玻璃钢夹砂玻璃钢管

本帖最后由 ghygxy 于 2010-6-30 18:22 编辑

玻璃钢夹砂玻璃钢管在

给排水领域应用优势分析

近十年,我国给、排水行业发展迅速。每年新增水厂约150座,供水能力约750万M3/d,新增供水管道约1万公里,同期,城市污水设施逐年增加,每年新增排水管道约6000KM。据资料介绍,我国现有中小口径给水管道近80%是铸铁管,大口径管道多采用预应力钢筋砼管和钢管,由于材质、接口、施工及日常维护等原因,我国给水管道漏损、爆管事故率平均为0.5-0.6次/(a.km),据测算每年因供水管道漏损和爆管造成的损失达3-5亿元。

一、各类管材在给排水行业应用比较及应用现状。

第一大类:砼管。主要有预应力钢筋砼管、钢套筒预应力钢筋砼管、自应力钢筋管和一般砼管。

一般砼管因强度低,接口不易做好,只能用于口径为300mm的管,并只能在承受压力较低的地段放设。预应力钢筋砼管因价格较低能承受一定的压力,宜用于输水量小于23万M3/d 的输水管。但因配件不全,接口尺寸不精确造成渗漏及不能承受较高压力等原因,不宜继续用于输配水管网,并应将质量较差的管道逐步更新。为克服预应力钢筋砼管(PCCP)管生产技术,由于管身中央有1-2MM厚的钢板可保证其不透水性,其接口采用钢环承插口,橡胶圈止水防漏,但也存在重量重,安装不方便,费用高等特点。

第二大类:铸铁管。灰口铸铁管是以往应用最广泛的管材,但因质脆、

易爆管、接口麻烦及内壁结垢等原因,国外已逐步淘汰,

球墨铸铁管是以镁或稀土镁合金球化剂在浇注前加入铁水中,使石墨球化,应力集中降低,使管材具有较高的强度和延伸率。同口径管道壁厚为灰口铸铁管的1/2,抗拉强度接近焊接管。抗腐蚀性比钢管高3-4倍。但仍存在内壁易结垢,流阻变大,运行费用高等缺点。

第三大类:钢管。钢管具有较好的机械强度,可承受较高的外压和内压。适应性强,但按其性能,极易腐蚀,不宜埋地用作给排水管。钢管做内外层防腐及电化学保护,不但费工费钱,且不易做好。

第四大类:硬聚氯乙烯管(UPVC管),这类管的优点是加工安装方便,不结垢、无毒、质轻及表面光滑。但大部分管材质脆,不耐外压及冲击、膨胀系数大是其弱点。仅适用于室内给排水管及埋入受压力较小的庭院内,不宜直埋城市道路行车道下。

第五大类:复合材料管,主要有纤维缠绕玻璃钢管(FRP管),纤维缠绕夹砂玻璃钢管(RPMP管)和离心浇铸砂浆管(HOBAS管)为代表,这些管道都具有重量轻、耐腐蚀、内壁光滑不结垢,接口不渗漏、不会破裂、增加供水安全可靠性、施工方便的特点。纤维缠绕玻璃钢管承压强度高,但刚度较低,价格较高,在化工领域具有较强的优势。离心浇铸砂浆管(HOBAS管)由于主要是树脂、砂浆构成并加以短切纤维增强,由于强度是靠短切纤维提供,较纤维缠绕玻璃钢管强度要低,压力一般在1.6MPa以下,同时,内壁光滑度较另两种管材要差一些,由于每根强度不超过6M,接口多,纤维缠绕夹砂玻璃钢管是靠连续纤维缠绕层提供强度,并加入树脂砂浆提高刚度,同时具备了强度高、刚度高的优点,且成本低,三种管材中,纤维缠绕夹砂玻璃钢管在给排水领域最具有发展前途。

表1 各种管材的性能的比较

二、 纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术性能特征。

(一)

1.轻质高强:采用纤维缠绕生产的玻璃钢管道,其比重在

1.65-2.0g/cm3,只有钢的1/4,但玻璃钢的拉伸强度近似合金钢,因此其比强度(强度/比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内外压要求的管道。对于相同管径的单位长度重量,FRP管只有碳素钢(钢板卷管)的1/5,铸铁管的1/8,预应力砼管的1/2,这个优点对大口径管道来说,尤其受到运输、现场施工的欢迎。同时降低了吊装费用,提高了安装速度等好处。

2.耐水耐腐蚀性能好。玻璃钢管道的耐腐蚀性能优良,在石油、电力、冶金、医药、食品酿造等到行业得到广泛应用。应用玻璃钢管道减少了防腐费用,延长了使用寿命,由于不生锈,使输水水质不受污染。

3.水力特性好。这一特性在给排水领域应用尤为突出。缠绕夹砂FRP管具有比较光滑的内表面,因此其水力特性好,六种管材的内壁平均绝对粗糙度对比见表2,通过各种计算途径,可以从下列三个方纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术特

面之一显示水力特性好的收益:

3.1 节省管网泵送费用。对于相同口径的管网,玻璃钢管节省泵送费用(30%-40%)。

3.2减小管径尺寸。对于输送相同流量,采用夹砂缠绕玻璃钢管道,管径可以减少(10-25%),从而节省投资费用。

3.3缩短泵送时间,尤其适用于集中用水或间隙用水的情况,节省1/3的泵送时间和费用。

缠绕玻璃钢管道内壁光滑不但新生态*滑的,而且使用相当年后,内壁仍然光滑如初,而且不结垢。据美国《建筑塑料》杂志第九卷12期报道,1983年美国检查其使用了28年的缠绕FRP管,发现其内壁仍然很光滑,因此国外将FRP管称为“水力学光滑管”,并且认为,埋于地下的FRP管使用寿命可超过50年。

3.4 FRP管长期输水不结垢,无需清污,保护层使水质不受二次污染,适用于输送饮用水。由于防腐性能好,还能用于输送污水、泥浆、海水等介质。

表2 常用管材的平均绝对粗糙度

三、FRP管道的综合经济效益分析

(一) FRP管道的沿程阻力最小,泵能耗最低。

管道的流体输送阻力大小直接关系到泵的动力能耗和输送机械的选择,它既与经常操作的费用有关,又与设备投资有关。因此管道的沿程阻力是评价及选定管道的主要因素之一。

流体沿管壁流动引起沿程阻力损失H可用下式一表示:

L V2

H=

×

D 2g

式中:L、D分别为管道长度和直径(m),V为流体平均流速(m/s),g为重力加速度(m/s2),λ为沿程阻力系数,它与流体形态区域有关,取决于雷诺准数Re和管壁相对粗糙度K/D。

流体的流速V和雷诺准数Re可分别用下式计算:

Q DVρ 1.273Qρ

V= Re= =

πD2/4 M Dμ

(式中μ为液体的粘度,ρ为液体的密度)

流体沿程阻力系数λ可在莫迪图中查出,铸铁管的绝对粗糙度K=0.26,玻璃钢一般K=0.01,下面举例计算,已知:管道内径D分别为DN300,DN500,DN600的FRP管,铸铁管输送流量Q分别为

16m3/min,45m3/min,60m3/min,已知H2o的粘度1.005×10-3Pa.S,密度ρ=1000kg/m3,其沿程阻力见下表。

表3 两种管道的沿程阻力比较

泵输送液体所耗功率P用Bemou.UI方程计算。

L V3

P=λ·

·

·ρ·Q/102

D 2g

式中L为管道长度,我们这里计算1KM的管道沿程阻力即

L=1000M。设泵每年连续运转8000小时,工业电费0.5元/KW·h,1KM的管道能耗费用见表4。

表4 长度为1KM的管道的泵能费用

(二)FRP管与铸铁管的投资费用比较:

从上面的比较我们可以看出FRP管节能的优越性,这里我们 从节省投资费用方面进行分析。

计算FRP管的压头损失还可以用Hazen-Williams方程,该方程适用于湍流,对于玻璃钢管路的压头损失比较保守。很多人喜欢用简化

的Hazen-Williams方程。

Hf=[42.7Q/(C)(d2.63)]1.852

Hf-压头损失或摩擦损失,d-管直径

C - Hazen-Williams粗糙度系数

对新FRP管C=160-165,用C=150是比较保守的,

新的铸铁管C=100

泵耗P=QρHf

当流量相同,压力损失相同,即泵耗马力相同

时,推导出管直径d=0.85d铁。从而我们得出结论:FRP管因为具

有优越的水力特性,在选择输送流体管道时,选用FRP管要较选用铸铁管要低一个口径规格,即如铸铁管直径选用DN800mm,则选用FRP管可选取用DN700mm.

从表5中可以看到,FRP管价格仅为球墨铸铁管的3/4,前面我们已经讲过,FRP管规格选择时,d(frp)=0.85d(铸铁),选择FRP管仅管材价格就比球墨铸铁管节约大量投资。同时,球墨铸铁管每根6米,而FRP管每根12米,一方面接头数较球墨铸铁管少一半,不仅接头费用节省,而且安装速度加快,可以缩短工期,节约安装费用。再者FRP管重量轻,仅为铸铁管的1/4,现场安装不需吊装,即可以省掉一笔吊装费用,而且还能加快安装速度,缩短工期。

表5 FRP管与球墨铸铁管投资费用比较

以1000米有效长度管路为例,球墨铸铁管规格选用DN800,FRP管选用DN700,两者投资费用的比较如表6

表6

FRP管与球墨铸铁管初期投资费用比较

说明:

1.吊装费用按5.76元/m。

2.FRP管安装费用按管材价格8%收取,不包含挖填沟土部分。

四、简述:

1. 玻璃钢管具有钢的强度,不锈钢的耐腐性能,优于塑料管的 水利特性。

2. 玻璃钢管优良的流体性能可较铸铁管、钢管降低一个规格选 用,从而节省投资。

3. 玻璃钢管可选范围广,可以根据施工条件设计,刚度有SN5000、SN7500和SN10000三档,内压有0.2 MPa 、0.6Mpa、1.0Mpa、

1.6Mpa、2.0Mpa和2.5Mpa五档。

4. 玻璃钢管接头少,重量轻,不需吊装,安装速度快,费用低。 玻璃钢管道不对水质污染,可用于给水和排水。

玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管介绍:

玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管以其优异的耐腐蚀性能、水力性特点、轻质高强、输送流量大、安装方便、工期短和综合投资低等优点,成为化工工业及排水工程的最佳选择。它具有其它金属管材无法比拟优越性,主要具有以下特点:

【优良的耐腐蚀性能】

产品选用耐腐蚀极强的树脂,拥有极佳的机械性质与加工特性,在大部分酸、碱、盐海水未处理的污水,腐蚀性土壤或地下水及众多化学物质的侵蚀。

【耐热耐寒性能好】

在-30℃状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在-50℃-80℃的范围内长期使用,采用特殊配方的树脂还可110℃时使用。

【耐磨性能好】

玻璃钢管的耐磨性能是非常好的,试验证明:把含有大量泥浆、沙石的水,装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经30万次旋转后,检测管子内壁的磨损深度如下:用焦油和瓷油涂层的钢管为0.53mm;经表面硬化处理的钢管为0.48mm;玻璃钢管道为0.21mm,由此可以说明玻璃钢管的耐磨损性能十分强。

【保温性能优】

由于玻璃钢产品的导热系数低,因此其保温性能特别好。

【固化后防污抗性】

在使用过程中不结垢、不生锈、不会被海洋或污水中的贝类,菌类等微生物玷污蛀附。

【比重小、重量轻】

采用纤维缠绕生产的夹砂玻璃钢管,其比重在1.65-2.0,只有钢的1/4,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180-300MPa,轴向拉伸强度为60-150MPa,近似合金钢。因此,其比强度(强度/比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内、外压力要求的管道。对于相同管径的单重,FRPM管只有碳素钢管(钢板卷管)的1/2.5,铸铁管的1/3.5,预应力钢筋水泥管的1/8左右,因此运输安装十分方便。

【接口少,安装效率高】

管道的长度一般为:6-12m/根(也可以根据客户的要求生产出特殊长度的管道)。单根管道长,接口数量少,从而加快了安装速度,减少故障概率,提高整条管线的安装质量。

【机械性能好、优良的绝缘性能】

管道的拉伸强度低于钢,高于球墨铸铁管和混凝土管,而比强度大约是钢管的3倍,球墨铸铁管的10倍,混凝土管的25倍。此外,它的导热系数只有钢管的1%,具有优良的绝缘性,适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区。

【水力学性能优异、节省能耗】

夹砂玻璃钢管具有光滑的内表面,适用于大口径(≥φ500mm)输水管道的特点,磨阻系数小,水力流体特性好,而且管径越大其优势越明显。反之,在管道输送流量相同的情况下,工程上可以采用内径较小的夹砂玻璃钢管代替,从而降低了一次性的工程投入。夹砂玻璃钢管道在输水过程中与其它的管材相比,可以大大减少压头损失,节省泵的功率和能源。 【使用寿命长、安全可靠】

夹砂玻璃钢管设计安全系数高。据实验室的模拟试验表:一般给水、排水夹砂玻璃钢管的寿命可达50年以上,是钢管和混凝土管的2倍。对于腐蚀性较强的介质,其使用寿命远高于钢管等。 【设计灵活、产品适应性强】

夹砂玻璃钢管道可以根据用户的各种特殊的使用要求,通过改变设计,制造出各种规格、压力等级、刚度等级或其它特殊性能的产品,适用范围广。 【运行维护费用低】

由于玻璃钢产品本身具有很好的耐腐蚀性,不需要进行防锈,防污,绝缘,保温等措施和检修,对地埋管无需作阴极保护,可节约大量维护费用。 【工程综合效益好】

综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能节钢等多种因素形成的长期性,玻璃钢管道的综合效益是可取的,特别是管径越大,其成本越低。当进一步考虑埋入地下的管道可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益。

产品性能介绍: 【高强度】

抗外载能力强,玻璃钢夹砂管可直接用于行车道下直埋,不需构筑混凝土保护层,能加快工程建设进度,因而施工费用大大降低,具有显著的社会经济效益。 【耐腐蚀】

经过专门设计的玻璃钢夹砂管能够抵抗酸、碱、盐、未经处理的污水、腐蚀性土壤和地下水等众多化学流体的侵蚀,经传统管道的使用寿命长,其设计使用寿命达到50年以上。 【阻燃、耐热抗冻性好】

玻璃钢夹砂可在—20℃—100℃长期使用而不变形。 【电绝缘性能好】

无涡流损和电腐蚀‘节能,DN200以下玻璃钢管适用于电缆敷设;载流量大,热阻小,对电缆的正常运行无任何不利影响。 【柔性系统】

管材有柔性,再配以挠性接头,能低御外界重压和基础沉降所引起的破坏。

【光洁度高】

玻璃钢夹砂管内壁直接与模具接触,表面非常光滑,无毛刺。 【施工安装快捷方便】

玻璃钢夹砂管采用承插式的连接方式,方便安装连接;接头处采用双O型橡胶圈,适应热胀冷缩。

【自重轻、运输安装方便】

玻璃钢夹砂管的重量只有钢管的1/4,混凝土的1/5。安装施工简捷方便,能大大缩短施工周期,降低安装费用。同时又可避免道路开挖暴露时间过长,影响城市交通秩序等问题。 【规 格】

