塑料埋地排水管在国内外蓬勃发展

塑料埋地排水管

在国内外蓬勃发展

北京塑料工业协会张玉川2006-3塑料埋地排水管

在国内外蓬勃发展北京塑料工业协会张玉川2006-3推广应用化学建材是我国政府重要的产业政策

我国政府一直在大力推广应用化学建材,目的是节约资源和能源,保护环境,提高质量和效益,实现可持续发展.建设部通过发布‘推广应用和限制禁止使用技术’等文件为促进应用塑料管道做大量工作.例如218公告明确提出推广应用‘城镇排水塑料管道系统’和‘限制使用平口,企口混凝土排水管.’很多地区政府制定相应的规定,如上海98年就‘禁止使用铸铁排水管和水泥排水管’,目前中小直径范围几乎都采用塑料埋地排水管,04年已达4.6万吨.(全国05年塑料埋地排水管已过30万吨).塑料埋地排水管的优点在那？不泄漏—防止污染,保护环境;耐腐蚀,耐磨损,使用寿命长;良好的水力特性;铺设方便快速;优良的承受负载能力;柔韧抗地震性好;综合经济效益好.防止污染保护环境是

国家可持续发展的基础全球重视可持续发展,应用塑料埋地排水管日益增加首先是为了防止污染保护环境.欧洲近4亿人口每年应用塑料埋地排水管近130万吨.传统埋地排水管采用刚性连接不能保证不泄漏,.污染土壤和地下水是最难治理的.塑料埋地排水管本身有柔韧性,连接密封好(必然时可以焊接).CECS164对聚乙烯排水管闭水试验渗水量的要求<0.0046di比GB50268-97对混凝土管渗水量的要求严6-19倍!埋地排水管必须耐腐蚀耐磨损保证长期使用寿命埋地排水管必须保证50年以上使用寿命(国外提出要求100年).埋地排水管的寿命主要取决于耐腐蚀和耐磨损.塑料性能非常优越.,对绝大部分化学品如酸,硷,盐都不腐蚀(ISOTR10358)国内大量传统材料的埋地排水管因为腐蚀很快损坏,成为很多城市的难题.各种材料耐磨损性比较铺设方便迅速和良好的水力特性综合经济效益好柔韧,质轻,管段长,容易连接,塑料埋地排水管铺设方便快速.内壁光滑不易结垢,水力特性良好,通常可用减小直径和坡度达到同样流量.比管材价格,塑料埋地排水管通常高于传统管材;比综合经济效益,塑料埋地排水管常常优于传统管材,特别在中小直径.柔性管独特的管土共同作用

形成优良的承受负载能力柔韧的塑料埋地排水管能够承受很大的埋地负载吗?能够长期使用不变形不破坏吗?塑料埋地排水管属于柔性管,其承受负载的机理和刚性管完成不同.柔性管是依靠管土共同作用来承受负载,研究和实践证明在良好铺设下可以承受很大负载,用于很大埋深.在良好铺设下塑料埋地排水管的变形会很快稳定下来.由于粘弹性材料的应力松弛作用,塑料埋地排水管也不会蠕变破坏.塑料埋地排水管承受外压负载-

静负载和动负载静负载动负载总负载埋深米柔性管承受负载是依靠管土共同作用.管道承受上方压力负载发生变形,变形挤压两侧土壤,两侧土壤对管道作用侧压力,侧压力支承阻止管道的变形.周围土壤的密实度决定管土共同作用的成败.柔性管依靠管-土共同作用承受负载

刚性管是独自承受全部负载柔性管刚性管Spangler模型土壤压力分布公认的设计基基础-Spanger公公式CECS163管材/土壤的行为是是一个体积控控制过程（volumesteeredprocess）埋地柔性管承承受上方压力力负载发生变变形时,管道道的变形是和和管道周围土土壤的压实是是同时发生的的,管道周围围土壤可以进进一步压实是是管道变形的的必要条件.土壤被压实到到一定程度后后就不能再压压缩.如管道周围土土壤在铺设时时已经很好压压实,埋地柔柔性管承受上上方压力负载载就不可能再再发生变形,而不论承受受的负载的大大小.土壤被压实国内外标准塑塑料埋地排水水管容许变形形量标准中国国标GB50332中国工程建设协会CECS164欧洲prEN13476-3国际ISOTR7073美国塑料波纹管协会CPPA澳大利亚AS2566.1日本PE波纹管协会初始3.3%5-8%8%最终5%5%8-10%12.5%7.5%7.5%5-8%可见,我国现现行标准容许许变形量比较较小.限制变形是为为防止破坏连连接的密封性性塑料埋地排水水管可以达到到很大埋深‘‘土柱重’并没有有全部压到柔柔性管上由于土柱和周周围土壤沉降降不同

