室外给水PVCU管道施工中几种特殊情况的处理.doc

室外给水PVC-U管道施工中几种特殊情况的处理摘要：PVC-U管道因其众多的优点在输水领域得以广泛使用。在室外施工过程中，因环境、地形不断变化，需进行局部特殊处理，否则即使质量合格的管材也会出现各种事故。 关键词：PVC-U管道 施工 特殊情况处理 水是生命之源，人的生存离不开水，社会的运转和发展也离不开水，利用好和减少水资源的浪费至关重要。PVC-U管道因其重量轻、耐腐蚀、价格低、安装方便快捷、使用寿命长、流体阻力小等优点，在输水领域得以广泛使用。在室外塑料管道的施工过程中，因环境、地形不断变化，需进行局部特殊处理，否则即使质量合格的管材也会出现各种事故。本文将对室外PVC-U管道施工中几种特殊情况的处理做一探讨。一、非正常工作温度下PVC-U管道施工温度对塑料管道的影响较大，埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程CECS17：2000中规定PVC-U管材适用工作温度为0-45。如管线工作温度不在正常温度内，必须根据实际温度对PVC-U的设计、施工进行调整。1、PVC-U管材的机械性能随温度变化主要表现在以下几个方面：1.1弹性模量PVC-U管材的弹性模量一般取3000MPa，是铸铁管的3%左右，随着温度的升高而下降，特别是温度超过50，其弹性模量会有明显下降。例如在60时其弹性模量不足2700 MPa。1.2弯曲强度PVC-U管材的弯曲强度比金属管道小得多，且随温度升高下降较多。（随温度变化如下：20107Mpa、4082.8Mpa、5069Mpa 、6060.1Mpa、7048.7Mpa）1.3冲击强度PVC-U管材冲击强度随温度变化波动较大（随温度下降而急剧下降，且横向及纵向的冲击强度也不一致）。20时的冲击强度与-20时的冲击强度相差5倍，特别是在切口、裂口处，冲击强度会急剧下降。冲击强度与温度的关系如下：温度 / -20-10-5051020冲击强度/（KJ/m2）3034404248581501.4拉伸强度 温度不同，PVC-U管材的拉伸强度变化较大。如下： 温度 / 10 20 30 40 50 60 70 拉伸强度 / MPa 65.1 59.5 55.5 48.3 42.8 36.2 30.3由于PVC-U管材的弹性模量、弯曲强度和拉伸强度随温度的升高而降低，冲击强度随温度的升高而升高，为了保证PVC-U管材的机械性能及使用条件，一般规定使用温度为045。2、冬季施工（温度较低）注意事项2.1严格按要求运输、搬运或储存管材管件 在北方或东北地区经常在冬季施工，因气温较低，PVC-U管材的冲击强度低，不恰当装卸、运输（PVC-U管材的弹性模量、硬度比钢铁、砂砾等小得多。当PVC-U管材与钢铁、砂砾等较硬的物体接处时，容易造成PVC-U管材磨损，因此，当PVC-U管材在铁皮箱内与金属、砂砾等直接接触时，车辆剧烈震荡及野蛮装卸时，都会使管材表面产生划痕，甚至裂纹），易使管材产生裂缝、划痕、裂纹，使用时管材划痕、裂逢处产生应力集中，而使管材爆裂（裂缝产生的应力集中取决于裂缝的锐度，锐度越大，应力越集中）。因此，在运输、搬运、施工过程中，一定要文明操作，按要求操作，避免抛、摔、滚、拖，不得剧烈撞击，不得与坚硬物碰撞，堆放高度不宜超过1.5m。2.2管沟开挖应符合标准，回填土要保证质量2.2.1管沟开挖应符合标准为了防止管道铺设在冻土层内，必须对当地的资料汇总后确定沟槽开挖深度。为了保证回填土时能按要求操作、夯实，避免管道及接口承受弯曲应力而破裂，还必须做到：（1）管沟必须平直，开槽的底部宽度不宜小于管外径加0.5m，且总宽度不得小于0.7m;（2）严格控制槽底深度，既不能过深，也不过浅。过深时必须用沙砾回填密实到规定深度。在土质坚硬的地方及遇到障碍物的地方，例如挖沟碰到石头等硬物时，施工者为了降低施工难度，或将沟挖成弯曲的、或弯曲半径较小、或不能保证沟槽的深度，这样易造成管道铺设后成弯曲状，使管材、管件及接头承插口受弯曲应力。送水升压时极易引起接头漏水或管材、管件破裂。2.2. 2预防冻土地基，避免管沟沉降冬季施工，要确保管道沟底位于末扰动的原状土上，或开槽后经回填密实地层上。如土壤含水量高、地基不密实来年温度升高，冻土融化，管沟地基下沉，导致管道下沉，引起管道弯曲和接头处受拉，产生额外应力，轻者使接头拔开漏水（漏水导致地基进一步下沉），重者使管材爆裂。所以，冬季管沟尤其是含水量高或松软处的特殊地层，要参考给排水管道工程施工验收规范执行，切不可认为管道地基无关紧要而忽视之。