内管直径:DN50mm-DN2000mm

玻璃钢夹砂管

【长度】

2m、4m、6m、12m

【压力等级】

0.2Mpa,0.6Mpa,1.0Mpa,1.6Mpa,2.5Mpa

玻璃钢夹砂管的特点

发布时间: 2009-9-7 浏览:3264次 正文字号:【大 中 小】

2、玻璃钢夹砂管的特点:

2.1 轻质、高强、高刚度:玻璃钢夹砂管有内衬层、缠绕层、树脂砂浆层和外防腐层组成,它的比重为1.7-2.1,为钢管的1/5,铸钢管的1/4,预应力混凝土管的3/4。由于在树脂砂浆层的两侧有纤维缠绕增强结构,该层的纤维含量为70%,完全可满足管线的强度要求。另外,由于树脂砂浆层处在缠绕增强层中将的低应力去,在不降低强度的情况下大大提高了管子的刚度。

2.2 防腐性能:玻璃钢的夹砂管的耐腐蚀性主要依赖于内衬层树脂的耐腐蚀性,而内衬层可以根据介质条件的需要选择不同牌号的树脂。玻璃钢夹砂管的内衬层是采用纤维增强了富树脂层,树脂含量达80%,可以保证管子防腐蚀、防渗漏。

2.3 水力性能优良:玻璃钢夹砂管内表面非常光滑,糙率系数小,不但新品是光滑的,而且使用若干年后,内壁仍光滑如初,无海藻等水生衍生物附着。水利系数C可长期保持在145-150范围内,经测试其水流摩阻损失系数f为0.000915,比混凝土管(f=0.00232)和钢管(f=0.00179)能显著减少沿程压力损失,提高输送能力20%以上。因此,在输送能力相同时,可选用内径较小的玻璃钢夹砂管,从而降低工程的一次性投资。

2.4 玻璃钢夹砂管的卫生性能:玻璃钢夹砂管道所用的原材料是不饱和聚酯和玻璃纤维通过一定工艺制作而成的,管道的内表面非常光滑,而且巴氏硬度在40以上,不饱和聚酯树脂本身通过了国家卫生防疫部门的认证,玻璃钢管道成品也通过了国家卫生防疫部门的检验,所以玻璃钢夹砂管道完全可以满足饮用水卫生标准,而且在国内已有20多年的实例。

2.5 抗震性能:由于玻璃钢夹砂管道介于刚性管和柔性管之间,所以它的抗震性能较好,在较强外力下不会出现变形、破坏,这是因为玻璃钢管道的变形在25%时,不分层、不裂纹。

2.6 耐磨性能:玻璃钢夹砂管道内表面采用耐磨性能高的树脂,可以大大改善产品的耐磨性,从而提高了产品的使用寿命。

2.7 耐低温性能:玻璃钢夹砂管可以在-40摄氏度不冻裂,管道的强度不降低。

2.8 环境适应性:玻璃钢夹砂管可适用于各种环境,如:海滩、海底、河流、山区、沼泽、沙漠和平原等,具有安装快捷、运输方便使用寿命长等特点。

3、玻璃钢夹砂管的规格 3.1 常用压力等级

3.2 常用刚度等级刚度SN(N/m²)2500N/m²、5000N/m²、10000N/m² 3.3 公称直径ф25-4000以内的系列管道

3.4 单根长度;夹砂玻璃钢管道的单根长度一般为12米/根以内的任意长度。

3.5 连接形式:该夹砂管道的连接形式有双密封”O“型胶圈承插连接、法兰连接、对接和承插胶接灯连接方式。

3.6 管件:为保证管道及管线能够满足多种连接形式,我们还配有符合GB、JB、HG、DIN等多种标准的法兰配置以及三通、变径、人孔等管件 3.7 玻璃钢夹砂管道的主要性能指标: 1)内表面糙率系数:0.0084

2)巴氏强度:大于40如需特殊压力级别和刚度级别,也可另行设计。

玻璃钢夹砂管的施工方法(1)

发布时间: 2009-9-25 浏览:3210次 正文字号:【大 中 小】

1、柔性轻质

玻璃钢夹砂管是一种复合材料构成的柔性管材,有弹性, 易变形。管材密度为118~211t / m3 , 管壁厚度一般是管径的1/ 50 左右。 2、高强低硬

玻璃钢夹砂管的强度远高于钢管, 但其刚度、硬度略逊于钢管, 这就对埋深和回填材料有一定的局限性。 3、耐腐蚀性好

玻璃钢夹砂管使用寿命长达50 年以上, 且不需做任何防腐处理, 可以抵御不同条件下酸、碱腐蚀,同时也提高了安装进程, 降低了工程量。 4、接头少、密封性好

每根管道长12m (标准长度) , 因此减少了泄漏点, 同时采用双“O”型密封圈, 因此密封可靠, 可边安装边试压。 5、易于修补

玻璃钢夹砂管可以切割、粘结、包裹等, 现场开眼、封堵, 制作弯头、管件等施工非常便利。

玻璃钢夹砂管装卸、运输、存放 1、装卸

因玻璃钢夹砂管硬度较低, 故装卸时的吊装绳应选用柔韧、较宽的吊带或绳, 严禁用钢丝绳、铁链等吊装管。管道的起吊可采用一个或两个支撑点, 但应保证管道在空中均衡, 不可将吊带(绳) 贯穿其两端, 以免勒坏承插口。吊带(绳) 在吊装其他物品时要注意保护, 特别是吊装开有坡口的钢管时不可将吊带(绳) 贯穿其两端, 这样容易割断吊带(绳) , 造成事故。 2、运输

管道运输时严禁磕碰, 不同直径的管道可以套在一起运输, 但两管之间必须用草袋或厚纸板隔开。卸管时不可将小管直接从车上拖下来。管道如数层叠放, 每层之间要有托架。 3、存放

玻璃钢夹砂管是柔性复合材料, 要求堆场场地平坦, 场地内不可有尖锐石子, 不可滚动, 同时也不宜长时间在日光下曝晒, 容易加速老化。

1、布管

布管工作是从堆放地点将标准定长的管道及管件沿已开挖的沟槽顺线排开。有时为了减少二次搬运的费用, 也可采用运输和安装同时进行的方法。布管工作所遵循的原则是, 将每根管沿沟槽摆放,摆放时应非常注意将每根管的承口方向朝向设计水流方向的反面。 2、管道的连接 3、密封圈承插口连接

连接时一般应逆水流方向连接, 连接前在基础上对应承插口的位置要挖一个凹槽, 承插安装后, 用砂填实。

连接时再检查一遍承口和插口, 在承口的内表面均匀涂上润滑剂(非石油产品, 如动植物油) , 然后把两个“O”型胶圈分别套在插口的凹槽内, 并涂上润滑剂。

管道连接时需采用合适的机械辅助设备, 对于大口径管, 在插口端将管道吊离地面, 以减少管道与地面的磨擦。如不用吊车, 也可以人工安装, 首先将抱箍分别套在最后安装和将要安装的两条管上,然后用两个手拉葫芦对称地将两个抱箍连起来, 最后两个人均匀一致发力, 将要安装的管拉进承口。 为防止把已安装好的管拔出来, 一般将两三条管用拉码连为整体。直径116m 以下的管道, 挖掘机一般能直接吊起, 在现场合理安全地使用挖掘机, 可以有效减少安装机械台班。在使用挖掘机作为顶进设备时, 一定不要采用起臂的方法进行顶进, 而应向前缓慢转动挖掘机的斗, 机斗与管口之间必须垫枕木。

4、对接包缠连接

由于受制作和安装精度的限制, 有些情况下, 要求在施工现场把标准长度的玻璃钢夹砂管和管件切成所需长度的短管和附件。有时多点开工, 当两管路碰头时也时常会遇到类似的情况。在这种情况下, 对接包缠连接是一种最佳选择。包缠连接涉及到技术专利, 一般由玻璃钢夹砂管厂家派人在现场制作。 5、管道借转

玻璃钢夹砂管线对于垂直和水平方向的缓慢转弯, 可以借助于承口与插口之间允许借转的角度来实现, 有助于其水利特性的发挥, 可以减少水头损失, 减少管道弯头的数量。管路允许用的转角、几

何半径由有关规范确定; 在管沟开挖之前就应考虑借转角, 在实际施工之中, 对于垂直借转的时候,还应当考虑由于地基沉降而占用的借转角, 因此实际借转半径应比计算值大一些。 6、接头打压

管道安装前在承口上位于两胶圈之间的位置上,钻一个打压孔(也可委托厂家在出厂家前钻孔) , 安装完每一节管后用手动打压机打压。打水压至115倍管路工作压力, 每一道承插口均应以10min 的时间保压, 以确认不泄漏, 打压完毕用镀锌螺栓封堵。 玻璃钢夹砂管回填 由于玻璃钢夹砂管属柔性管, 要使其发挥正常的作用, 必须在施工之中强调回填的重要性, 使得管道和土壤之间形成一个良好的作用体系。玻璃钢夹砂管道的挠曲变化是评估埋设的柔性管道回填质量和使用性能的一个重要指标。管道两侧回填料所提供的反力, 取决于回填质量, 从而影响到整个管道的应力一应变状态, 这一点必须引起施工单位的重视。

玻璃钢夹砂管道的施工, 应尽量使基槽开挖、管道安装和回填连续进行, 尤其是安装完毕后的管,应立即回填, 以防止浮管。

大多数粗粒土可用作管道基础材料和管区回填材料, 在离管道150mm 以内, 不得有直径大于25mm 的岩石或坚硬土块。管区(规范将垫层面至管顶上300mm 以内称为管区, 其上为非管区。管区下部70 %管高部分为主管区, 上部30 %管高为次管区) 回填料必须与管沟的自然土壤相协调, 以防止管沟中的自然土与回填材料相互迁移。沟槽回填之前应排除沟槽的积水。首先将管道两侧拱腋下均匀回填, 然后在管道两侧同时进行分层夯实, 夯实密实度至少为90 %以上, 以形成完全支持。 主管区回填每层厚度200mm , 密实度大于90 %; 次管区用较干的松土回填, 不能重夯, 只能轻夯, 密实度大于80 %。在此以上的回填土夯实程度根据情况而定, 具体内容参阅相关规范。 回填质量的控制

回填土的侧面支撑程度, 即回填的密实度, 是决定玻璃钢夹砂管道回填质量好坏的指标, 一般来讲, 玻璃钢夹砂管道的施工控制, 是依据土壤条件和采用不同的压实机械, 回填后控制每根管道挠曲变化, 通过施工回填后垂直于地基方向的直径变化,所得的数据以确定回填是否合格。 挠曲值的测量

径向变形应在管沟回填至地面约24h 后予以测量。变形量是用棒状测定仪在直管的中心处, 垂直方向测定, 在测定时, 要用记号笔标示。通过测量径向变形来检查管道铺设工作完成的好坏, 对于检查管道基础和回填夯实的程度尤为重要(一般一根管至少测量三处, 要求最大的变形量不超过规范和设计要求) 。

计算径向挠曲量: 挠曲值( %) = (实际内径-安装后垂直内径) / 实际内径×100 %。 管道回填应注意事项

在管沟回填过程中, 应保护管道免受下落石块的冲击、压实设备的直接碰撞和其它潜在的破坏。玻璃钢夹砂管是脆性材料, 抗冲击力很小, 一旦遭到冲击的破坏, 很容易受损坏, 出现内衬部分的裂纹, 以致引起泄漏。

在管顶覆土300~500mm 以上时, 才允许直接使用滚压设备或重夯, 但应取得厂家允许或给出相应的覆土厚度。

应在左右对称的情况下进行管道回填, 不对称的回填, 容易导致管道偏移。

常见的浮管现象及预防办法 1、雨水浮管

施工时密切注意天气预报, 尽量避免雨天施工, 管道安装好后应及时回填, 下班时不可将管口堵死。

若沟槽回填达不到设计标高, 下雨后要值班抽水, 控制沟槽积水。 2、地下水浮管

玻璃钢管管腔回填一般用粗砂或石粉渣, 这类填料对管道磨擦下, 若管顶覆土不够, 很易浮管。预防办法: 在不能一次回填到设计标高的情况下, 可按地下水渗水量大小, 每隔一段距离就设一集水井降水。在对砂或石粉渣进行灌水密实时, 不可一次灌水范围太大, 同时也要加强排水。 3、抽水浮管

沟槽积水时间过长, 抽水时浮浆或未密实的石粉渣回落, 可拱起管道。预防办法: 放缓排水速度, 水位降过管顶后可在管道上临时覆土。管道浮起后先用人工清除管腔回填物, 使其自然回落, 严禁用挖土机压管。浮起严重的要拔出重新安装, 安装前要仔细检查管口和胶圈有无受损, 凡浮起过的管回填前必须再次打压, 合格后方可回填。玻璃钢夹砂管在装卸、保管、回填等环节比其它管材要求严格, 但因它有质量轻、单位长度长、安装方便的优势, 其它管材无法比拟, 故只要严格按规范和设计施工, 可以有效降低施工成本, 缩短施工工期。

大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术

摘要:介绍了上海浦东新区张江集镇1#、2#(合建)泵站的雨水进水管,管径DN2700和DN3000的大 直径顶管以及管径DN1800的曲线顶管在复杂环境下的施工技术,由于施工措施合理,使顶管精度达到 规范要求,顺利贯通,为类似工程施工积累经验。

关键词:排水工程;大直径顶管;曲线顶管;施工技术;施工措施;上海市浦东新区 摘自:城市道桥与防洪.2005.第6期

1 工程概况

某雨水泵站工程包括雨水泵站和雨水管道两部分。雨水管道有高科路东端工作井到泵站的DN2700顶管,西北方向高斯路的

1接收井到2工作井的DN1800曲线顶管、西南2接收井到2工作井的DN2400顶管,2

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工作井到1工作井的DN3000顶管和1工作井到泵站转折井的DN3000顶管(详见图1)

2 工作井施工 2.1 施工顺序

该工程按照设计图纸,结合现场实际情况决定各工作井施工顺序为先逆作法施工1工作井,再逆作法施工2工作井,最后逆作法施工2接收井,1接收井属原井改造,泵站转折井随泵站施工完成。顶管施工顺序为:从1工作井先顶进DN3000管,穿越马家浜进入2工作井,再从2工作井顶进DN1800曲线段,再从2工作井顶进DN2400管进入2接收井,最后从1工作井顶进DN3000管,进入泵站的转折井。 2.2 工作井基坑SMW工法桩围护施工技术

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工作井为圆形井,基坑内径Φ10.6m,开挖深度13.62m,SMW工法桩(Φ1200双头水泥搅拌桩一隔一跳插HN500×200型钢)围护。

地面标高5.12m,卸载3m深至2.12m,卸载宽6m。卸载后基坑开挖深度10.62m。H型钢长18.50m,顶标高2.62m,伸出圈梁面0.5m。搅拌桩比H型钢深2m。桩顶圈1200mm ×600mm,圈梁面标高2.12m。(见图2)

2.2.1 搅拌桩施工工艺流程

水泥搅拌桩二次喷浆三次搅拌为宜,施 工流程如下:

2.2.2 HN500×200型钢插入

把H型钢焊接至18m长 桩架就位 用水准仪及经纬仪定位H型钢 H型钢打入或振动压入 制作钢筋混凝土圈梁600mm×1200mm

2.3 工作井内衬结构墙逆作施工技术 结构全高10.62m,分四段施工。

圈梁和第一段,标高2.12m~0.00m,

挖土,浇筑内衬墙和圈梁;