柔性性管负载能减减小;刚性管管负载能加大大作用的土压力力土拱的作用减减少了柔性管管承受的压力力美国国聚聚乙乙烯烯波波纹纹管管协协会会CPPA资资料料ASSHTOM252系系列列聚聚乙乙烯烯双双壁壁波波纹纹管管的的最最大大埋埋设设深深度度米米m内径毫米

环刚度Kpa

回填情况E’—土壤模量

E’6900Kpa

E’13800Kpa

E’20700Kpa

Ⅲ级（SM）标准监督密度90%

Ⅱ级（GW）标准监督密度90%

Ⅰ级（N/A）夯实的

2004.56.1m14.3m25.3m3006.48.820.735.44505.18.821.036.66004.48.820.435.49002.87.618.032.912002.28.519.836.6塑料料埋埋地地排排水水管管铺铺设设后后会会不不会会不不断断增增大大变变形形？？工程程界界担担心心：：变变形形长长期期不不断断增增加加。。正确确答答案案；；铺设设后后一一段段时时间间就就稳稳定定下下来来。。稳定定时时间间t-es可可能能小小到到零零，，也也可可能能较较长长，，一一般般不不超超过过2年年。。决决定定稳稳定定时时间间的的是是铺铺设设的的质质量量，，即即取取决决于于铺铺设设后后管管道道周周围围土土壤壤沉沉降降的的可可能能量量，，而而与与管管材材的的性性能能（（蠕蠕变变性性能能））无无关关。。铺设设交通通影影响响变形形是是时时间间的的函函数数变形形%经过过时时间间（（年年））t-es的定定义义是是以以后后100年变变形形量量增增加加不不超超过过1%t-es欧洲洲塑塑料料管管道道协协会会TEPPA大规规模模长长时时间间实实地地试试验验结结果果铺设设质质量量良良好好,不不论论管管材材材材料料(PVC,PE),也也不不论论环环刚刚度度高高低低,在在铺铺设设后后变变形形很很快快达达到到稳稳定定(有有5个个试试点点稳稳定定时时间间是是0),而而且且铺铺设设变变形形和和最最终终变变形形都都不不大大(最最终终变变形形范范围围从从-0.8%到到2.3%).反之之,如如果果铺铺设设质质量量不不好好,在在其其他他条条件件相相同同下下,结结果果就就完完全全不不同同.不不仅仅稳稳定定时时间间较较长长,而而且且铺铺设设变变形形和和最最终终变变形形都都较较大大(最最终终变变形形范范围围从从2.5%到到10.0%).情况结果CASE试点管材材料公称刚度kN/m2实际刚度kN/m2填埋原土铺设质量类型覆盖深度(米)初始平均变形%初始最大变形%最终平均变形%最终最大变形%t-100稳定时间(日)1PVC4.005.37砂砂良好1.15-0.50.00.01.00.02PVC4.005.37砂砂不好1.153.56.05.58.067.03PVC2.003.52砂砂良好1.15-1.00.00.01.00.04PVC2.003.52砂砂不好1.154.59.06.010.335.05PE6.007.00砂砂良好1.150.02.50.32.750.06PE6.007.99砂砂不好1.152.05.02.56.00.07PVC4.005.37砂砂中等1.900.51.52.33.512.08PVC4.005.37砂砂不好1.901.05.04.07.0422.09PVC2.003.52砂砂良好1.90-1.50.0-0.81.00.010PVC2.003.52砂砂不好1.903.08.05.811.0419.011钢4.005.37砂砂良好1.90-1.0-0.50.00.50.012钢4.005.37砂砂不好1.902.85.04.88.026.013PE6.007.99砂粘土良好1.15-1.0-0.52.03.538814PE6.007.99粘土粘土不好1.156.512.010.014.089715PE6.007.99砂粘土良好2.800.51.02.03.55.016PE6.007.99粘土粘土不好2.803.56.510.012.04122.0TEPPFA大规规模模长长时时间间实实地地试试验验结结果果塑料料埋埋地地排排水水管管长长期期承承受受负负载载下下会会不不会会发发生生蠕蠕变变破破坏坏？？工程程界界担担心心:长长期期承受受负负载载先先发发生生蠕蠕变变后后发发生生破破裂裂.正确确答答案案:和压力力管管不不同同,无压压的的无无埋埋地地排排水水管管通通常常不不存存在在蠕蠕变变破破坏坏的的危危险险.