2.2.3回填土按规定进行埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程CECS17：2000规定，“回填土时先将管下支撑角范围内的肋角部分用砂砾土回填密实，其高度不得小于0.2dn。然后用砂土或符合要求的原土回填管道两则，每次回填密实后的厚度不宜小于100mm，不得大于200mm，且必须从管两则同时回填，夯实后再回填一层，直到回填至管顶0.3m 处”如果不按规程进行，随便将土尤其是冻土一次性填于管沟中，既不在支撑角内填砂料或填符合规定的原土，也不分层夯实，有如下后果：一是无法保证地基平实，造成管道局部弯曲，如2.2.2所述。如果地基上有硬物，在管道送水或运行中因流速变化或气体存在而使管道产生振动，硬物（如石块等）会与管子发生撞击，使管子破裂或逐渐磨穿。二是无法保证管道两则土壤密实，在管道振动或有热膨胀时，易发生侧移，造成管道弯曲，接头受力，导致管材或管件因承受巨大应力而破裂。因此，对管道回填土工作应予以高度重视，严格按规程要求进行，防止管道局部集中受力（管道接头是管材较薄弱部位，如回填质量不高，极易造成土荷载、水的重力荷载及其它荷载集中作用于承口部位，导致接口开裂，建议大口径管材接口部位挖工作坑如图2）。还应注意管沟两侧外负荷的不均匀（车辆、堆置物等）而引起地基下沉，必要时予以适当处理。2.3冬季管道的粘接应按规程进行PVC-U管材粘接剂，主要成分是聚氯乙烯的溶剂，其粘接原理是先将粘接剂涂抹在承口内表面和插口外表面，将PVC-U管表面溶胀或溶解，借助承插时的挤压力，将两个溶胀的表面挤压成一体。粘接剂中的溶剂极易挥发，挥发后使溶解的浅层表面重新成为硬质固体，基本不影响母体的强度，而又使粘接强度达到承压要求。胶粘剂的用量不宜过多或过少，少了不能保证严密或强度，多了则在承插后顺管材内壁或外壁流淌，腐蚀管材，使管材外壁或内壁变软，送水或升压时易从该处破裂。温度较低施工更易造成事故，因气温低时，粘接剂的挥发速度明显减慢，渗出相同量的粘接剂可造成更深的管壁浸渍深度，明显降低了该处强度。所以粘接管道时应严格按照规范要求进行施工，粘接剂的用量以承插到位后，接口边缘有少许粘接剂溢出为度，且要将溢出的粘接剂用布擦拭干净。在承口里涂胶时，要由里向外涂，以免胶粘剂流入管材或管件内壁。2.4管道的热胀冷缩PVC-U管材的热膨胀系数为0.07mm/(m)，比传统管材大。因此要注意因温差而引起的纵向变形，尤其是地表水作水源的输水系统。由于橡胶圈连接管道接口具有可伸缩性，可不考虑此问题，但是对于粘接连接的管材，特别是明敷管道，因为粘接后的接口是刚性的，无法胀缩，如不设置伸缩接头，膨胀或收缩所产生的巨大应力将作用在管材本身或管件上。经计算，对75200mm口径的水管，1215的负温差使管材受到纵向拉应力相当于管内承受着1.183.04Mpa的内水压力，这是非常大的应力，极易引起爆管，正确做法是在设计中加设活套接头。伸缩节数目应按照管线运行中的闭合温差，用以下公式计算。L= 0.07 Lt式中：L因温差产生的纵向变形，mm 0.07PVC-U管材的线膨胀系数（mm/m ） L管线长度，m t敷设与使用中内外介质的温度差，一般来说，伸缩节的距离不宜大于150米，伸缩量不宜小于12cm，当活套管的伸缩量小时，应增设伸缩节的数目。值得注意的是，与法兰短管的连接，应采用柔性连接，这是因为在众多的PVC-U管件中，PVC-U法兰是最容易因纵向拉力而破坏的。二、管道穿越河流 、铁路、公路 1、管道穿过河流时可采用管桥或河底穿越等形式，有条件尽量利用已有或新建桥梁进行架设。穿越河底的管道应避开锚地，一般宜设两条，管道内流速应大于不淤流速。管道距河底的埋设深度应根据水流冲刷条件确定，并均应有检修和防止冲刷的设计，安装完毕马上按设计要求回填，防止管道浮出管沟，对于地下水位较浅处必要时要进行浮力计算；对于管桥施工必须考虑温差引起的PVC-U管道的热胀冷缩及紫外线照射问题。2、PVC-U管穿越主要公路、铁路时应采用设防护套管的穿越方案，一般采用顶管法施工套管，但新建公路亦可采用明埋法施工套管。防护套管内的给水PVC-U管材拉入套管和运行时必须作相应的保护和固定，以防止塑料管与套管接触摩擦遭到损坏。三、与传统管道连接 塑料管材规格一般以管材的公称外径表示，与传统管材表示方法不一样，因此塑料管材与传统管材或阀门通过法兰或螺纹连接时，要对两者的法兰或螺纹进行对照，否则造成法兰中心孔距或螺纹不一致，无法对接。例如DN50mm钢管对应dn63mmPVC-U管材。 