第二段, 标高0.00m~-3.90m,挖土,浇筑内衬墙;

第三段, 标高-3.90m~-6.50m,挖土,浇筑内衬墙;

第四段,

标高-6.50m~-8.50m,

挖土,先浇垫层和底板,再回筑第四段内衬墙。

每节内衬结构段的施工,土方挖到分段标高后,沿基坑周边往下挖0.8m宽1m深的沟槽,焊接内衬墙结构钢筋,其竖向钢筋下端分别伸入沟槽0.3m和1m,然后对沟槽分层回填黄沙夯实,再50mm厚C10砼垫层铺平到开挖面,接着安装节段模板,浇注节

段砼。

节段施工缝的止水,是在节段底部砼垫层面,靠内排钢筋安设一圈150mm×150mm的木条。木条于下一节段土方开挖时扣出,形成节段间高低差止水缝。(见图3)

图3 内衬墙第一节段施工

3 大直径(DN3000)直线顶管主要施工技术 3.1顶管掘土机型式选用

顶管掘进机的选型,针对该工程覆土层厚(2~3)D,D为顶管内径,“F”型钢筋混凝土承插管,沿线地面建筑物虽不多,但在顶进过程中,要穿越马家浜河,河中覆土厚度约h=2~2.5m ,过河之后要在张江路下穿过,进人2工作井,张江路两侧各种管线较多,需要保护,根据这个特点,选用多刀(四个小刀盘)土压平衡掘进机。此种掘进机纠偏灵活,方向容易控制,对土体扰动小,地面变形小,排除障碍物能力强。 3.2 工具管的出洞技术

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3.2.1 工具管进出洞地基加固措施

顶管施工中的进出洞是一项很重要的工作,由于顶管所处的地层含水量大,扰动后易塑流的特点,为防止机头进出洞时地下泥水的涌入,确保机头进出洞时的安全性和可靠性,我们采用压密注浆技术对进出洞口周围的土体进行“窗”式加固措施,加固范围为上下左右超出洞口边2.Om 、轴线方向伸出搅拌桩3.Om 。加固后,使这一部分土体在工具管进出洞开洞时,不发生土体塌方现象。

3.2.2 工具管出洞技术措施

工具管全部安装调试完毕后,准备顶进

前,采取如下技术措施:

(1) 管顶进至离洞口0.5~1.0m 处停止。

(2) 按照原设计要求,在出洞前将H 型钢全部拔除。为确保安全,增大后靠背承受的顶力,后靠背位置处型钢待顶进完成,再将其拔除。考虑到DN3000 顶管预留洞口直径为4.0m ,该范围内共计有4~5 根H 型钢,如果全部拔除型钢后,该范围内的搅拌桩将被破坏,从而人工进行开洞的时候,带来一定的安全隐患(如搅拌桩土体塌落等),故决定两个洞口处各留2 根H 型钢,暂不拔除,待开洞凿除搅拌土后再将其拔除。

(3) 在确保安全的情况下,用空压机凿除井壁洞口,将凿除物清理完毕。

(4) 为防止工具管出洞时产生叩头现象,采用延伸导轨,并将前3节钢筋混凝土管与机头做成可调节的刚性连接。

(5) 推进工具管,直到洞口止水圈能止水为止,静候3~4h,测出静止土压力,结合理论数据定出推进土压力控制值。

(6) 继续前推工具管,在安装第一节管前,应将工具管与导轨之间进行限位焊接,以免在管顶缩回后,由于正面土压力的作用,将工具管弹回。 3.3 工具管的进洞技术方案

(1) 当工具管推进至距接收井壁30~50cm 时,停止推进。

(2) 在确保安全的前提下,拔除洞口H 型钢,用空压机凿开壁洞口,速将工具管推进接收井。

(3) 继续推进,直至推进至设计要求位置为止,将工具管与最后一节顶管脱离。

(4) 将工具管吊起,将井内杂物清理完毕,然后将顶管外壁与预留孔间间隙堵住,并安插好内径为2cm 引水管。

(5) 洞口止水圈装置。 3.4 顶力的理论计算

1#

顶管工作井~2#

顶管接收井段的顶力。

F=F1+ F2=2980 + 1180=4160kN 式中:F1—正面阻力

F2—顶管周边摩擦力

顶管实际最大顶力为3750kN,理论值偏大11%。

工作井内布置4 只顶力千斤顶,每只千斤顶顶力2O00kN。 3.5 中继间设置

根据设计院提供的资料,工作井所能承受的最大顶力为480t(小于管材纵轴最大允许轴力),由于泥浆剪力取小值,为安全起见当总推力达到中继间总推力的70%时,开始安置中继间,在长距离大口径的顶管中、,中继间的安放相当关键,在该工程中,顶管的长度为134m ,由于泥浆套性能良好,在顶进了6Om 之后,顶力增加很小,虽然在中间设置了中继间,但一直没有启用,直至顶进2#

工作井。 3.6 顶管穿越马家浜

顶管穿越马家洪河道时,考虑到最大覆土为3m,属于浅覆土。在穿越河道时,采取以下二种措施:(1)当顶近至河道边时,放慢顶进速度,一般顶进速度为每分钟3~3.5cm,由于在穿越河道时考虑到覆土层较浅,顶进过快会使河道底土体开裂,故采取放慢顶进速度,控制在每分钟1~2cm;(2)减小同步注浆压力,一般注浆压力为0.1

MPa ,过河道时注浆压力控制在0.05~0.07 MPa,并随时观测顶管工具管内压力表的变化及工具管和管节接口是否渗水。一旦发现有渗水现象,立即停止顶进。

4 DN1800 钢筋混凝土曲线顶管施工技术 4.1 工程概况

该曲线顶管工程位于张江路2#

工作井至高斯路1#

接收井,全长215.5m,其中进出洞口为两段直线段,长度分别为21m、13m;曲线段长181.5m,曲线半径为450m,顶管覆土层平均厚为H =6.8m,管径DN1800mm,管材选用“F”型钢筋混凝土承插管。

顶管两侧为一排居民楼,相距10m左右,由于相距较远,在顶管施工时对居民楼影响较小,并且在顶管施工前,做了详细的勘察工作,对年代久远的地下管线进行保护,工具管选型同DN3000顶管。 4.2 曲线顶进推力的理论计算 全程顶进阻力

F总=F0+ F1+ F2=312+463+2708 =3483 kN

式中: F0——工具管顶面阻力

F1——直线段管壁综合摩阻力 F2——曲线段管壁综合摩擦力

4.3 中继间设置

根据总推力及工作井后靠背所能承受的最大顶力以及管轴向允许推力,取工作井所能承受的最大顶力为3700kN (管材大于此值),而顶进总顶力为3483 kN,基本相近。故在曲线中间设置一个中继间,完成了该段曲线顶进。

4.4 管接口接缝张开计算 管外接缝最大(S1) S1=(L×D)/(R-r。)

=(2.0×2.16)/(450-1.08) =9.62mm

管内接缝最大张开计算(S2) S1=L×(D-t) /(R-r。)

=2.O×(2.16-0.18)/(450-1.08) =8.82mm

管内接缝最小张开计算(S3) S3=L×t/(R-r。) =2.O×0.18/(450-1.08) =0.8mm

4.5 曲线顶管管缝控制

曲线顶管的管缝控制非常重要,如果管缝张不开就形不成曲线,张开过大,将造成顶管纵向失稳,特别在粉质粘土中顶管,在管缝形成后,如果纠偏控制得不好,其偏离趋势会越来越大,虽然可以通过纠偏千斤顶纠偏,但这种偏差不是一下子能纠回来的,这样顶管的线形往往形成蛇行,而且最大偏差值往往超过规范允许范围,如果管缝张开过大,会给工程带来危险,故在该工程中管外最大开口间隙控制在20mm值,以避免顶管接口张缝过大造成渗漏。该DN1800顶管最小曲率半径:Rmin=(LD+ S1r0)/ S1=217m 4.6 曲线顶管的测量

曲线顶管工程的测量是整个顶管工程质量的关键,它的实施好坏影响到管线线形的圆顺,甚至影响到顶管的顺利贯通。因此要精心实施确保无误。

该工程曲线测量包括高程测量和左右偏差测量两部分:

(1) 高程测量较简单,在地面上把永久性水准点引测至井边,通过垂直吊钢尺引测至井下,设临时水准点。再在管道内架设水准仪测至机关内标靶,即可知道工具管高

程偏差。此水准还可从工具管测出来,闭合差按二级水准控制。

(2) 左右偏差测量较复杂,在直线顶管中,我们可以在后座设一激光经纬仪,在满足通视的条件下,直接看工具管内标靶就可知道左右偏差,而曲线顶管却做不到,因为管线线形是圆弧形的,后座内激光经纬仪不能一镜子看到底。因此需在管道内布置移动测站。

(3) 我们在井内后座处设置一个固定仪器墩,上架测距仪(测角精度2 ",测距精度3+5pp):在管道内布设移动测站,采用弧形钢板固定在管壁上;在井边设置固定脚架,上架棱镜,这样管道内就布设成了延伸导线,按导线法进行测量。方法是从井内测井边固定棱镜,作为起始导线边,然后从井内测管道内第一台全站仪,通过导线法传递,一直测到工具管内棱镜,通过测量专用程序算出管中心坐标,与设计坐标比较,得出工具管的实际偏差。

(4) 井边棱镜的坐标和井内对中仪器墩中心坐标通过地面上已知的控制点放设,方法是三角测量,其误差控制在允许范围内。此两个坐标是工程曲线管测量的关键,需定期复核,一般每50m复核一次,进洞前加密测量。根据复核的结果修正起始点坐标。

(5) 接收井预留洞间隙:考虑到施工存在误差,机头操作也存在误差,我们把管内导线测量误差控制在△1=±25mm,顶进误差△2=±50mm ,△=△1十△2=±75mm ,因此预留贯通洞,每边富裕量定为75~100mm 是合适的。 4.7 减阻泥浆的运用

顶进施工中,减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的主要措施,顶进时通过管节上压浆孔,向管道外壁注入一定量的减阻泥浆,在管道外围形成一个泥浆套,顶管顶进时在泥浆中形成一组剪切面,从而减少顶进时的顶力,泥浆套性能的好坏,直接关系到减阻的效果,在工具管尾部环向均匀地布置了四个压浆孔,用于顶进时同步跟踪注浆。减阻浆液的性能要稳定,施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结,既要有安全良好的流动性,又要有一定的稠度。

在压浆支管处的浆液压力一般应控制在略高于静止土压力,在顶进施工中,减阻泥浆的用量,主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特征,一般按管壁外填充空隙5cm 计算理论压浆量,由于泥浆的流失、渗透、地下水的作用,泥浆的实际用量要比理论体积大得多,可达理论体积的4~5倍,但在环境复杂的地段,还要通过地面的变形测试,适当的调整压浆量。

玻璃钢管生产工艺及国内发展现状

玻璃钢管生产工艺主要有三种类型:往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺以及离心浇注工艺。

往复式纤维缠绕工艺(属于定长法):在这种工艺方法中,浸胶槽随转动的芯模作往复运动,长纤维玻璃丝以一定的斜角相对于芯模轴辅放,辅角(即缠绕角)受浸胶槽的移动速度和芯模转速之比控制,浸胶槽的平移运动由计算机化的机-电控制。缠绕层数逐渐增加,达到设计的壁厚为止。缠绕完成后,使制品中的树脂基本固化。固化后,从玻璃钢管中脱出芯模。

连续式纤维缠绕工艺(属于连续法) :该工艺是管子在运动中通过一个供给树脂预浸无捻粗纱,短切玻璃钢纤维和树脂砂混合物的供料站,管子是在芯模连续不断的前进中制成的。

离心浇注工艺(属于定长法) :在此工艺中,用切断的玻璃纤维增强材料和砂,喂入固定在轴承上的钢制模具中,在钢模一端注入加催化剂的不饱和树脂,使其浸渍增强材料,在离心力作用下,树脂置换出纤维及填料中的空气,从而制造出无孔隙的致密复合材料,由于离心力的作用管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层,管材在较高温度下固化。用这种方法制造的管又称玻璃钢夹砂管。

目前世界上采用往复式纤维缠绕工艺制管的厂家比其它两种生产工艺生产厂家多的多,原因之一是往复式纤维缠绕工艺制造的玻璃钢管具有更广泛的用途,适用性比较好。

我国从70 年代开始小批量生产玻璃钢管,经过20 多年的研制及工程实际应用情况表明,我国玻璃钢管道工业发展比较缓慢。与发达国家相比,在原材料、工艺装备、技术管理、工程设计、产品标准、施工规范、应用范围等方面都存在很大差距。

1. 树脂

国外FRP管用树脂性能高、品种全、系列化;间苯型不饱和聚脂已占30%多,已逐步成为通用型不饱和聚脂树脂,根据不同用途的需要,有多种专用树脂和助剂满足使用要求。

目前国内年产500吨以下的不饱和聚脂树脂厂200多家,生产总量约占全国总产量的60%以上。但是有些小厂设备简陋,检验、技术管理落后,品种少,质量差。近年来全国已引进了五条不饱和聚脂生产线,但目前间苯型不饱和聚脂树脂产量极小、价格很贵。其它高性能专用树脂几乎没有。环氧树脂产量小,价格贵,这些都影响了使用。

2. 助剂

助剂在生产加工过程中起重要作用,又直接影响制品的性能,助剂是玻璃钢生产中不可缺少的一部分,但是目前国产的品种少,不配套,质量差。

国外有适合缠绕需要的并配套有多种专用浸润剂的无捻粗纱、毡材、方格布等。规格多,品种全,质量优,满足使用要求。国内除少数引进玻纤生产厂有用专用超饶浸润剂的无捻粗纱外,大部分玻纤厂生产的无碱、中碱缠绕无捻粗纱缺少专用浸润剂,因此浸润性差。毡材有的厚薄不均,所以国内增强材料规格、品种都不能很好满足生产FRP管的需要。

3. 生产中的不足之处

国内目前已有引进和自制管、罐生产线29条,而现在利用率只有20%左右,缠绕成型工艺只占其它成型工艺地3.5%,有待进一步开发市场,充分发挥现有设备的生产能力。

目前大口径管件多采用手糊和喷射法成型,不配套、质量差。很多玻璃钢厂缺乏技术人员,职工文化低,专业素质差,形成了产品无设计,选材无标准,检测无手段,产品无检验的局面;在制作玻璃钢管道时,用原材料,常以次充好,偷工减料,因质量造成一些管道渗漏事故和经济损失,从而使用户对玻璃钢制品产生了很大的心理障碍,影响了玻璃钢管的信誉和推广应用。

国内至今还没有对于FRP 管的原料、设计、生产、检测、安装、施工等系统的技术标准和技术规范,这就使大口径玻璃钢管的使用缺乏设计依据。

探讨一下对埋地式玻璃钢管道设计及应用

本文简要的探讨了玻璃钢管道在设计、应用当中的几个问题,意在提请设计、生产、用户等注意,玻璃钢管道属发展较快的复合材料,后来者居上,其应用前景非常看好,同时其设计也较为复杂,选择玻璃钢管道不是简单的购买定型产品,其诸多问题应予以重视。以下几点是笔者工作实践的一些总结,欢迎批评指正。