实际际应应用用和和试试验验研研究究都都证证明明无压压的的塑料料埋埋地地排排水水管管在在铺铺设设后后经经过过一一段段时时间间变变形形就就稳稳定定下下来来,在在使使用用寿寿命命期期间间处在在恒恒应应变变状状态态.(和和压压力力管管处处在在恒恒应应力力状状态态不不同同).塑料料是是粘粘弹弹性性材材料料.在承承受受恒恒应应力力状状态态下下会会发发生生蠕蠕变变.可可能能导导致致蠕蠕变变破破裂裂;在在承承受受恒恒应应变变状状态态下下会会发发生生应应力力松松驰驰(stressrelaxation).压力力管管承受受内内压压力力负负载载,管壁壁内内形形成成拉拉应应力力,变形形不不受受到到限限制制,长长期期恒恒应应力力,可能能蠕蠕变变导导致致的的破破坏坏.无压压埋埋地地柔柔性性管管承受受外外压压负负载载,变形形后后管管壁壁弯弯曲曲,形形成成弯弯曲曲应应力力,稳定定后后变变形形受受到到限限制制,长长期期恒恒变变形形,必然然发发生生应力力松松驰驰-应力力下下降降,不可可能能因因蠕蠕变变破破坏坏.拉应应力力压应应力力拉应应力力恒应应变变恒应应力力塑料料埋埋地地排排水水管管的的关关键键性性能能-环环刚刚度度塑料料埋埋地地排排水水管管承承受受外外压压负负载载的的性性能能指指标标是是环环刚刚度度.环刚刚度度的的定定义义和和测测定定方方法法由由标标准准严严格格规规定定.(GB/T9647-2003,等等同同ISO9969:1994)塑料料埋埋地地排排水水管管必必须须有有足足够够的的环环刚刚度度才才能能形形成成管管-土土共共同同作作用用,保保证证不不变变形形过过大大和和压压屈屈失失稳稳.公称环刚刚度分SN2、、SN4、SN8、SN16,常用SN4和SN8.参考意见见:建议尽量量选择较较高的环环刚度.注意选择择低环刚刚度不一一定经济济.埋地排水水管主要用结结构壁管管达到同样样环刚度度下结构构壁管可可以比实实壁管节节约材料料50-70%埋地排水水管用实实壁管经经济性差差,但也也有应用用。结构壁管管两大类类结构壁管管两种主主要成型型工艺——1,直接接挤出:双壁波波纹管,环状肋肋管(‘‘加筋管管’)等等.2,缠绕绕-熔接接A,全塑塑料:圆圆肋缠绕绕管(‘‘克拉管管’),内外平平壁缠绕绕管(‘‘双平壁壁管’)等.B,金属属增强缠缠绕熔接接管:如如埋地排水水用钢带带增强聚聚乙烯（（PE））螺旋波波纹管世界各国国应用最最广的结结构壁管管是双壁壁波纹管管。应用最广广的是直直接挤出出成型的的PVC、、PE或或PP双双壁波纹纹管缠绕成型型结构壁壁管的种种类多全全塑塑料的和和有金属属增强的的两类直接挤出出结构壁壁管-适用中小小直径优点:同同样直径径和环刚刚度下用用料较省省.整体强度度的可靠靠性比较较好.承插连接接比较方方便.缺点:一一次性投投资较高高,不容容易改变变产品规规格较适用的的范围:中小直径径,约到内径径1000毫米米。全塑料缠缠绕熔接接管-适合较大大直径优点:可以制制造很大大直径的的埋地排排水管.一次性投投资低,容易改改变产品品规格.缺点:同样直直径和环环刚度下下用料较较费.整体强度度的可靠靠性比较较差.较适用的的领域:较大直直径约约1000-2000毫毫米参考意见见:直径大于于2000毫米米的热塑性塑塑料管市市场有限限,成本过高高难和钢钢筋混凝凝土管和玻璃钢钢夹砂管管竞争.金属增强强缠绕熔熔接管用螺旋形形钢带增增强的塑塑料缠绕绕熔接管管,预涂涂塑钢带带经滚扎扎成波形形,包覆覆熔接(热态下下)在内内外塑料料层间。。钢带的高高刚性保保证环刚刚度，内内外聚乙乙烯保证证防腐蚀蚀.突出优点点是环刚刚度高,用材料料比较省省。直径800-2000毫米，，环刚度度10-16kPa塑料埋地地排水管管的材料选择择硬聚氯乙乙烯:优优点:弹弹性模量量高,成成本较低低,承口口易成型型.PVC-U缺缺点:加工性性差不宜宜做大直直径,抗抗冲击差差.高密度聚聚乙烯:优点:容易加加工,可可做大直直径,抗抗冲击好好.HDPE缺缺点点:弹性性模量较较低,共聚聚丙丙烯:优优点点:弹性性模量高高于聚乙乙烯,容容易加工工.PP-B缺缺点:弹弹性模量量低于PVC,抗冲击击低于PE南方地区区和直径径500毫米以以下采用用PVC较经济济,北方寒冷冷地区和和较大直直径范围围采用PE或PP更适适宜.聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯弹性模量E单位Mpa