PVC-U管道与金属管道规格对照表 (GB)公称压力1.0Mpa 单位：mm塑料管道（mm）金属管道（mm）英制单位英寸法兰盘尺寸DD1bNDN螺栓dn20DN151/2956514414M12dn25DN203/4 1057516414M12dn32DN2511158516414M12dn40DN3211/416dn50DN4011/2𥍠dn63DN502״16512520418M16dn75DN6521/2𥍠dn90DN803״20016024818M16dn110DN1004״22018022818M16dn125DN1255״25021022818M16dn140、dn160DN1506״28524024822M20dn180、dn200、dn225DN2008״34029524822M20dn250DN25010״395350261222M20dn280、315DN30012״445400281222M20dn355DN35014״505460321622M20dn400DN40016״565515321626M24dn450DN45018״615565352026M24dn500DN50020״670620382026M24dn560、630DN60024״780725422030M27dn710DN700895840452430M27dn800DN8001015950452433M30注：D法兰外径; D1法兰孔距; b法兰片厚度; NDN法兰孔数孔径四、与检查井或蓄水池井壁连接PVC-U管材经常需要与检查井或蓄水池井壁预留孔连接，PVC-U管需做中介层，中介层作法：（1）PVC-U管材外表面擦拭干净，均匀涂上一层PVC-U胶粘剂；（2）在胶粘剂上撒一层干燥的粗砂（3）重复前两个步骤，一般涂三层可达到使用要求。待中介层固化后按一般传统管材做法与预留孔连接即可。五、环路铺设在环路上铺管时，可采用直管借转铺设，PVC-U管每个接口允许借转角一般取1º，具体方法是利用短管或增加双胀管，若弧度六、弯头、三通、附配件等受力处的处理按规程规定，PVC-U管道在水平或垂直转弯处，三通、管道端部和关闭的阀门处均应根据管内压力计算轴向推力，设置止推墩；管道上设置的阀门、消火栓、排气阀等附配件，其重量不得由管道支撑，必须设置混凝土或砖砌等刚性支墩，支墩应有足够的体积和稳定性，并用锚固装置将其上的附配件固定，当附配件可能产生轴向推力时，还应设置止推墩。设置止推墩的目的是为了将管道上述部位产生的不平衡推力抵消，否则这种推力就可能破坏管件和接头；对附配件予以支撑，一是为了避免管道承受附配件重量所产生的额外应力；二是为了在附配件发生震动、开启阀门以及安装拆卸附配件时，避免将震动和扭矩传递到管道上，而使管道破裂。对于大口经管道的支撑和止推墩，更应做好施工设计，不得随意应付。注：在坡度较大的地方安装管道时，由于夯实不好或土壤摩擦系数较小，土壤与管道之间的摩擦力不足以完全消除管道重量产生沿坡度下滑的分力，将会使坡顶接头承受压力、坡底管道承受推力，极易造成上部管道接头拔开或下部管道接头破裂，因此应分段对管道予以固定,设置防滑墩或其它结构，对露天安装在坡度较大地方的管道更需做好施工设计。七、泵房、阀门的操作及管线空气的排除因设计和操作不当引起的水锤和气锤造成的爆管，在爆管事故中占有相当大比例，其中气锤造成的又占绝大部分，尤其在农村和偏远地区，以前很少采用塑料管，缺乏设计和施工经验，加上供水压力不高，心存侥幸心理，发生事故的概率更高。因此，使用户弄清水锤和气锤产生的原因具有重大意义。水锤和气锤发生的根本原因是因为水和气体是可压缩，直接原因是管道中水流状态发生突变，导致管道中水压发生剧烈波动。现以（下图）最简单的输水管道说明水锤和气锤发生的原因。开泵送水时，从泵出口流出的水以很高的流速V1在管道中流动，当流至管堵处时，水流速度变为V0（值为0），水流的动能变为压力，使水或气体（如果管道中有未排除的气体）被压缩，当管堵处的压力高于其他压力时，水或气体就猛然膨胀，迫使该处的水回流，从而使管道中的内压力猛然上升，继而下降，水再次前流，达到一定压力时又回流，如此反复冲击，引起内水压起伏波动，这就是开泵水锤。当突然关闭泵出口阀或突然停泵（不关出口阀就停泵或断电）时，水泵出口流速突然下降，水流中断，前面水流在惯性作用下继续向前流动，导致其后部形成一定真空度或充满空气（如果系统能够能进气的话）的空间，造成水流分离，流向前方的水流将动能或势能（水流流向高处时）转变为压力后，由于其势能或压力高于断流处势能或压力，水流回击，使管内压力猛升，继而下降，反复冲击。流速越大，所产生的水锤和气锤冲击波也越大。由于气体的压缩系数较水大的多，所以气锤的冲击波较水锤的冲击波大得多，这就是关泵水锤。同样由于主干管上阀门的开闭，也会产生水锤或气锤。水锤或气锤又分为直接水锤或气锤和间接水锤或气锤。