1、前言

玻璃钢管道是一种柔性管道,和常用的球墨铸铁管、混凝土管、钢管等管材性能显著不同,必须选择适合于玻璃钢特有属性的安装参数,才能达到预期的工程使用寿命和性能。压力管道的管道壁厚、结构铺层、刚度、内压、垫层厚度、安装型式等均应该通过设计确定。不同的生产厂家提供的管道由于对设计参数、安装施工条件理解的不同可能存在较大差异。很多厂家只能按照引进的生产线计算机控制程序进行玻璃钢管的生产,输入刚度、压力等参数,计算机算出一种设计方案即进行生产,而不能进行真正的设计,不能与设计人员实现“互动式”设计,从而不能提供完整的设计产品,表面上看管道没有什么问题,但玻璃钢管道是由多种材料复合而成,其设计较为复杂,不能准确的进行设计,也就不能生产出完全满足设计要求的产品。笔者曾见到一些厂家生产的DN350、1.0Mpa的管道壁厚仅6mm,达不到标准要求的最小厚度的要求,还有些厂家生产的DN600的管道自0.6~1.2Mpa其壁厚完全一样,刚度远远超过设计要求,造成浪费。因此,建议玻璃钢生产企业、用户、设计部门均应该在认真研究应用条件的基础上,提出必须的设计参数,而生产厂家更应该提供详细的设计文件,包括结构设计、工艺设计参数,待审查确定后作为生产控制的依据。 2 设计压力的确定

供水管道应按照管网节点流量平衡原理推求分段流量、管径、水头损失,再根据控制点要求的自由水压和地面标高推求各管段的水压,按照最不利供水节点的控制自由水压取10.0m计,自由水压为水压标高减去地面标高,水压标高应从最不利供水节点向水源点或供水点计算。由于管道沿程及局部水头损失的消耗,管道按动水压力进行确定时压力明显小于静水压力,因此,设计压力应按静水压力作用下进行分段确定,对于地形起伏较大地段或比较重要的工程还应进行波动压力、真空压力分析计算,确保管道的正常运用。

管材的压力等级应大于或等于输水管系统中工作压力和波动压力叠加后的最大压力被1.4所除的值,即Pc≥(Pw+Ps)/1.4,波动压力一般取工作压力的0.4倍。

JC552-94及JC/T838-1998标准规定的内压等级为0.6、1.0、1.6、2.0Mpa,此规定仅是一个初步的确定,实际运用当中还应根据设计确定的压力等级进行选择,生产厂家根据压力等级进行结构层设计,建议按Δ=0.2Mpa作为压力等级级差。如果仅简单按标准要求进行划分,则会造成较大的价格差异。对于管径小于600mm的管道更应该引起注意,有些供水工程虽然只有8~10km管道,但从地形及水力学计算分析上看,至少可以选择两~三种压力等级的管道,但设计者、业主对此没有引起重视,简单的、笼统的选择一种压力作为管道设计压力,造成资金的浪费。某供水工程选择DN350mm玻璃钢管道,长42586m,设计压力自

1.0Mpa~1.6Mpa,方案一按1.0、1.6Mpa选择,方案二按设计确定的不同设计压力选择,某厂家报价仅管道直接费用就相差114万元,可见差异之大。 表1 不同设计压力管道价格对比表

3 结构设计的几个问题 (1)

内衬层树脂选用

JC552-94(纤维缠绕增强热固性树脂压力管)及JC/T838-1998(玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管)规定玻璃钢管道内衬层可以采用7种不同规格的树脂,CJ/T3079-1998(玻璃纤维增强塑料夹砂管)要求树脂、纤维等应符合相关规范的规定。其中间苯型不饱和聚酯树脂、邻苯型不饱和聚酯树脂在供水管道中为最常用,由于水质的要求,内衬层必须选择食品级不饱和聚酯树脂,从当前工程应用情况看,大多厂家选择食品级间苯型不饱和聚酯树脂,该种树脂具有中等粘度和高反应活性,符合食品用储存介质的要求。

供水工程所采用玻璃钢管对内防渗层树脂有明确的要求,要无毒、防渗、耐磨,具有较高的破坏延伸率ε,这样防渗层应采用价格较贵的间苯性不饱和聚酯树脂,但有的厂家采用价格较低的邻苯性不饱和聚酯树脂,厚度也相当薄,倘若此层出现裂纹,经长期运用后纤维容易浸入水中,造成水质污染,因此,在招标文件当中必须加以严格限制。 (2)内衬层厚度确定

玻璃钢管道管壁通常由内衬层、结构层、夹砂层和表面层组成,壁厚需要通过结构设计确定,各层的材料组成及主要作用见表2。

表2 玻璃钢管管壁各层材料及主要作用

内衬层是由表面毡增强的内表层和短切毡增强的次内层组成,其作用是保证管道系统在一定

的压力下能安全正常地输送物料和长期稳定的工作,因此,要有较好的防渗、防腐性能,同时还有一定的表观刚度。

CJ/T3079-1998规定内表层不小于0.5mm,内表层和次内表层厚度不小于1.2mm,JC552-94规定具有防腐蚀、防渗漏性能的内衬层最小厚度为1.2mm,JC/T838-1998未规定最小厚度。内衬层厚度主要取决于防渗,其中内表面层树脂含量高达90%,是防渗、防腐的第一道防线,其次取决于刚度、压力等级等。由于玻璃钢管道是一种复合材料,壁厚应按照复合材料层合板理论通过叠加计算而得,实际应用当中,建议对于DN600以下的管道内衬层不小于1.5mm,DN600以上管道应由生产厂家通过计算确定,用户在招标文件中应明确规定生产厂家提供详细的结构计算书。如果内衬层较厚,有可能延长使用寿命,但这样的结果一不经济,二易出现开裂,增加渗漏的机会,因此不是越厚越好。对于输送介质泥沙含量较高的管道还应该对内衬材料特殊要求,比如要求采用聚酯树脂ASLL 976,该种树脂在耐磨蚀性方面比HLR 901要好得多,或者在树脂中加入耐磨材料AL2O3,提高内衬层的使用寿命。

(3) 管壁厚度确定

管道壁厚由内衬层、结构层、外保护层三层组成,其中外保护层厚度一般在设计上不予考虑,有些设计部门建议在招标时明确管道最小壁厚,有些认为这是生产厂家的事不需要进行限制,下面简单分析一下。

JC/T838-1998 规定,壁厚由结构设计确定,最小壁厚必须在公称直径的90%以上,平均厚度不小于公称厚度。CJ/T3079-1998 规定,最小壁厚应不小于经规定程序批准的图样和技术文件规定的标称厚度的87.5%,平均厚度不小于标称厚度。

JC552-94提出管的厚度由内压失效环向应力确定,以内压设计为基准,结构层厚度由直径、压力等级、失效环向应力和安全系数等计算确定,其计算公式为:

按F=6计算某工程所需的管道壁厚与某一投标厂家所报的管道壁厚对标见表3。 表3 管道壁厚计算对比表

标准最小

内衬厚度 t1(mm) 1.5 1.5 1.5

计算管壁厚

管壁厚

T1+t2(mm)

6.2 7.8 9.4

(mm)

设计压力 Pw(Mpa) 0.4 0.6 0.8

内压失效环

管内径

向应力 D(mm) 400 400 400

σ0(Mpa) 150 150 150

某厂家 提供壁厚 t2(mm) 7.5 8.5 8.5

6.3

1 1.2 400 400 150 150 1.5 1.5 11.1 12.6

9.5

9 9

注:标准(JC 552-94 附录A表A1)最小管壁厚指结构层最小厚度,本文将1.5mm内衬层厚度也加上。

由上表可以看出,计算管壁厚大于标准最小管壁厚,但厂家提供的管道壁厚有些压力下明显小于标准最小壁厚及设计壁厚,但从其提供的设计计算书及工艺设计来看,管道刚度、安全系数、强度等各项参数均满足设计要求,工艺设计决定结构设计的合理性,厂家认为是合理的,所以在标书中限制最小壁厚存在一定困难,由于玻璃钢管道及夹砂管道的壁厚主要取决于铺层设计,因此,建议用户和设计部门在标书中明确生产厂家必须提供结构铺层设计,用以确定管道壁厚,且成品管道的最小壁厚必须在公称直径的90%以上,平均厚度不小于公称厚度。一旦生效后,大一些的工程最好进行驻厂监造,严把质量关。 (4) 结构层铺层设计

缠绕结构层的作用主要是承担管道结构的强度和刚度,结构层的作用不仅与原材料有关,与工艺技术关系也很大,如果不注意施工技术,不但强度和刚度发挥不出来,甚至影响管道的防渗性能。

结构层主要是由玻璃纤维、树脂、石英砂(夹砂管道)等材料构成,用户应要求生产厂家提供详细的结构设计、铺层工艺设计等,验证未来使用的管道是否是按设计要求制作的,以保证管道的管体和接头具有较高的力学指标。

对于一些管径较大的、比较重要的引水工程管道在计算书中应明确反映:①根据轴向和环向强度要求进行铺层设计;②按确定的铺层设计进行刚度计算分析,校核铺层是否达到设计刚度要求;③按埋地式管道进行设计计算,校核内外压安全系数等是否满足要求;④必要时还应按用户特殊需求进行其他分析计算,比如地震动力分析等;⑤设计文件明确土壤力学参数及安装类型。 (5)刚度

夹砂玻璃钢管道标准(JC/T838-1998)规定管道刚度一般为1250、2500、5000、10000N/m2,也可以根据用户要求结合实际情况提出刚度值。所谓刚度全称应是工程管刚度,它是用以衡量地下管在承受土压荷载作用下,抵抗管径变形的综合的技术参数。计算公式如下: Sp=Eyf·t3(12·D3) 上式中各符号的含义如下: Sp-工程管刚度(Pa); Eyf-管道环向弯曲弹性模量; t-管壁计算厚度;

D-管子平均直径;

由上式可以看出,工程管刚度越大,管道的环向弯曲弹性模量也越大,而环向弯曲弹性模量与管壁的拉伸刚度成正比。

CJ/T3079提出按标准进行刚度测试,初始管刚度S(N/m)按下式计算 S=0.0186×F/⊿Y (N/m ) F=W/Lx N/m

⊿Y=dm×规定的相对变形(3%~5%) m W-荷载N Lx-管段长度 m

Dm=De-e De-管外径 m、 e-管壁厚 m

对地下埋设管来说,作用在埋设管上方的回填土荷载及活动荷载,将引起管道垂直方向减小,水平方向直径增大,发生所谓的椭圆化作用。在管道发生椭圆化的过程中,管壁水平侧向外移,引起管道两侧土壤的被动阻力,这种阻力有利于管道对外荷载的支承。回填被动阻力的大小,决定于土壤的类型、土壤的密度、土壤的覆盖深度以及有无地下水等因素。土壤被动阻力越大,管道的变形就越小。因此,对地下管而言,正确的施工技术,就是要尽可能增加土壤的被动阻力,以防止管道的过大变形。

管道的刚度表示了管道抵抗外部土载、活载、水压及负压等的能力,初始环向刚度应符合表4要求。 表4 玻璃钢管初始环向刚度

2

2

玻璃钢管道是多层结构,每一层都承担一定的管壁环向刚度和轴向刚度,包括内衬层,而每一层材料都涉及到选材、铺层顺序、铺层厚度、铺设角度等等,因此对这些因素进行设计,才能达到合适的层合管壁刚度,从而确保工程管刚度的实现。

尽管国内有数以百计的玻璃钢及其制品的生产企业,但真正能够进行玻璃钢管道设计的并不多,笔者在网上查看各类玻璃钢企业的网页,竟然没有看到专门探讨设计的篇章。玻璃钢行业竞争激烈,很多厂家不愿意提供更为详尽的设计材料,但是好的设计才能制造出好的产品,因此,建议设计部门根据需要提出合适的工程管刚度,用户在招标时要求生产厂家根据工程管刚度进行详细的结构设计、工艺设计,并作为投标文件、合同文件的重要组成部分,生产厂家则根据要求的刚度进行层合管壁刚度的设计,为用户提供满意的产品。

JC552-94未规定工程管刚度,但CJ/T3079-1998提出管刚度在1250~10000N/m2,且该标准也适用于玻璃钢管,因此,玻璃钢管及夹砂管的设计均应提出要求的工程管刚度,由生产厂家进行设计,使用当中应注意与管壁刚度的区别。

另外设计上还要注意管道的松驰性,同其它许多工程材料一样,玻璃钢管也有松弛性,它是由长期实验得出的。松弛性是用来确定安全工作载荷的,例如刚度比(SRA):SRA=长期刚度/短期刚度。增强的和非增强的塑料制品,标准的制定是以这种材料在应力作用下发生蠕

变为前提,由于有蠕变发生,就导致这种材料的物理性能将随时间的增加有所变化。因此,通常是以50年(长期静水压设计基准)的强度为产品制造设计基础。表5显示不同运用年限长期刚度与短期刚度的比值。

表5 玻璃钢管不同运用年限刚度比

因此,设计部门、用户、厂家在进行管道刚度确定、生产时应特别注意。 4 水压试验及接口小压试验问题 (1)水压试验

《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程》CECS129-2001及《给水排水管道工程施工及验收规程》GB50268-97均规定:管道安装后应尽早进行水压试验,每次水压试验长度不宜超过1km。具体到工程而言,对于长距离供水工程由于受地形限制,管道设计一般随自然坡度及采用埋地式设计,有些地段同一压力等级连续长7~10km,有些地段一个压力等级可能只有不到1km。水压试验的目的是验证管道的渗水量是否符合规程要求以及检验管道的总体质量,水压试验分段长度应结合管径、水源点、地形条件、土壤条件、堵头位置等综合考虑。某供水工程管径DN350~DN400、设计压力0.6~1.6Mpa,全长150km,设计部门在招标文件中明确指出水压试验分段长度一般3~5km,最大不超过10km。施工当中,经设计、监理、施工单位认真研究分析,根据堵头位置、压力等级确定了现场分段试压长度,其中部分管段分段试压情况见表6,经过详细周密的计算分析、准备,各分段均一次试压成功,经运行未发现任何问题。 表6 某工程部分管段分段试压情况

因此对于中小型管道,分段长度可以适当放大,但必须要有详细周密的措施保证,防止出现管道变形、接头错位等问题。

(2)接口小压试验

采用双“O”型橡胶密封圈连接的玻璃钢管道,承插口的两道密封圈之间留有一定的孔隙,通过在两道密封圈之间安装打压嘴进行压力检测可以很快发现接头安装的是否正确,俗称“小压试验”。小口径管道施工一般均不做要求,通过水压试验来验证安装的正确性。但通过对几个工程的实施发现,由于受安装工人的素质影响,个别管道安装仍然受人工、气温影响较大,因此对于地形起伏较大、气温变化剧烈(比如沙漠地区)地段,最好坚持安装后立即进行小压试验,以保证整个管道安装之后的气密性,用户在合同文件中必要时应加以明确。 5 回填材料的粒径限制问题