≥3000≥800≥1250塑料埋地地排水管管的铺设柔性管依依靠管-土共同同作用承承受负载载，铺设设安装时时回填材材料的特特性和夯夯实程度度有重大大影响。国内外经经验证明明：铺设设的质量量常常是是埋地排排水管成成败的关关键！建议埋地地排水管管生产企企业要和和设计和和工程单单位密切切合作prEN13476-3塑料埋地地排水管管设计图图表说明铺设设的质量量对于变变形有决决定性的的影响推荐的设设计变形形限度SN2平平均初变变形5%SN4,8,16平均均初变形形8%环刚度KN/m2铺设初变变形此图表适适用范围围详见prEN13476-3不推荐的的中等的良好的塑料埋地地排水管管的产品标准准国际标标准：：prEN13476-1-2-3国家标标准；；GB/T18477-2001埋地地排水水用硬硬聚氯氯乙烯烯（PVC-U）双双壁波波纹管管。GB/T19472.1-2004埋埋地排排水用用聚乙乙烯（（PE）结结构壁壁管道道系统统第第一部部分:聚乙乙烯双双壁波波纹管管材GB/T19472.2-2004埋埋地地排水水用聚聚乙烯烯（PE））结构构壁管管道系系统第第二二部分分：聚聚乙烯烯缠绕绕结构构壁管管材即将公公布的的行业业标准准:CJ/TXXX——2006埋地地排水水用钢钢带增增强聚聚乙烯烯（PE））螺螺旋波波纹管管塑料埋埋地排排水管管设计施施工和和验收收规范范国际标标准：：欧洲标标准prEN13476-3欧洲标标准ENV1046中国工工程建建设标标准化化协会会标准准CECS122:2001室外外埋地地硬聚聚氯乙乙烯排排水管管工程程设计计、施施工及及验收收规程程。CECS264:2004埋地地聚乙乙烯排排水管管规程程技术术规程程注意:有些些地区区制定定了地地方规规范.北京市市工程程建设设标准准DBJ01-94-2005高密密度聚聚乙烯烯排水水管道道工程程施工工与验验收技技术规规程塑料埋埋地排排水管管用途途广阔阔排污水水管：把生生活污污水和和生产产污水水收集集和排排送到到污水水处理理场的的管道道系统统。排雨水水管；把雨雨水收收集和和排送送到江江河湖湖海