壓。

4.3 主試驗階段

預(yù)試驗階段完成之后，停止注水補壓，穩(wěn)定15 min，待15 min后觀察壓力降的數(shù)值，如果壓力降的數(shù)值不小于0.03 MPa，則可以將試驗管段壓力降至工作壓力，并恒壓觀察30 min，同時進行外觀檢查，無漏水現(xiàn)象，該試驗管段水壓試驗合格。

4.4 試驗期間的常見問題

注水加壓過程中，如果發(fā)現(xiàn)壓力表指針左右擺動、不穩(wěn)，升壓較慢，可能是試驗管段內(nèi)有空氣，需要檢查排氣閥，繼續(xù)排氣。

升壓過程中，要檢查后背、頂撐，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)場立即停止。

5 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗的相關(guān)計算

水壓試驗前，需要對試壓后背、盲板、千斤頂?shù)仍O(shè)備材料進行制作和選型，皆須根據(jù)管道規(guī)格、試驗壓力等數(shù)據(jù)進行計算。

5.1 大口徑球墨管試壓

后背支撐示意圖見圖1。

5.2 計算的邏輯關(guān)系

首先，根據(jù)管道口徑、試驗壓力，計算出試驗水體作用于末端堵板的力，單位為kN；

第二，根據(jù)勘察報告中土體的性質(zhì)，以及溝槽開挖的深度，計算出試驗管段區(qū)域作為后背墻的土體的允許抗力，單位為kN/m；

第三，根據(jù)以上兩個數(shù)據(jù)，就可以計算出試驗管段區(qū)域作為后背土體的最小長度，此時試壓后背的計算完成；

第四，由于試壓管段的末端需要用盲板，須根據(jù)使用盲板的材料計算出盲板的最小厚度；

第五，試驗管段的盲板和后背之間需要用支撐型鋼及千斤頂，須計算出盲板支撐型鋼最小規(guī)格，以及所需千斤頂?shù)囊?guī)格和數(shù)量。此時大口徑球墨鑄鐵管道水壓試驗的計算部分基本完成。

5.3 試驗水體作用力計算

試驗水體作用于盲板的壓力利用下式計算：

F=P×A。

其中，F(xiàn)為試壓水體作用于后背的力，N；A為試壓管道截面面積，m2；D為管道直徑,m；P為試驗壓力，Pa。

5.4 后背墻的允許抗力計算

根據(jù)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范后背土墻允許抗力可按下式計算：

其中，Ep為后背墻每米寬度上的被動土壓力，kN/m；γ為后背土的重力密度,kN/m3；H為后背墻高度,m；h為后背墻頂端至地面高度,m；Kp為被動土壓力系數(shù)，建議按此式計算Kp=tg2(45°+φ/2),φ為后背土體的內(nèi)摩擦角，該數(shù)據(jù)可以參考設(shè)計圖紙或者地質(zhì)勘查報告；c為后背土體的粘聚力，該數(shù)據(jù)可以從設(shè)計圖紙或地質(zhì)勘查報告查閱。

5.5 后背墻的寬度

后背墻受力寬度可參考下式計算：

B≥1.2R/Ep。

其中，B為后背受力寬度，m；1.2為安全系數(shù)。

5.6 關(guān)于盲板的計算

為了便于制作，試壓盲板可采用Q235C的鋼制作。其許用應(yīng)力為113 MPa(20 ℃)，屈服強度為235 MPa(20 ℃)。

根據(jù)《管道施工實用手冊》，帶加強肋平板式盲板選用厚度公式：

其中，S為盲板厚度，mm；P為試驗壓力，MPa；Dc為加強肋筋最大有效內(nèi)切圓直徑，mm；σ為Q235鋼板材料許用應(yīng)力，可參考取值113 MPa；C為厚度附加系數(shù)，參考取值3 mm～5 mm。

5.7 關(guān)于盲板與千斤頂之間型鋼支撐的計算

盲板與千斤頂之間需要型鋼來緩沖，防止盲板被破壞。

口徑DN1 800左右的球墨鑄鐵管采用的型鋼建議選用20b以上工字鋼加工制作，制作成“田”型。

根據(jù)盲板最大受力F的數(shù)值，可以從《五金手冊》查20號工字鋼的抗壓強度為215 N/mm2，腿寬102 mm，盲板在最大受力的情況下，計算出緩沖型鋼與盲板之間的最小受力面積，建議采用下式計算：

其中，A為最小受力面積，mm2；F為試驗壓力下用于盲板的力，kN；S為型鋼的抗壓強度215 N/mm2。

用工字鋼制作“田”字型頂鐵，計算出頂鐵接觸面積超過A的計算值，即可為符合要求。

5.8 千斤頂選型

可根據(jù)最大試驗壓力作用在盲板上的力來計算，結(jié)果數(shù)據(jù)單位為N，再換算為t，即可計算出使用千斤頂?shù)囊?guī)格和數(shù)量，千斤頂?shù)臄?shù)量只可為偶數(shù)，不可為奇數(shù)。

6 大口徑球墨鑄鐵管試壓應(yīng)注意的幾個問題

1)壓力管道水壓試驗前，除接口外管道兩側(cè)及管頂以上回填高度須大于0.5 m，以防止管節(jié)移動及雨季漂浮,采用自錨接口的球墨鑄鐵管線則全部回填至設(shè)計高程后進行水壓試驗；

2)管道支墩在水泥養(yǎng)護要達到設(shè)計的水泥強度后才可進行水壓試驗；

3)在雨季施工時，安裝的接口經(jīng)現(xiàn)場工程師用探尺檢測合格后，為防止接口處局部地基沉降等，建議管身及接口處可以在試壓前回填至覆土標高；

4)大口徑管道在雨季期間施工，建議每天開挖管溝長度要與每天安裝管子數(shù)量及回填長度相匹配。

7 大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗的局限性及思考

大口徑球墨鑄鐵管水壓試驗時，作用在后背支撐的力量極大，以DN1 800的管道，試壓壓力為2.8 MPa為例，作用在后背上的力超過7 000 kN，一旦發(fā)生事故，最周邊人員或設(shè)施的破壞力極大，有很大的危險性，水壓試驗過程中，后背頂撐、管道兩端嚴禁站人。

大口徑球墨鑄鐵管道試壓用水的需求量很大，而且試壓用水的要求為可飲用水，以DN1 800規(guī)格的管道，10 km的距離試壓用水的需求量約為253 000 m3，為水資源帶來極大的浪費，泄水過程中也會給周圍環(huán)境帶來沖擊。對于水資源缺乏的地區(qū)來說，具有很大的局限性。

雨季施工時，溝槽內(nèi)容易積水，為回填壓實工作帶來阻礙，管道水壓試驗難度更大，造成成本增加。

8 結(jié)語

大口徑球墨鑄鐵管用水體作為試壓介質(zhì)并不是最好的選擇，比如日本等國已經(jīng)開發(fā)出成熟的單口試壓方式，簡單便捷，但是我國尚沒有支持采取該試壓方式的相關(guān)標準。筆者將繼續(xù)對此領(lǐng)域進行深入的考察、思考，尋找更便捷、可靠、環(huán)保的水壓試驗方式，同時也呼吁各管材生產(chǎn)廠家、上級管理部門共同來解決此問題。