埋地式玻璃钢管道是一个相互作用的管-土壤体系,作用于玻璃钢周围的土壤不仅直接形成管体上的外压荷载,而且还为管体提供相应的支撑。主管区回填,一般自管底至管顶0.7DN以下部位的回填作为主管区回填,0.7DN至管顶300mm范围内属次管区回填。夯实自管道两侧同时开始,逐渐向管道靠近,压实度一般控制在95%。管区回填材料的粒径、材料必须与管沟的自然土壤相协调,不能冲蚀管沟的自然土,也不允许迁移、流动到管沟的自然土中,流动到回填材料中,管侧支撑土壤的流失,将会造成管道挠度增加,不能满足长期运行的要求。

埋地式玻璃钢管道自下而上分为地基、垫层、管区回填土(主、次)、非管区回填土等,CECS129规定,管道的垫层应按回填材料的要求使用砂或砾石,管区回填土料应是砾石、碎石、砂等粗粒土,在填料中,砂粒和粗砂等的颗粒质量应占总质量的50%以上,最大粒径如表7。 表7 管道回填材料的规格

限制最大粒径的目的是防止在压实回填土料时较大石子损伤管道,国内较大生产企业的施工安装指导手册、有关书籍等也提到最大粒径为25mm的限制。根据我国水利、建筑、公路等行业工程所用筛来看,圆孔筛一般尺寸为5、10、15、20、25、30mm等,方孔筛尺寸为4.75、9.5、13.2、16、19、26.5mm等,如果按照规程要求选用有一定困难,粒径过细则造价高,粒径过粗不满足规程要求。根据管区回填土料的要求,设计上尽可能的采用开挖原状土料进行过筛处理来使用,少量的垫层材料可以远距离拉运(筛分处理)。最近我院设计的几个长距离供水管道项目对回填料的处理如表8。这几个项目均处于荒无人烟地区,建筑材料匮乏、供水距离长,其中DN400玻璃钢管道92km,DN800玻璃钢管道47km,DN3100玻璃钢夹砂管道10.6km。

表8 管道回填材料规格实例

实际使用当中应结合管道刚度、压力等级、安装类型、土壤类别、建筑材料等综合考虑选用,

不能笼统的照搬规程,同时也要防止采用不合格土料,以免造成对管道的伤害。 6 管道连接件问题

玻璃钢管道在实际使用当中需要与各类管道、阀门、钢制件、水池等进行连接,各种连接件如法兰、弯头、大小头等均可以采用手工糊制生产,从实际应用情况看,法兰最好采用钢制件,弯头、对接部分可以采用玻璃钢件,生产厂家上报糊制方案,经监理、设计批准后进行现场糊制。某供水工程采用DN400玻璃钢管道,各种连接型式如表9。 表9 玻璃钢管道与其他材料的连接

经现场水压、超声波探伤检测,所有钢制件、手工糊制部分均满足设计要求。

本帖最后由 ghygxy 于 2010-6-30 18:22 编辑

玻璃钢夹砂玻璃钢管在

给排水领域应用优势分析

近十年,我国给、排水行业发展迅速。每年新增水厂约150座,供水能力约750万M3/d,新增供水管道约1万公里,同期,城市污水设施逐年增加,每年新增排水管道约6000KM。据资料介绍,我国现有中小口径给水管道近80%是铸铁管,大口径管道多采用预应力钢筋砼管和钢管,由于材质、接口、施工及日常维护等原因,我国给水管道漏损、爆管事故率平均为0.5-0.6次/(a.km),据测算每年因供水管道漏损和爆管造成的损失达3-5亿元。

一、各类管材在给排水行业应用比较及应用现状。

第一大类:砼管。主要有预应力钢筋砼管、钢套筒预应力钢筋砼管、自应力钢筋管和一般砼管。

一般砼管因强度低,接口不易做好,只能用于口径为300mm的管,并只能在承受压力较低的地段放设。预应力钢筋砼管因价格较低能承受一定的压力,宜用于输水量小于23万M3/d 的输水管。但因配件不全,接口尺寸不精确造成渗漏及不能承受较高压力等原因,不宜继续用于输配水管网,并应将质量较差的管道逐步更新。为克服预应力钢筋砼管(PCCP)管生产技术,由于管身中央有1-2MM厚的钢板可保证其不透水性,其接口采用钢环承插口,橡胶圈止水防漏,但也存在重量重,安装不方便,费用高等特点。

第二大类:铸铁管。灰口铸铁管是以往应用最广泛的管材,但因质脆、

易爆管、接口麻烦及内壁结垢等原因,国外已逐步淘汰,

球墨铸铁管是以镁或稀土镁合金球化剂在浇注前加入铁水中,使石墨球化,应力集中降低,使管材具有较高的强度和延伸率。同口径管道壁厚为灰口铸铁管的1/2,抗拉强度接近焊接管。抗腐蚀性比钢管高3-4倍。但仍存在内壁易结垢,流阻变大,运行费用高等缺点。

第三大类:钢管。钢管具有较好的机械强度,可承受较高的外压和内压。适应性强,但按其性能,极易腐蚀,不宜埋地用作给排水管。钢管做内外层防腐及电化学保护,不但费工费钱,且不易做好。

第四大类:硬聚氯乙烯管(UPVC管),这类管的优点是加工安装方便,不结垢、无毒、质轻及表面光滑。但大部分管材质脆,不耐外压及冲击、膨胀系数大是其弱点。仅适用于室内给排水管及埋入受压力较小的庭院内,不宜直埋城市道路行车道下。

第五大类:复合材料管,主要有纤维缠绕玻璃钢管(FRP管),纤维缠绕夹砂玻璃钢管(RPMP管)和离心浇铸砂浆管(HOBAS管)为代表,这些管道都具有重量轻、耐腐蚀、内壁光滑不结垢,接口不渗漏、不会破裂、增加供水安全可靠性、施工方便的特点。纤维缠绕玻璃钢管承压强度高,但刚度较低,价格较高,在化工领域具有较强的优势。离心浇铸砂浆管(HOBAS管)由于主要是树脂、砂浆构成并加以短切纤维增强,由于强度是靠短切纤维提供,较纤维缠绕玻璃钢管强度要低,压力一般在1.6MPa以下,同时,内壁光滑度较另两种管材要差一些,由于每根强度不超过6M,接口多,纤维缠绕夹砂玻璃钢管是靠连续纤维缠绕层提供强度,并加入树脂砂浆提高刚度,同时具备了强度高、刚度高的优点,且成本低,三种管材中,纤维缠绕夹砂玻璃钢管在给排水领域最具有发展前途。

表1 各种管材的性能的比较

二、 纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术性能特征。

(一)

1.轻质高强:采用纤维缠绕生产的玻璃钢管道,其比重在

1.65-2.0g/cm3,只有钢的1/4,但玻璃钢的拉伸强度近似合金钢,因此其比强度(强度/比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内外压要求的管道。对于相同管径的单位长度重量,FRP管只有碳素钢(钢板卷管)的1/5,铸铁管的1/8,预应力砼管的1/2,这个优点对大口径管道来说,尤其受到运输、现场施工的欢迎。同时降低了吊装费用,提高了安装速度等好处。

2.耐水耐腐蚀性能好。玻璃钢管道的耐腐蚀性能优良,在石油、电力、冶金、医药、食品酿造等到行业得到广泛应用。应用玻璃钢管道减少了防腐费用,延长了使用寿命,由于不生锈,使输水水质不受污染。

3.水力特性好。这一特性在给排水领域应用尤为突出。缠绕夹砂FRP管具有比较光滑的内表面,因此其水力特性好,六种管材的内壁平均绝对粗糙度对比见表2,通过各种计算途径,可以从下列三个方纤维缠绕夹砂玻璃钢管道的技术特

面之一显示水力特性好的收益:

3.1 节省管网泵送费用。对于相同口径的管网,玻璃钢管节省泵送费用(30%-40%)。

3.2减小管径尺寸。对于输送相同流量,采用夹砂缠绕玻璃钢管道,管径可以减少(10-25%),从而节省投资费用。

3.3缩短泵送时间,尤其适用于集中用水或间隙用水的情况,节省1/3的泵送时间和费用。

缠绕玻璃钢管道内壁光滑不但新生态*滑的,而且使用相当年后,内壁仍然光滑如初,而且不结垢。据美国《建筑塑料》杂志第九卷12期报道,1983年美国检查其使用了28年的缠绕FRP管,发现其内壁仍然很光滑,因此国外将FRP管称为“水力学光滑管”,并且认为,埋于地下的FRP管使用寿命可超过50年。

3.4 FRP管长期输水不结垢,无需清污,保护层使水质不受二次污染,适用于输送饮用水。由于防腐性能好,还能用于输送污水、泥浆、海水等介质。

表2 常用管材的平均绝对粗糙度

三、FRP管道的综合经济效益分析

(一) FRP管道的沿程阻力最小,泵能耗最低。

管道的流体输送阻力大小直接关系到泵的动力能耗和输送机械的选择,它既与经常操作的费用有关,又与设备投资有关。因此管道的沿程阻力是评价及选定管道的主要因素之一。

流体沿管壁流动引起沿程阻力损失H可用下式一表示:

L V2

H=

×

D 2g

式中:L、D分别为管道长度和直径(m),V为流体平均流速(m/s),g为重力加速度(m/s2),λ为沿程阻力系数,它与流体形态区域有关,取决于雷诺准数Re和管壁相对粗糙度K/D。

流体的流速V和雷诺准数Re可分别用下式计算:

Q DVρ 1.273Qρ

V= Re= =

πD2/4 M Dμ

(式中μ为液体的粘度,ρ为液体的密度)

流体沿程阻力系数λ可在莫迪图中查出,铸铁管的绝对粗糙度K=0.26,玻璃钢一般K=0.01,下面举例计算,已知:管道内径D分别为DN300,DN500,DN600的FRP管,铸铁管输送流量Q分别为

16m3/min,45m3/min,60m3/min,已知H2o的粘度1.005×10-3Pa.S,密度ρ=1000kg/m3,其沿程阻力见下表。

表3 两种管道的沿程阻力比较

泵输送液体所耗功率P用Bemou.UI方程计算。

L V3

P=λ·

·

·ρ·Q/102

D 2g

式中L为管道长度,我们这里计算1KM的管道沿程阻力即

L=1000M。设泵每年连续运转8000小时,工业电费0.5元/KW·h,1KM的管道能耗费用见表4。

表4 长度为1KM的管道的泵能费用

(二)FRP管与铸铁管的投资费用比较:

从上面的比较我们可以看出FRP管节能的优越性,这里我们 从节省投资费用方面进行分析。

计算FRP管的压头损失还可以用Hazen-Williams方程,该方程适用于湍流,对于玻璃钢管路的压头损失比较保守。很多人喜欢用简化

的Hazen-Williams方程。

Hf=[42.7Q/(C)(d2.63)]1.852

Hf-压头损失或摩擦损失,d-管直径

C - Hazen-Williams粗糙度系数

对新FRP管C=160-165,用C=150是比较保守的,

新的铸铁管C=100

泵耗P=QρHf

当流量相同,压力损失相同,即泵耗马力相同

时,推导出管直径d=0.85d铁。从而我们得出结论:FRP管因为具

有优越的水力特性,在选择输送流体管道时,选用FRP管要较选用铸铁管要低一个口径规格,即如铸铁管直径选用DN800mm,则选用FRP管可选取用DN700mm.

从表5中可以看到,FRP管价格仅为球墨铸铁管的3/4,前面我们已经讲过,FRP管规格选择时,d(frp)=0.85d(铸铁),选择FRP管仅管材价格就比球墨铸铁管节约大量投资。同时,球墨铸铁管每根6米,而FRP管每根12米,一方面接头数较球墨铸铁管少一半,不仅接头费用节省,而且安装速度加快,可以缩短工期,节约安装费用。再者FRP管重量轻,仅为铸铁管的1/4,现场安装不需吊装,即可以省掉一笔吊装费用,而且还能加快安装速度,缩短工期。

表5 FRP管与球墨铸铁管投资费用比较

以1000米有效长度管路为例,球墨铸铁管规格选用DN800,FRP管选用DN700,两者投资费用的比较如表6

表6

FRP管与球墨铸铁管初期投资费用比较

说明:

1.吊装费用按5.76元/m。

2.FRP管安装费用按管材价格8%收取,不包含挖填沟土部分。

四、简述:

1. 玻璃钢管具有钢的强度,不锈钢的耐腐性能,优于塑料管的 水利特性。

2. 玻璃钢管优良的流体性能可较铸铁管、钢管降低一个规格选 用,从而节省投资。

3. 玻璃钢管可选范围广,可以根据施工条件设计,刚度有SN5000、SN7500和SN10000三档,内压有0.2 MPa 、0.6Mpa、1.0Mpa、

1.6Mpa、2.0Mpa和2.5Mpa五档。

4. 玻璃钢管接头少,重量轻,不需吊装,安装速度快,费用低。 玻璃钢管道不对水质污染,可用于给水和排水。

玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管介绍:

玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管以其优异的耐腐蚀性能、水力性特点、轻质高强、输送流量大、安装方便、工期短和综合投资低等优点,成为化工工业及排水工程的最佳选择。它具有其它金属管材无法比拟优越性,主要具有以下特点:

【优良的耐腐蚀性能】

产品选用耐腐蚀极强的树脂,拥有极佳的机械性质与加工特性,在大部分酸、碱、盐海水未处理的污水,腐蚀性土壤或地下水及众多化学物质的侵蚀。

【耐热耐寒性能好】

在-30℃状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在-50℃-80℃的范围内长期使用,采用特殊配方的树脂还可110℃时使用。

【耐磨性能好】

玻璃钢管的耐磨性能是非常好的,试验证明:把含有大量泥浆、沙石的水,装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经30万次旋转后,检测管子内壁的磨损深度如下:用焦油和瓷油涂层的钢管为0.53mm;经表面硬化处理的钢管为0.48mm;玻璃钢管道为0.21mm,由此可以说明玻璃钢管的耐磨损性能十分强。

【保温性能优】

由于玻璃钢产品的导热系数低,因此其保温性能特别好。

【固化后防污抗性】

在使用过程中不结垢、不生锈、不会被海洋或污水中的贝类,菌类等微生物玷污蛀附。

【比重小、重量轻】

采用纤维缠绕生产的夹砂玻璃钢管,其比重在1.65-2.0,只有钢的1/4,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180-300MPa,轴向拉伸强度为60-150MPa,近似合金钢。因此,其比强度(强度/比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内、外压力要求的管道。对于相同管径的单重,FRPM管只有碳素钢管(钢板卷管)的1/2.5,铸铁管的1/3.5,预应力钢筋水泥管的1/8左右,因此运输安装十分方便。

【接口少,安装效率高】

管道的长度一般为:6-12m/根(也可以根据客户的要求生产出特殊长度的管道)。单根管道长,接口数量少,从而加快了安装速度,减少故障概率,提高整条管线的安装质量。

【机械性能好、优良的绝缘性能】

管道的拉伸强度低于钢,高于球墨铸铁管和混凝土管,而比强度大约是钢管的3倍,球墨铸铁管的10倍,混凝土管的25倍。此外,它的导热系数只有钢管的1%,具有优良的绝缘性,适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区。

