【doc】塑料埋地排水管的性能和理论分析

塑料埋地排水管的性能和理论分析第17卷第4期2009年8月安徽建筑工业学院自然科学版JOURNALOFANHUIINSTITUTEOFARCHITECTUREINDUSTRYVO117NO4AUG2009塑料埋地排水管的性能和理论分析王俊海安徽省产品质量监督检验研究院,合肥230601摘要从技术性能,经济分析等方面将塑料埋地排水管与传统管材进行了全面比较,发现塑料埋地排水管较传统管材有六点优越性能,塑料排水管道替代传统的铸铁管,钢筋混凝土排水管将成为一种趋势关键词塑料埋地排水管传统管材性能理论分析中图分类号TU992文献标识码A文章编号1006454020090405803THEPERFORMANCEANDTHEORYANALYSISOFTHEPLASTICUNDERGROUNDDRAINPIPEWANGJUNHAIANHUIPROVINCIALINSTITUTEOFPRODUCTQUALITYSUPERVISIONINSPECTION,HEFEI,230601ABSTRACTONALLROUNDCOMPARINGTHETECHNICALCAPABILITYANDECONOMYANALYSISETCBETWEENTHEPLASTICUNDERGROUNDDRAINPIPEANDTHETRADITIONALPIPEMATERIAL,THEPAPERSHOWS6ADVANTAGESOFTHEPLASTICUNDERGROUNDDRAINPIPEITWILLBEATENDENCYTHATTHETRADITIONALCASTIRONPIPEANDCONCRETEPIPEARESUBSTITUTEDBYTHEPLASTICDRAINPIPEKEYWORDSPLASTICUNDERGROUNDDRAINPIPETRADITIONALPIPINGMATERIALPERFORMANCETHEORYANALYSIS1塑料埋地排水管道的性能要求11强度和刚度从表面上看塑料埋地排水管的刚度不及混凝土排水管,特别是钢筋混凝土管但在实际应用中,因为塑料埋地排水管是属于“柔性管“,在正确设计和施工下塑料埋地排水管是和周围土壤共同承受荷载的,所以塑料埋地排水管不需要达到“刚性管“混凝土排水管一样的强度和刚度,就可以满足埋地使用中的力学性能的要求12水力特性塑料管由于内壁光滑,对于液体流动的阻力明显小于混凝土管实践证明,在同样的坡度下,采用直径较小的塑料埋地排水管就可以达到设计要求的流量在同样的管材直径下,采用塑料埋地排水管可以减少坡度,即可以减少施工的工作量,甚至减少中途提升泵站,节约系统长期运转费用收稿日期20090430作者简介王俊海1979一,男,主要研究方向为化学建材13密封性塑料管的连接比较可靠,而混凝土排水管在保证密封性方面是比较困难的国内绝大多数使用的平接口混凝土排水管在连接处就靠抹一圈混凝土,现场施工中很难保证不泄漏又因为是刚性的连接管道,管道稍有移动如常常难免的不均匀沉降,连接处就可能被破坏14使用寿命和耐腐蚀性使用寿命和耐腐蚀性能是塑料管最突出的优点,其耐老化性,耐候性可达50100年埋地排水管输送的生活污水和雨水常常带有腐蚀性,雨水流过地面常常溶入腐蚀性物质,或成酸性或成碱性生产污水和工业排水更是常常有强腐蚀性塑料埋地排水管的耐腐蚀性远胜于金属管,也明显优于混凝土管15铺设安装性能在辅设安装施工方面,塑料管的优越性更加第4期王俊海塑料埋地排水管的性能和理论分析59显着主要有以下优点重量轻,长度大,接头少可以有6M,9M,12M甚至更长的一根对于管沟和基础的要求低混凝土管一般需要做混凝土管道基础,连接方便,施工快捷混凝土的连接处需要养护,在城市拥挤地区,地质恶劣地区如地下水位高,地基松软,塑料埋地排水管在这方面的优点常常更为明显16综合经济性塑料埋地排水管的单价要比混凝土管略高,但国内外的实践经验证明,在正确的设计和施工条件下,采用塑料埋地排水管的总工程造价常常可以低于传统的混凝土排水管天津市市政工程研究院从1992年起对于PU双壁波纹管应用于埋地排水管进行了系统研究,他们的结论是“P,CU双壁波纹管各项性能完全能满足排水管道工程的要求,P,CU双壁波纹管排水管道的工程造价已低于或相当于钢筋混凝土管道的工程造价,而且施工速度快,周期短,工程质量易保证“据此测算,双壁波纹管的工程造价可与混凝土平口管的造价接近,比承插口混凝土管的造价降低304O,施工周期大大缩短,经济效益显着E2塑料埋地排水管道与传统管材的比较21技术性能比较传统的埋地排水管是指混凝土管,钢筋混凝土管和铸铁管,而大量应用的是钢筋混凝土管目前应用于城市埋地排水管的塑料管材大致有聚氯乙烯PVCU实壁管,聚氯乙烯PVCU径向加筋管,聚氯乙烯PVC_一U双壁波纹管,聚氯乙烯PVC_一U螺旋缠绕管,高密度聚乙烯HDPE实壁管,高密度聚乙烯HDPE双壁波纹管,高密度聚乙烯HDEP缠绕结构壁管,高密度聚乙烯HDPE钢肋复合螺旋管和玻璃钢夹砂RPM管等几种由于塑料埋地排水管属柔性管,而传统埋地排水管属钢性管,所以塑料埋地排水管与传统管材相比有很多优越性两种管材的技术性能比较见表1,从表1可以看出,塑料管技术性能的优于钢筋混凝土管_L2表L塑料管与钢筋混凝土管的技术性能比较22经济定性分析采用不同管材造成工程造价差异的主要因素有以下几方面基础处理,主材选择,管道通水能力FF径,安装过程的复杂程度包括施工机械,材料的场内搬运等221基础处理对造价的影响钢筋混凝土管采用混凝土条形基础,而塑料管采用砂垫层在相同管径,相同埋深时,混凝土条形基础需要开挖的深度大,养护时间长,开挖沟槽的支护复杂一般来说,混凝土条形基础较之砂垫层,总体工程造价会增加1O9/6左右由于钢筋混凝土管的自身质量大,管壁厚,其沟槽开挖宽度也较大,增大了土方量3222主材粗糙度,过水能力及水力坡降对造价的影响单从两种不同材料的单价来看相差较大,塑料管的单价约为钢筋混凝土管的25倍由于塑料管的内壁光滑,粗糙系数小,相同管径的过水能力比钢筋混凝土管大3O,因而水力坡降小Y50在定流量时,塑料管的管径一般可以比钢筋混凝土管小一级例如,某管段的排水设计流量为1732L/S,采用钢筋混凝土管,在充满度为045,坡度为0003时,应采用I300管而若用塑料管,只需DE250就够了因而,同流量时采用较小管径,是影响造价的一个方面同时,塑料管可以采用较小的水力坡降,对系统而言,可大大减少开挖深度,减少了土方量,同时也降低了污水泵提升扬程,减少常年运行的能耗这也是采用塑料管可平衡其主材价格高于钢筋混凝土管的重要原因E60安徽建筑X,_LK学院自然科学版第17卷223安装对造价的影响钢筋混凝土管道的施工工序如下开挖一地基处理一基础支护一混凝土搅拌,基础浇注一养护一管道场内运输及吊装定位一接口及养护一试水及回填塑料埋地排水管道的施工工序如下开挖一地基处理一砂垫层敷设一管道安装一接口一试水及加填从工序上看,钢筋混凝土管的基础处理较塑料管复杂得多除此以外,由于钢筋混凝土管的自身重量大,场内运输及吊装需采用大型机械,而塑料管采用人工搬运即可因钢筋混凝土管采用重型机械搬运,加之为刚性材料,其定额损耗为1,而塑料管则为0钢筋混凝土管采用水泥砂浆抹带接口或套环连接,塑料管采用橡胶圈接口或溶剂粘接,可见,塑料管接口省时省工,效果好,因各工序无需养护,缩短了建设周期,降低了工程造价L53塑料埋地排水管道承受荷载的机理一柔性管理论塑料埋地排水管属于柔性管,即在破坏之前可以有较大的变形混凝土排水管属于刚性管,即在破坏之前不可能有较大变形不超过9/62当埋在地下承受外压荷载时,柔性管和刚性管的机理完全不同当刚性管受外压荷载时,荷载完全经过管材壁传递到底部的管床上在管材壁内产生弯矩,用材料力学可以分析可以简化为一个弯梁在中央承受集中负载下产生的弯矩在管材的上下两点管壁内的应力是外侧受压,内侧受拉在管材的左右两点管壁内的应力是外侧受拉,内侧受压随着直径加大,管壁内的弯矩和应力急剧加大正比于直径的平方,所以大直径的混凝土排水管常常需要加应力钢筋当柔性管受外压荷载时,柔性管在破坏前先变形一横向外扩,如果在柔性管周围有适当的回填土壤,回填土壤阻止柔性管的变形就产生对柔性管的横向压力外压荷载就这样传递和分摊到周围的回填土壤中去从材料力学分析,柔性管在横向压力下管壁中产生的弯矩和应力正好和垂直方向外压荷载产生的弯矩和应力相反在比较理想的情况下,柔性管受到的荷载接近于四周均匀外压在荷载是四周均匀外压时,管材内只有均匀压应力,没有弯矩和弯矩产生的应力所以,同样外压荷载下柔性管管壁内的应力比较小,它是和周围的回填土壤共同在承受负载,工程上称之为管土共同作用4土柱重和周围土壤沉降的关系除了上述承受荷载的机理不同外,柔性管和刚性管相比还有另外的优点在埋地排水管辅设后,土壤在重力作用下下沉,柔性管因为容易变形,其上方的土柱部分比周围的土壤下沉多,土柱部分和周围土壤的摩擦力能减少土柱重对于管材产生的荷载如果土柱部分产生土拱作用,更能减少土柱重对于管材的荷载所以柔性管常常可以埋得很深,在设计时一般把管材上方土柱重全部计算为其荷载,实际上是保守的做法与此相反,刚性管在铺设后,土壤在重力下下沉,因为不变形,其上方的土柱部分常常比周围的土壤下沉小,土柱部分和周围土壤的摩擦力能增加土柱重对于管材产生的荷载总之,柔性管就是依靠它的柔性,把大部分荷载转让给了周围的土壤由于柔性管依靠的是管,土的共同作用,所以柔性管铺设时对沟槽回填材料和回填土的密实度要求高E引5结束语通过对塑料埋地排水管与传统管材进行的全面比较,可以看出塑料埋地排水管的明显的优势,其替代传统的排水管已是大势所趋目前塑料埋地排水管在国外己经得到广泛的应用,近年来在国内也开始大量地被采用参考文献1刘伯元,冯立新国产直接挤出成型大口径