大直径混凝土管道分段水压试验方法.doc

大直径混凝土管道分段水压试验方法庄新刚摘 要 通过在试验管线段两端设置封堵管件取代混凝土支墩做管道分段水压试验的封堵设施，利用管道安装回填土的摩擦力承载管道水压试验的水压力，使得大直径管道在水压试验的同时能够进行连续的安装施工，大大提高了施工效率，同时降低了水压试验费用。关键词 大直径 混凝土管道 分段 水压试验1引言大直径混凝土管道整体水压试验在我国还没有成熟的施工经验，以往经常使用的方法是在管段两端预留一定长度的原状土，然后制作一个大混凝土支墩，利用支墩与土的摩擦力及原状土的被动压力抵挡试验水压力，这种方法不但不能保证管道的连续安装，大大影响施工进度，而且混凝土支墩制作、拆除及因水压试验增加的合拢管等费用巨大。如直接在管道的钢制短管内焊接堵板，然后将堵板外侧一定范围内管接口用高强度砂浆填充密实，使之形成一个整体，利用回填土的摩擦力抵挡水压力，可在满足试验要求的同时正常进行管道安装，而且能够节省支墩制作、拆除及管道合拢带来的巨额费用。2试验原理选择在管道试验段两端的钢制管件上设置封堵盲板，做好堵板外侧安装的一定长度范围内混凝土管内外接口砂浆，砂浆标号M20。然后进行管体回填，分层夯实，每层200mm，保证压实度，使堵板外侧安装的一定长度范围内混凝土管成为整体，利用外侧土摩擦力做为水压试验靠背力。将试验段内的排泥三通、排气三通等开口管件使用法兰盲板进行封堵，使试验段形成一个封闭管段。注水点排气三通法兰盲板上安装注水球阀，在排水点排气三通法兰盲板上安装排水球阀，在试验段全段最低点排气三通法兰盲板上安装试验检验仪表，并在各个排气三通法兰盲板上安装排气球阀（球阀、仪表根据工程不同自行选择）。通过注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。水压试验合格后将排水球阀打开，进行泄压排水。试验原理见图1。 图1 水压试验原理图 3 封堵盲板制作 以DN2400混凝土管试验压力0.9MPa为例：选用20mm钢板在管件内焊接一周高300mm的圆环，然后在圆环基础上拼制一个DN2200的钢板圆，与圆环均匀搭接，整个堵板一侧进行加肋处理，肋板选用同型号钢板，肋高200mm间距600mm。钢板焊接要满足试验压力要求，具体形式见图2。 图2 堵板焊接结构图4 靠背处理堵板外侧安装的一定长度范围内混凝土管，做好内外接口砂浆，砂浆加入一定比例膨胀剂，砂浆标号M20。然后进行管体回填，分层夯实，每层200mm，保证压实度。5 靠背力学计算5.1试验封堵管件的稳定条件 1）封堵管件外侧管道回填土的摩擦合力大于试验水压力。 2）封堵管件管接口砂浆强度满足试验压力破坏，接口为刚性且不发生压缩变形。5.2封堵盲板水压力计算封堵盲板水压力F的计算按下列公式：F=PA式中：F为水压试验对封堵盲板产生的压力；P为要求水压试验压强0.9 MPa； A为 封堵盲板面积4.53m2。代入参数得出： F=PA=0.91064.53=4080（kN）5.3 靠背管长度L计算沟埋管道与土的摩擦力按照GB50268-97给水排水管道工程施工及验收规范中第6.4.8条款规定的顶管顶力计算公式推导：P = f r D1 2H+(2H+D1)tg2(45-/2)+/rD1 L式中:P为管道的土摩擦合力（kN）； r为管道所处土层的重力密度（kN/m3）；D1管道的外径（m）；H为管道顶部以上覆土层的厚度（m）；L为靠背管道的长度（m）；f 为管道表面与周围土层之间的摩擦系数；为管道所处土层的内摩擦角（）；为管道单位长度的自重（kN/m）。其中P=FS，S为安全系数，取1.5。 则得出：P=40801.5=6120(kN)。式中各参数值如表1。表1 参数对应表参数fr/kNm3D1H/m/kNm1 P/kN数值0.25172.81.518436120表1中f参照GB50268-97给水排水管道工程施工及验收规范中第6.4.8条表1中相关数值，并根据现场实际为粘土故取0.25；r 、根据现场试验所得；D1 、H、按工程实际情况取值。将表1中所列参数值代入公式计算得出：6120=0.25172.821.5+(21.5+2.8) tg2(45-18/2)+43/172.8LL=73.9(m)即盲板后有74m管成一体，管道回填土的摩擦合力大于试验水压力。5.4 最大管接口压力强度计算：水压实验对封堵盲板产生的压力F与管道的土摩擦力平衡。管道土摩擦力为多根管道土摩擦力的合力，单根管之间的摩擦力通过管接口压力传递进行叠加，其中最大管接口压力位于和封堵盲板管件连接的第一道接口。接口压力作用在接口填料上，从图中可以求出接口填料的受力面积 S1。S1=3.14(2.62-2.42)/4=0.79(m2)第一道接口压力值:F1=T =4080=4.08103(kN)应用压力强度公式得出最大管接口压力强度q1: q1=F1/S=4.08106/0.79=5.16106Pa=5.16（MPa）5.5 管接口压力强度校核 水压实验对封堵盲板产生的压力F与管道叠加土摩擦力P平衡，最大接口压力F 1作用在与封堵管件连接的第一道接口，第二道，第三道接口压力依次按梯形递减。当接口压力强度大于接口填料的材料强度时，接口填料将被挤压破坏，使管道产生轴向位移，从而破坏管接口。因此，水压实验管接口填料的材料强度QM必须大于最大接口压力强度q1，既满足：QM q1安装规程要求使用M20的砂浆填充内外接口，则：QM=20MPaq1=5.16MPa6 结论通过上述计算证明将堵水盲板后74m范