【水力学性能优异、节省能耗】

夹砂玻璃钢管具有光滑的内表面,适用于大口径(≥φ500mm)输水管道的特点,磨阻系数小,水力流体特性好,而且管径越大其优势越明显。反之,在管道输送流量相同的情况下,工程上可以采用内径较小的夹砂玻璃钢管代替,从而降低了一次性的工程投入。夹砂玻璃钢管道在输水过程中与其它的管材相比,可以大大减少压头损失,节省泵的功率和能源。 【使用寿命长、安全可靠】

夹砂玻璃钢管设计安全系数高。据实验室的模拟试验表:一般给水、排水夹砂玻璃钢管的寿命可达50年以上,是钢管和混凝土管的2倍。对于腐蚀性较强的介质,其使用寿命远高于钢管等。 【设计灵活、产品适应性强】

夹砂玻璃钢管道可以根据用户的各种特殊的使用要求,通过改变设计,制造出各种规格、压力等级、刚度等级或其它特殊性能的产品,适用范围广。 【运行维护费用低】

由于玻璃钢产品本身具有很好的耐腐蚀性,不需要进行防锈,防污,绝缘,保温等措施和检修,对地埋管无需作阴极保护,可节约大量维护费用。 【工程综合效益好】

综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能节钢等多种因素形成的长期性,玻璃钢管道的综合效益是可取的,特别是管径越大,其成本越低。当进一步考虑埋入地下的管道可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益。

产品性能介绍: 【高强度】

抗外载能力强,玻璃钢夹砂管可直接用于行车道下直埋,不需构筑混凝土保护层,能加快工程建设进度,因而施工费用大大降低,具有显著的社会经济效益。 【耐腐蚀】

经过专门设计的玻璃钢夹砂管能够抵抗酸、碱、盐、未经处理的污水、腐蚀性土壤和地下水等众多化学流体的侵蚀,经传统管道的使用寿命长,其设计使用寿命达到50年以上。 【阻燃、耐热抗冻性好】

玻璃钢夹砂可在—20℃—100℃长期使用而不变形。 【电绝缘性能好】

无涡流损和电腐蚀‘节能,DN200以下玻璃钢管适用于电缆敷设;载流量大,热阻小,对电缆的正常运行无任何不利影响。 【柔性系统】

管材有柔性,再配以挠性接头,能低御外界重压和基础沉降所引起的破坏。

【光洁度高】

玻璃钢夹砂管内壁直接与模具接触,表面非常光滑,无毛刺。 【施工安装快捷方便】

玻璃钢夹砂管采用承插式的连接方式,方便安装连接;接头处采用双O型橡胶圈,适应热胀冷缩。

【自重轻、运输安装方便】

玻璃钢夹砂管的重量只有钢管的1/4,混凝土的1/5。安装施工简捷方便,能大大缩短施工周期,降低安装费用。同时又可避免道路开挖暴露时间过长,影响城市交通秩序等问题。 【规 格】

内管直径:DN50mm-DN2000mm

玻璃钢夹砂管

【长度】

2m、4m、6m、12m

【压力等级】

0.2Mpa,0.6Mpa,1.0Mpa,1.6Mpa,2.5Mpa

玻璃钢夹砂管的特点

发布时间: 2009-9-7 浏览:3264次 正文字号:【大 中 小】

2、玻璃钢夹砂管的特点:

2.1 轻质、高强、高刚度:玻璃钢夹砂管有内衬层、缠绕层、树脂砂浆层和外防腐层组成,它的比重为1.7-2.1,为钢管的1/5,铸钢管的1/4,预应力混凝土管的3/4。由于在树脂砂浆层的两侧有纤维缠绕增强结构,该层的纤维含量为70%,完全可满足管线的强度要求。另外,由于树脂砂浆层处在缠绕增强层中将的低应力去,在不降低强度的情况下大大提高了管子的刚度。

2.2 防腐性能:玻璃钢的夹砂管的耐腐蚀性主要依赖于内衬层树脂的耐腐蚀性,而内衬层可以根据介质条件的需要选择不同牌号的树脂。玻璃钢夹砂管的内衬层是采用纤维增强了富树脂层,树脂含量达80%,可以保证管子防腐蚀、防渗漏。

2.3 水力性能优良:玻璃钢夹砂管内表面非常光滑,糙率系数小,不但新品是光滑的,而且使用若干年后,内壁仍光滑如初,无海藻等水生衍生物附着。水利系数C可长期保持在145-150范围内,经测试其水流摩阻损失系数f为0.000915,比混凝土管(f=0.00232)和钢管(f=0.00179)能显著减少沿程压力损失,提高输送能力20%以上。因此,在输送能力相同时,可选用内径较小的玻璃钢夹砂管,从而降低工程的一次性投资。

2.4 玻璃钢夹砂管的卫生性能:玻璃钢夹砂管道所用的原材料是不饱和聚酯和玻璃纤维通过一定工艺制作而成的,管道的内表面非常光滑,而且巴氏硬度在40以上,不饱和聚酯树脂本身通过了国家卫生防疫部门的认证,玻璃钢管道成品也通过了国家卫生防疫部门的检验,所以玻璃钢夹砂管道完全可以满足饮用水卫生标准,而且在国内已有20多年的实例。

2.5 抗震性能:由于玻璃钢夹砂管道介于刚性管和柔性管之间,所以它的抗震性能较好,在较强外力下不会出现变形、破坏,这是因为玻璃钢管道的变形在25%时,不分层、不裂纹。

2.6 耐磨性能:玻璃钢夹砂管道内表面采用耐磨性能高的树脂,可以大大改善产品的耐磨性,从而提高了产品的使用寿命。

2.7 耐低温性能:玻璃钢夹砂管可以在-40摄氏度不冻裂,管道的强度不降低。

2.8 环境适应性:玻璃钢夹砂管可适用于各种环境,如:海滩、海底、河流、山区、沼泽、沙漠和平原等,具有安装快捷、运输方便使用寿命长等特点。

3、玻璃钢夹砂管的规格 3.1 常用压力等级

3.2 常用刚度等级刚度SN(N/m²)2500N/m²、5000N/m²、10000N/m² 3.3 公称直径ф25-4000以内的系列管道

3.4 单根长度;夹砂玻璃钢管道的单根长度一般为12米/根以内的任意长度。

3.5 连接形式:该夹砂管道的连接形式有双密封”O“型胶圈承插连接、法兰连接、对接和承插胶接灯连接方式。

3.6 管件:为保证管道及管线能够满足多种连接形式,我们还配有符合GB、JB、HG、DIN等多种标准的法兰配置以及三通、变径、人孔等管件 3.7 玻璃钢夹砂管道的主要性能指标: 1)内表面糙率系数:0.0084

2)巴氏强度:大于40如需特殊压力级别和刚度级别,也可另行设计。

玻璃钢夹砂管的施工方法(1)

发布时间: 2009-9-25 浏览:3210次 正文字号:【大 中 小】

1、柔性轻质

玻璃钢夹砂管是一种复合材料构成的柔性管材,有弹性, 易变形。管材密度为118~211t / m3 , 管壁厚度一般是管径的1/ 50 左右。 2、高强低硬

玻璃钢夹砂管的强度远高于钢管, 但其刚度、硬度略逊于钢管, 这就对埋深和回填材料有一定的局限性。 3、耐腐蚀性好

玻璃钢夹砂管使用寿命长达50 年以上, 且不需做任何防腐处理, 可以抵御不同条件下酸、碱腐蚀,同时也提高了安装进程, 降低了工程量。 4、接头少、密封性好

每根管道长12m (标准长度) , 因此减少了泄漏点, 同时采用双“O”型密封圈, 因此密封可靠, 可边安装边试压。 5、易于修补

玻璃钢夹砂管可以切割、粘结、包裹等, 现场开眼、封堵, 制作弯头、管件等施工非常便利。

玻璃钢夹砂管装卸、运输、存放 1、装卸

因玻璃钢夹砂管硬度较低, 故装卸时的吊装绳应选用柔韧、较宽的吊带或绳, 严禁用钢丝绳、铁链等吊装管。管道的起吊可采用一个或两个支撑点, 但应保证管道在空中均衡, 不可将吊带(绳) 贯穿其两端, 以免勒坏承插口。吊带(绳) 在吊装其他物品时要注意保护, 特别是吊装开有坡口的钢管时不可将吊带(绳) 贯穿其两端, 这样容易割断吊带(绳) , 造成事故。 2、运输

管道运输时严禁磕碰, 不同直径的管道可以套在一起运输, 但两管之间必须用草袋或厚纸板隔开。卸管时不可将小管直接从车上拖下来。管道如数层叠放, 每层之间要有托架。 3、存放

玻璃钢夹砂管是柔性复合材料, 要求堆场场地平坦, 场地内不可有尖锐石子, 不可滚动, 同时也不宜长时间在日光下曝晒, 容易加速老化。

1、布管

布管工作是从堆放地点将标准定长的管道及管件沿已开挖的沟槽顺线排开。有时为了减少二次搬运的费用, 也可采用运输和安装同时进行的方法。布管工作所遵循的原则是, 将每根管沿沟槽摆放,摆放时应非常注意将每根管的承口方向朝向设计水流方向的反面。 2、管道的连接 3、密封圈承插口连接

连接时一般应逆水流方向连接, 连接前在基础上对应承插口的位置要挖一个凹槽, 承插安装后, 用砂填实。

连接时再检查一遍承口和插口, 在承口的内表面均匀涂上润滑剂(非石油产品, 如动植物油) , 然后把两个“O”型胶圈分别套在插口的凹槽内, 并涂上润滑剂。

管道连接时需采用合适的机械辅助设备, 对于大口径管, 在插口端将管道吊离地面, 以减少管道与地面的磨擦。如不用吊车, 也可以人工安装, 首先将抱箍分别套在最后安装和将要安装的两条管上,然后用两个手拉葫芦对称地将两个抱箍连起来, 最后两个人均匀一致发力, 将要安装的管拉进承口。 为防止把已安装好的管拔出来, 一般将两三条管用拉码连为整体。直径116m 以下的管道, 挖掘机一般能直接吊起, 在现场合理安全地使用挖掘机, 可以有效减少安装机械台班。在使用挖掘机作为顶进设备时, 一定不要采用起臂的方法进行顶进, 而应向前缓慢转动挖掘机的斗, 机斗与管口之间必须垫枕木。

4、对接包缠连接

由于受制作和安装精度的限制, 有些情况下, 要求在施工现场把标准长度的玻璃钢夹砂管和管件切成所需长度的短管和附件。有时多点开工, 当两管路碰头时也时常会遇到类似的情况。在这种情况下, 对接包缠连接是一种最佳选择。包缠连接涉及到技术专利, 一般由玻璃钢夹砂管厂家派人在现场制作。 5、管道借转

玻璃钢夹砂管线对于垂直和水平方向的缓慢转弯, 可以借助于承口与插口之间允许借转的角度来实现, 有助于其水利特性的发挥, 可以减少水头损失, 减少管道弯头的数量。管路允许用的转角、几

何半径由有关规范确定; 在管沟开挖之前就应考虑借转角, 在实际施工之中, 对于垂直借转的时候,还应当考虑由于地基沉降而占用的借转角, 因此实际借转半径应比计算值大一些。 6、接头打压

管道安装前在承口上位于两胶圈之间的位置上,钻一个打压孔(也可委托厂家在出厂家前钻孔) , 安装完每一节管后用手动打压机打压。打水压至115倍管路工作压力, 每一道承插口均应以10min 的时间保压, 以确认不泄漏, 打压完毕用镀锌螺栓封堵。 玻璃钢夹砂管回填 由于玻璃钢夹砂管属柔性管, 要使其发挥正常的作用, 必须在施工之中强调回填的重要性, 使得管道和土壤之间形成一个良好的作用体系。玻璃钢夹砂管道的挠曲变化是评估埋设的柔性管道回填质量和使用性能的一个重要指标。管道两侧回填料所提供的反力, 取决于回填质量, 从而影响到整个管道的应力一应变状态, 这一点必须引起施工单位的重视。

玻璃钢夹砂管道的施工, 应尽量使基槽开挖、管道安装和回填连续进行, 尤其是安装完毕后的管,应立即回填, 以防止浮管。

大多数粗粒土可用作管道基础材料和管区回填材料, 在离管道150mm 以内, 不得有直径大于25mm 的岩石或坚硬土块。管区(规范将垫层面至管顶上300mm 以内称为管区, 其上为非管区。管区下部70 %管高部分为主管区, 上部30 %管高为次管区) 回填料必须与管沟的自然土壤相协调, 以防止管沟中的自然土与回填材料相互迁移。沟槽回填之前应排除沟槽的积水。首先将管道两侧拱腋下均匀回填, 然后在管道两侧同时进行分层夯实, 夯实密实度至少为90 %以上, 以形成完全支持。 主管区回填每层厚度200mm , 密实度大于90 %; 次管区用较干的松土回填, 不能重夯, 只能轻夯, 密实度大于80 %。在此以上的回填土夯实程度根据情况而定, 具体内容参阅相关规范。 回填质量的控制

回填土的侧面支撑程度, 即回填的密实度, 是决定玻璃钢夹砂管道回填质量好坏的指标, 一般来讲, 玻璃钢夹砂管道的施工控制, 是依据土壤条件和采用不同的压实机械, 回填后控制每根管道挠曲变化, 通过施工回填后垂直于地基方向的直径变化,所得的数据以确定回填是否合格。 挠曲值的测量

径向变形应在管沟回填至地面约24h 后予以测量。变形量是用棒状测定仪在直管的中心处, 垂直方向测定, 在测定时, 要用记号笔标示。通过测量径向变形来检查管道铺设工作完成的好坏, 对于检查管道基础和回填夯实的程度尤为重要(一般一根管至少测量三处, 要求最大的变形量不超过规范和设计要求) 。

计算径向挠曲量: 挠曲值( %) = (实际内径-安装后垂直内径) / 实际内径×100 %。 管道回填应注意事项

在管沟回填过程中, 应保护管道免受下落石块的冲击、压实设备的直接碰撞和其它潜在的破坏。玻璃钢夹砂管是脆性材料, 抗冲击力很小, 一旦遭到冲击的破坏, 很容易受损坏, 出现内衬部分的裂纹, 以致引起泄漏。

在管顶覆土300~500mm 以上时, 才允许直接使用滚压设备或重夯, 但应取得厂家允许或给出相应的覆土厚度。

应在左右对称的情况下进行管道回填, 不对称的回填, 容易导致管道偏移。

常见的浮管现象及预防办法 1、雨水浮管

施工时密切注意天气预报, 尽量避免雨天施工, 管道安装好后应及时回填, 下班时不可将管口堵死。

若沟槽回填达不到设计标高, 下雨后要值班抽水, 控制沟槽积水。 2、地下水浮管

玻璃钢管管腔回填一般用粗砂或石粉渣, 这类填料对管道磨擦下, 若管顶覆土不够, 很易浮管。预防办法: 在不能一次回填到设计标高的情况下, 可按地下水渗水量大小, 每隔一段距离就设一集水井降水。在对砂或石粉渣进行灌水密实时, 不可一次灌水范围太大, 同时也要加强排水。 3、抽水浮管

沟槽积水时间过长, 抽水时浮浆或未密实的石粉渣回落, 可拱起管道。预防办法: 放缓排水速度, 水位降过管顶后可在管道上临时覆土。管道浮起后先用人工清除管腔回填物, 使其自然回落, 严禁用挖土机压管。浮起严重的要拔出重新安装, 安装前要仔细检查管口和胶圈有无受损, 凡浮起过的管回填前必须再次打压, 合格后方可回填。玻璃钢夹砂管在装卸、保管、回填等环节比其它管材要求严格, 但因它有质量轻、单位长度长、安装方便的优势, 其它管材无法比拟, 故只要严格按规范和设计施工, 可以有效降低施工成本, 缩短施工工期。

大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术

摘要:介绍了上海浦东新区张江集镇1#、2#(合建)泵站的雨水进水管,管径DN2700和DN3000的大 直径顶管以及管径DN1800的曲线顶管在复杂环境下的施工技术,由于施工措施合理,使顶管精度达到 规范要求,顺利贯通,为类似工程施工积累经验。

关键词:排水工程;大直径顶管;曲线顶管;施工技术;施工措施;上海市浦东新区 摘自:城市道桥与防洪.2005.第6期

1 工程概况

某雨水泵站工程包括雨水泵站和雨水管道两部分。雨水管道有高科路东端工作井到泵站的DN2700顶管,西北方向高斯路的

1接收井到2工作井的DN1800曲线顶管、西南2接收井到2工作井的DN2400顶管,2

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工作井到1工作井的DN3000顶管和1工作井到泵站转折井的DN3000顶管(详见图1)

2 工作井施工 2.1 施工顺序

该工程按照设计图纸,结合现场实际情况决定各工作井施工顺序为先逆作法施工1工作井,再逆作法施工2工作井,最后逆作法施工2接收井,1接收井属原井改造,泵站转折井随泵站施工完成。顶管施工顺序为:从1工作井先顶进DN3000管,穿越马家浜进入2工作井,再从2工作井顶进DN1800曲线段,再从2工作井顶进DN2400管进入2接收井,最后从1工作井顶进DN3000管,进入泵站的转折井。 2.2 工作井基坑SMW工法桩围护施工技术

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工作井为圆形井,基坑内径Φ10.6m,开挖深度13.62m,SMW工法桩(Φ1200双头水泥搅拌桩一隔一跳插HN500×200型钢)围护。

地面标高5.12m,卸载3m深至2.12m,卸载宽6m。卸载后基坑开挖深度10.62m。H型钢长18.50m,顶标高2.62m,伸出圈梁面0.5m。搅拌桩比H型钢深2m。桩顶圈1200mm ×600mm,圈梁面标高2.12m。(见图2)

2.2.1 搅拌桩施工工艺流程

水泥搅拌桩二次喷浆三次搅拌为宜,施 工流程如下:

2.2.2 HN500×200型钢插入

把H型钢焊接至18m长 桩架就位 用水准仪及经纬仪定位H型钢 H型钢打入或振动压入 制作钢筋混凝土圈梁600mm×1200mm

2.3 工作井内衬结构墙逆作施工技术 结构全高10.62m,分四段施工。

圈梁和第一段,标高2.12m~0.00m,

挖土,浇筑内衬墙和圈梁;

第二段, 标高0.00m~-3.90m,挖土,浇筑内衬墙;

第三段, 标高-3.90m~-6.50m,挖土,浇筑内衬墙;

第四段,

标高-6.50m~-8.50m,

挖土,先浇垫层和底板,再回筑第四段内衬墙。

每节内衬结构段的施工,土方挖到分段标高后,沿基坑周边往下挖0.8m宽1m深的沟槽,焊接内衬墙结构钢筋,其竖向钢筋下端分别伸入沟槽0.3m和1m,然后对沟槽分层回填黄沙夯实,再50mm厚C10砼垫层铺平到开挖面,接着安装节段模板,浇注节

段砼。

节段施工缝的止水,是在节段底部砼垫层面,靠内排钢筋安设一圈150mm×150mm的木条。木条于下一节段土方开挖时扣出,形成节段间高低差止水缝。(见图3)

图3 内衬墙第一节段施工

3 大直径(DN3000)直线顶管主要施工技术 3.1顶管掘土机型式选用

顶管掘进机的选型,针对该工程覆土层厚(2~3)D,D为顶管内径,“F”型钢筋混凝土承插管,沿线地面建筑物虽不多,但在顶进过程中,要穿越马家浜河,河中覆土厚度约h=2~2.5m ,过河之后要在张江路下穿过,进人2工作井,张江路两侧各种管线较多,需要保护,根据这个特点,选用多刀(四个小刀盘)土压平衡掘进机。此种掘进机纠偏灵活,方向容易控制,对土体扰动小,地面变形小,排除障碍物能力强。 3.2 工具管的出洞技术

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3.2.1 工具管进出洞地基加固措施

顶管施工中的进出洞是一项很重要的工作,由于顶管所处的地层含水量大,扰动后易塑流的特点,为防止机头进出洞时地下泥水的涌入,确保机头进出洞时的安全性和可靠性,我们采用压密注浆技术对进出洞口周围的土体进行“窗”式加固措施,加固范围为上下左右超出洞口边2.Om 、轴线方向伸出搅拌桩3.Om 。加固后,使这一部分土体在工具管进出洞开洞时,不发生土体塌方现象。

3.2.2 工具管出洞技术措施

工具管全部安装调试完毕后,准备顶进

前,采取如下技术措施:

(1) 管顶进至离洞口0.5~1.0m 处停止。

(2) 按照原设计要求,在出洞前将H 型钢全部拔除。为确保安全,增大后靠背承受的顶力,后靠背位置处型钢待顶进完成,再将其拔除。考虑到DN3000 顶管预留洞口直径为4.0m ,该范围内共计有4~5 根H 型钢,如果全部拔除型钢后,该范围内的搅拌桩将被破坏,从而人工进行开洞的时候,带来一定的安全隐患(如搅拌桩土体塌落等),故决定两个洞口处各留2 根H 型钢,暂不拔除,待开洞凿除搅拌土后再将其拔除。

(3) 在确保安全的情况下,用空压机凿除井壁洞口,将凿除物清理完毕。

(4) 为防止工具管出洞时产生叩头现象,采用延伸导轨,并将前3节钢筋混凝土管与机头做成可调节的刚性连接。

(5) 推进工具管,直到洞口止水圈能止水为止,静候3~4h,测出静止土压力,结合理论数据定出推进土压力控制值。

(6) 继续前推工具管,在安装第一节管前,应将工具管与导轨之间进行限位焊接,以免在管顶缩回后,由于正面土压力的作用,将工具管弹回。 3.3 工具管的进洞技术方案

(1) 当工具管推进至距接收井壁30~50cm 时,停止推进。

(2) 在确保安全的前提下,拔除洞口H 型钢,用空压机凿开壁洞口,速将工具管推进接收井。

(3) 继续推进,直至推进至设计要求位置为止,将工具管与最后一节顶管脱离。

(4) 将工具管吊起,将井内杂物清理完毕,然后将顶管外壁与预留孔间间隙堵住,并安插好内径为2cm 引水管。

(5) 洞口止水圈装置。 3.4 顶力的理论计算

1#

顶管工作井~2#

顶管接收井段的顶力。

F=F1+ F2=2980 + 1180=4160kN 式中:F1—正面阻力

F2—顶管周边摩擦力

顶管实际最大顶力为3750kN,理论值偏大11%。

工作井内布置4 只顶力千斤顶,每只千斤顶顶力2O00kN。 3.5 中继间设置

根据设计院提供的资料,工作井所能承受的最大顶力为480t(小于管材纵轴最大允许轴力),由于泥浆剪力取小值,为安全起见当总推力达到中继间总推力的70%时,开始安置中继间,在长距离大口径的顶管中、,中继间的安放相当关键,在该工程中,顶管的长度为134m ,由于泥浆套性能良好,在顶进了6Om 之后,顶力增加很小,虽然在中间设置了中继间,但一直没有启用,直至顶进2#

工作井。 3.6 顶管穿越马家浜

顶管穿越马家洪河道时,考虑到最大覆土为3m,属于浅覆土。在穿越河道时,采取以下二种措施:(1)当顶近至河道边时,放慢顶进速度,一般顶进速度为每分钟3~3.5cm,由于在穿越河道时考虑到覆土层较浅,顶进过快会使河道底土体开裂,故采取放慢顶进速度,控制在每分钟1~2cm;(2)减小同步注浆压力,一般注浆压力为0.1

MPa ,过河道时注浆压力控制在0.05~0.07 MPa,并随时观测顶管工具管内压力表的变化及工具管和管节接口是否渗水。一旦发现有渗水现象,立即停止顶进。

4 DN1800 钢筋混凝土曲线顶管施工技术 4.1 工程概况

该曲线顶管工程位于张江路2#

工作井至高斯路1#

接收井,全长215.5m,其中进出洞口为两段直线段,长度分别为21m、13m;曲线段长181.5m,曲线半径为450m,顶管覆土层平均厚为H =6.8m,管径DN1800mm,管材选用“F”型钢筋混凝土承插管。

顶管两侧为一排居民楼,相距10m左右,由于相距较远,在顶管施工时对居民楼影响较小,并且在顶管施工前,做了详细的勘察工作,对年代久远的地下管线进行保护,工具管选型同DN3000顶管。 4.2 曲线顶进推力的理论计算 全程顶进阻力

F总=F0+ F1+ F2=312+463+2708 =3483 kN

式中: F0——工具管顶面阻力

F1——直线段管壁综合摩阻力 F2——曲线段管壁综合摩擦力

4.3 中继间设置

根据总推力及工作井后靠背所能承受的最大顶力以及管轴向允许推力,取工作井所能承受的最大顶力为3700kN (管材大于此值),而顶进总顶力为3483 kN,基本相近。故在曲线中间设置一个中继间,完成了该段曲线顶进。

4.4 管接口接缝张开计算 管外接缝最大(S1) S1=(L×D)/(R-r。)

=(2.0×2.16)/(450-1.08) =9.62mm

管内接缝最大张开计算(S2) S1=L×(D-t) /(R-r。)

=2.O×(2.16-0.18)/(450-1.08) =8.82mm

管内接缝最小张开计算(S3) S3=L×t/(R-r。) =2.O×0.18/(450-1.08) =0.8mm

4.5 曲线顶管管缝控制

曲线顶管的管缝控制非常重要,如果管缝张不开就形不成曲线,张开过大,将造成顶管纵向失稳,特别在粉质粘土中顶管,在管缝形成后,如果纠偏控制得不好,其偏离趋势会越来越大,虽然可以通过纠偏千斤顶纠偏,但这种偏差不是一下子能纠回来的,这样顶管的线形往往形成蛇行,而且最大偏差值往往超过规范允许范围,如果管缝张开过大,会给工程带来危险,故在该工程中管外最大开口间隙控制在20mm值,以避免顶管接口张缝过大造成渗漏。该DN1800顶管最小曲率半径:Rmin=(LD+ S1r0)/ S1=217m 4.6 曲线顶管的测量

曲线顶管工程的测量是整个顶管工程质量的关键,它的实施好坏影响到管线线形的圆顺,甚至影响到顶管的顺利贯通。因此要精心实施确保无误。

该工程曲线测量包括高程测量和左右偏差测量两部分:

(1) 高程测量较简单,在地面上把永久性水准点引测至井边,通过垂直吊钢尺引测至井下,设临时水准点。再在管道内架设水准仪测至机关内标靶,即可知道工具管高

程偏差。此水准还可从工具管测出来,闭合差按二级水准控制。

(2) 左右偏差测量较复杂,在直线顶管中,我们可以在后座设一激光经纬仪,在满足通视的条件下,直接看工具管内标靶就可知道左右偏差,而曲线顶管却做不到,因为管线线形是圆弧形的,后座内激光经纬仪不能一镜子看到底。因此需在管道内布置移动测站。

(3) 我们在井内后座处设置一个固定仪器墩,上架测距仪(测角精度2 ",测距精度3+5pp):在管道内布设移动测站,采用弧形钢板固定在管壁上;在井边设置固定脚架,上架棱镜,这样管道内就布设成了延伸导线,按导线法进行测量。方法是从井内测井边固定棱镜,作为起始导线边,然后从井内测管道内第一台全站仪,通过导线法传递,一直测到工具管内棱镜,通过测量专用程序算出管中心坐标,与设计坐标比较,得出工具管的实际偏差。

(4) 井边棱镜的坐标和井内对中仪器墩中心坐标通过地面上已知的控制点放设,方法是三角测量,其误差控制在允许范围内。此两个坐标是工程曲线管测量的关键,需定期复核,一般每50m复核一次,进洞前加密测量。根据复核的结果修正起始点坐标。

(5) 接收井预留洞间隙:考虑到施工存在误差,机头操作也存在误差,我们把管内导线测量误差控制在△1=±25mm,顶进误差△2=±50mm ,△=△1十△2=±75mm ,因此预留贯通洞,每边富裕量定为75~100mm 是合适的。 4.7 减阻泥浆的运用

顶进施工中,减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的主要措施,顶进时通过管节上压浆孔,向管道外壁注入一定量的减阻泥浆,在管道外围形成一个泥浆套,顶管顶进时在泥浆中形成一组剪切面,从而减少顶进时的顶力,泥浆套性能的好坏,直接关系到减阻的效果,在工具管尾部环向均匀地布置了四个压浆孔,用于顶进时同步跟踪注浆。减阻浆液的性能要稳定,施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结,既要有安全良好的流动性,又要有一定的稠度。

在压浆支管处的浆液压力一般应控制在略高于静止土压力,在顶进施工中,减阻泥浆的用量,主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特征,一般按管壁外填充空隙5cm 计算理论压浆量,由于泥浆的流失、渗透、地下水的作用,泥浆的实际用量要比理论体积大得多,可达理论体积的4~5倍,但在环境复杂的地段,还要通过地面的变形测试,适当的调整压浆量。

玻璃钢管生产工艺及国内发展现状

玻璃钢管生产工艺主要有三种类型:往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺以及离心浇注工艺。

往复式纤维缠绕工艺(属于定长法):在这种工艺方法中,浸胶槽随转动的芯模作往复运动,长纤维玻璃丝以一定的斜角相对于芯模轴辅放,辅角(即缠绕角)受浸胶槽的移动速度和芯模转速之比控制,浸胶槽的平移运动由计算机化的机-电控制。缠绕层数逐渐增加,达到设计的壁厚为止。缠绕完成后,使制品中的树脂基本固化。固化后,从玻璃钢管中脱出芯模。

连续式纤维缠绕工艺(属于连续法) :该工艺是管子在运动中通过一个供给树脂预浸无捻粗纱,短切玻璃钢纤维和树脂砂混合物的供料站,管子是在芯模连续不断的前进中制成的。

离心浇注工艺(属于定长法) :在此工艺中,用切断的玻璃纤维增强材料和砂,喂入固定在轴承上的钢制模具中,在钢模一端注入加催化剂的不饱和树脂,使其浸渍增强材料,在离心力作用下,树脂置换出纤维及填料中的空气,从而制造出无孔隙的致密复合材料,由于离心力的作用管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层,管材在较高温度下固化。用这种方法制造的管又称玻璃钢夹砂管。

目前世界上采用往复式纤维缠绕工艺制管的厂家比其它两种生产工艺生产厂家多的多,原因之一是往复式纤维缠绕工艺制造的玻璃钢管具有更广泛的用途,适用性比较好。

我国从70 年代开始小批量生产玻璃钢管,经过20 多年的研制及工程实际应用情况表明,我国玻璃钢管道工业发展比较缓慢。与发达国家相比,在原材料、工艺装备、技术管理、工程设计、产品标准、施工规范、应用范围等方面都存在很大差距。

1. 树脂

国外FRP管用树脂性能高、品种全、系列化;间苯型不饱和聚脂已占30%多,已逐步成为通用型不饱和聚脂树脂,根据不同用途的需要,有多种专用树脂和助剂满足使用要求。

目前国内年产500吨以下的不饱和聚脂树脂厂200多家,生产总量约占全国总产量的60%以上。但是有些小厂设备简陋,检验、技术管理落后,品种少,质量差。近年来全国已引进了五条不饱和聚脂生产线,但目前间苯型不饱和聚脂树脂产量极小、价格很贵。其它高性能专用树脂几乎没有。环氧树脂产量小,价格贵,这些都影响了使用。

2. 助剂

助剂在生产加工过程中起重要作用,又直接影响制品的性能,助剂是玻璃钢生产中不可缺少的一部分,但是目前国产的品种少,不配套,质量差。

国外有适合缠绕需要的并配套有多种专用浸润剂的无捻粗纱、毡材、方格布等。规格多,品种全,质量优,满足使用要求。国内除少数引进玻纤生产厂有用专用超饶浸润剂的无捻粗纱外,大部分玻纤厂生产的无碱、中碱缠绕无捻粗纱缺少专用浸润剂,因此浸润性差。毡材有的厚薄不均,所以国内增强材料规格、品种都不能很好满足生产FRP管的需要。

3. 生产中的不足之处

国内目前已有引进和自制管、罐生产线29条,而现在利用率只有20%左右,缠绕成型工艺只占其它成型工艺地3.5%,有待进一步开发市场,充分发挥现有设备的生产能力。

目前大口径管件多采用手糊和喷射法成型,不配套、质量差。很多玻璃钢厂缺乏技术人员,职工文化低,专业素质差,形成了产品无设计,选材无标准,检测无手段,产品无检验的局面;在制作玻璃钢管道时,用原材料,常以次充好,偷工减料,因质量造成一些管道渗漏事故和经济损失,从而使用户对玻璃钢制品产生了很大的心理障碍,影响了玻璃钢管的信誉和推广应用。

国内至今还没有对于FRP 管的原料、设计、生产、检测、安装、施工等系统的技术标准和技术规范,这就使大口径玻璃钢管的使用缺乏设计依据。

探讨一下对埋地式玻璃钢管道设计及应用

本文简要的探讨了玻璃钢管道在设计、应用当中的几个问题,意在提请设计、生产、用户等注意,玻璃钢管道属发展较快的复合材料,后来者居上,其应用前景非常看好,同时其设计也较为复杂,选择玻璃钢管道不是简单的购买定型产品,其诸多问题应予以重视。以下几点是笔者工作实践的一些总结,欢迎批评指正。

1、前言

玻璃钢管道是一种柔性管道,和常用的球墨铸铁管、混凝土管、钢管等管材性能显著不同,必须选择适合于玻璃钢特有属性的安装参数,才能达到预期的工程使用寿命和性能。压力管道的管道壁厚、结构铺层、刚度、内压、垫层厚度、安装型式等均应该通过设计确定。不同的生产厂家提供的管道由于对设计参数、安装施工条件理解的不同可能存在较大差异。很多厂家只能按照引进的生产线计算机控制程序进行玻璃钢管的生产,输入刚度、压力等参数,计算机算出一种设计方案即进行生产,而不能进行真正的设计,不能与设计人员实现“互动式”设计,从而不能提供完整的设计产品,表面上看管道没有什么问题,但玻璃钢管道是由多种材料复合而成,其设计较为复杂,不能准确的进行设计,也就不能生产出完全满足设计要求的产品。笔者曾见到一些厂家生产的DN350、1.0Mpa的管道壁厚仅6mm,达不到标准要求的最小厚度的要求,还有些厂家生产的DN600的管道自0.6~1.2Mpa其壁厚完全一样,刚度远远超过设计要求,造成浪费。因此,建议玻璃钢生产企业、用户、设计部门均应该在认真研究应用条件的基础上,提出必须的设计参数,而生产厂家更应该提供详细的设计文件,包括结构设计、工艺设计参数,待审查确定后作为生产控制的依据。 2 设计压力的确定

供水管道应按照管网节点流量平衡原理推求分段流量、管径、水头损失,再根据控制点要求的自由水压和地面标高推求各管段的水压,按照最不利供水节点的控制自由水压取10.0m计,自由水压为水压标高减去地面标高,水压标高应从最不利供水节点向水源点或供水点计算。由于管道沿程及局部水头损失的消耗,管道按动水压力进行确定时压力明显小于静水压力,因此,设计压力应按静水压力作用下进行分段确定,对于地形起伏较大地段或比较重要的工程还应进行波动压力、真空压力分析计算,确保管道的正常运用。

管材的压力等级应大于或等于输水管系统中工作压力和波动压力叠加后的最大压力被1.4所除的值,即Pc≥(Pw+Ps)/1.4,波动压力一般取工作压力的0.4倍。

JC552-94及JC/T838-1998标准规定的内压等级为0.6、1.0、1.6、2.0Mpa,此规定仅是一个初步的确定,实际运用当中还应根据设计确定的压力等级进行选择,生产厂家根据压力等级进行结构层设计,建议按Δ=0.2Mpa作为压力等级级差。如果仅简单按标准要求进行划分,则会造成较大的价格差异。对于管径小于600mm的管道更应该引起注意,有些供水工程虽然只有8~10km管道,但从地形及水力学计算分析上看,至少可以选择两~三种压力等级的管道,但设计者、业主对此没有引起重视,简单的、笼统的选择一种压力作为管道设计压力,造成资金的浪费。某供水工程选择DN350mm玻璃钢管道,长42586m,设计压力自

1.0Mpa~1.6Mpa,方案一按1.0、1.6Mpa选择,方案二按设计确定的不同设计压力选择,某厂家报价仅管道直接费用就相差114万元,可见差异之大。 表1 不同设计压力管道价格对比表

3 结构设计的几个问题 (1)

内衬层树脂选用

JC552-94(纤维缠绕增强热固性树脂压力管)及JC/T838-1998(玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管)规定玻璃钢管道内衬层可以采用7种不同规格的树脂,CJ/T3079-1998(玻璃纤维增强塑料夹砂管)要求树脂、纤维等应符合相关规范的规定。其中间苯型不饱和聚酯树脂、邻苯型不饱和聚酯树脂在供水管道中为最常用,由于水质的要求,内衬层必须选择食品级不饱和聚酯树脂,从当前工程应用情况看,大多厂家选择食品级间苯型不饱和聚酯树脂,该种树脂具有中等粘度和高反应活性,符合食品用储存介质的要求。

供水工程所采用玻璃钢管对内防渗层树脂有明确的要求,要无毒、防渗、耐磨,具有较高的破坏延伸率ε,这样防渗层应采用价格较贵的间苯性不饱和聚酯树脂,但有的厂家采用价格较低的邻苯性不饱和聚酯树脂,厚度也相当薄,倘若此层出现裂纹,经长期运用后纤维容易浸入水中,造成水质污染,因此,在招标文件当中必须加以严格限制。 (2)内衬层厚度确定

玻璃钢管道管壁通常由内衬层、结构层、夹砂层和表面层组成,壁厚需要通过结构设计确定,各层的材料组成及主要作用见表2。

表2 玻璃钢管管壁各层材料及主要作用

内衬层是由表面毡增强的内表层和短切毡增强的次内层组成,其作用是保证管道系统在一定

的压力下能安全正常地输送物料和长期稳定的工作,因此,要有较好的防渗、防腐性能,同时还有一定的表观刚度。

CJ/T3079-1998规定内表层不小于0.5mm,内表层和次内表层厚度不小于1.2mm,JC552-94规定具有防腐蚀、防渗漏性能的内衬层最小厚度为1.2mm,JC/T838-1998未规定最小厚度。内衬层厚度主要取决于防渗,其中内表面层树脂含量高达90%,是防渗、防腐的第一道防线,其次取决于刚度、压力等级等。由于玻璃钢管道是一种复合材料,壁厚应按照复合材料层合板理论通过叠加计算而得,实际应用当中,建议对于DN600以下的管道内衬层不小于1.5mm,DN600以上管道应由生产厂家通过计算确定,用户在招标文件中应明确规定生产厂家提供详细的结构计算书。如果内衬层较厚,有可能延长使用寿命,但这样的结果一不经济,二易出现开裂,增加渗漏的机会,因此不是越厚越好。对于输送介质泥沙含量较高的管道还应该对内衬材料特殊要求,比如要求采用聚酯树脂ASLL 976,该种树脂在耐磨蚀性方面比HLR 901要好得多,或者在树脂中加入耐磨材料AL2O3,提高内衬层的使用寿命。

(3) 管壁厚度确定

管道壁厚由内衬层、结构层、外保护层三层组成,其中外保护层厚度一般在设计上不予考虑,有些设计部门建议在招标时明确管道最小壁厚,有些认为这是生产厂家的事不需要进行限制,下面简单分析一下。

JC/T838-1998 规定,壁厚由结构设计确定,最小壁厚必须在公称直径的90%以上,平均厚度不小于公称厚度。CJ/T3079-1998 规定,最小壁厚应不小于经规定程序批准的图样和技术文件规定的标称厚度的87.5%,平均厚度不小于标称厚度。

JC552-94提出管的厚度由内压失效环向应力确定,以内压设计为基准,结构层厚度由直径、压力等级、失效环向应力和安全系数等计算确定,其计算公式为:

按F=6计算某工程所需的管道壁厚与某一投标厂家所报的管道壁厚对标见表3。 表3 管道壁厚计算对比表

标准最小

内衬厚度 t1(mm) 1.5 1.5 1.5

计算管壁厚

管壁厚

T1+t2(mm)

6.2 7.8 9.4

(mm)

设计压力 Pw(Mpa) 0.4 0.6 0.8

内压失效环

管内径

向应力 D(mm) 400 400 400

σ0(Mpa) 150 150 150

某厂家 提供壁厚 t2(mm) 7.5 8.5 8.5

6.3

1 1.2 400 400 150 150 1.5 1.5 11.1 12.6

9.5

9 9

注:标准(JC 552-94 附录A表A1)最小管壁厚指结构层最小厚度,本文将1.5mm内衬层厚度也加上。

由上表可以看出,计算管壁厚大于标准最小管壁厚,但厂家提供的管道壁厚有些压力下明显小于标准最小壁厚及设计壁厚,但从其提供的设计计算书及工艺设计来看,管道刚度、安全系数、强度等各项参数均满足设计要求,工艺设计决定结构设计的合理性,厂家认为是合理的,所以在标书中限制最小壁厚存在一定困难,由于玻璃钢管道及夹砂管道的壁厚主要取决于铺层设计,因此,建议用户和设计部门在标书中明确生产厂家必须提供结构铺层设计,用以确定管道壁厚,且成品管道的最小壁厚必须在公称直径的90%以上,平均厚度不小于公称厚度。一旦生效后,大一些的工程最好进行驻厂监造,严把质量关。 (4) 结构层铺层设计

缠绕结构层的作用主要是承担管道结构的强度和刚度,结构层的作用不仅与原材料有关,与工艺技术关系也很大,如果不注意施工技术,不但强度和刚度发挥不出来,甚至影响管道的防渗性能。

结构层主要是由玻璃纤维、树脂、石英砂(夹砂管道)等材料构成,用户应要求生产厂家提供详细的结构设计、铺层工艺设计等,验证未来使用的管道是否是按设计要求制作的,以保证管道的管体和接头具有较高的力学指标。

对于一些管径较大的、比较重要的引水工程管道在计算书中应明确反映:①根据轴向和环向强度要求进行铺层设计;②按确定的铺层设计进行刚度计算分析,校核铺层是否达到设计刚度要求;③按埋地式管道进行设计计算,校核内外压安全系数等是否满足要求;④必要时还应按用户特殊需求进行其他分析计算,比如地震动力分析等;⑤设计文件明确土壤力学参数及安装类型。 (5)刚度

夹砂玻璃钢管道标准(JC/T838-1998)规定管道刚度一般为1250、2500、5000、10000N/m2,也可以根据用户要求结合实际情况提出刚度值。所谓刚度全称应是工程管刚度,它是用以衡量地下管在承受土压荷载作用下,抵抗管径变形的综合的技术参数。计算公式如下: Sp=Eyf·t3(12·D3) 上式中各符号的含义如下: Sp-工程管刚度(Pa); Eyf-管道环向弯曲弹性模量; t-管壁计算厚度;

D-管子平均直径;

由上式可以看出,工程管刚度越大,管道的环向弯曲弹性模量也越大,而环向弯曲弹性模量与管壁的拉伸刚度成正比。

CJ/T3079提出按标准进行刚度测试,初始管刚度S(N/m)按下式计算 S=0.0186×F/⊿Y (N/m ) F=W/Lx N/m

⊿Y=dm×规定的相对变形(3%~5%) m W-荷载N Lx-管段长度 m

Dm=De-e De-管外径 m、 e-管壁厚 m

对地下埋设管来说,作用在埋设管上方的回填土荷载及活动荷载,将引起管道垂直方向减小,水平方向直径增大,发生所谓的椭圆化作用。在管道发生椭圆化的过程中,管壁水平侧向外移,引起管道两侧土壤的被动阻力,这种阻力有利于管道对外荷载的支承。回填被动阻力的大小,决定于土壤的类型、土壤的密度、土壤的覆盖深度以及有无地下水等因素。土壤被动阻力越大,管道的变形就越小。因此,对地下管而言,正确的施工技术,就是要尽可能增加土壤的被动阻力,以防止管道的过大变形。

管道的刚度表示了管道抵抗外部土载、活载、水压及负压等的能力,初始环向刚度应符合表4要求。 表4 玻璃钢管初始环向刚度

2

2

玻璃钢管道是多层结构,每一层都承担一定的管壁环向刚度和轴向刚度,包括内衬层,而每一层材料都涉及到选材、铺层顺序、铺层厚度、铺设角度等等,因此对这些因素进行设计,才能达到合适的层合管壁刚度,从而确保工程管刚度的实现。

尽管国内有数以百计的玻璃钢及其制品的生产企业,但真正能够进行玻璃钢管道设计的并不多,笔者在网上查看各类玻璃钢企业的网页,竟然没有看到专门探讨设计的篇章。玻璃钢行业竞争激烈,很多厂家不愿意提供更为详尽的设计材料,但是好的设计才能制造出好的产品,因此,建议设计部门根据需要提出合适的工程管刚度,用户在招标时要求生产厂家根据工程管刚度进行详细的结构设计、工艺设计,并作为投标文件、合同文件的重要组成部分,生产厂家则根据要求的刚度进行层合管壁刚度的设计,为用户提供满意的产品。

JC552-94未规定工程管刚度,但CJ/T3079-1998提出管刚度在1250~10000N/m2,且该标准也适用于玻璃钢管,因此,玻璃钢管及夹砂管的设计均应提出要求的工程管刚度,由生产厂家进行设计,使用当中应注意与管壁刚度的区别。

另外设计上还要注意管道的松驰性,同其它许多工程材料一样,玻璃钢管也有松弛性,它是由长期实验得出的。松弛性是用来确定安全工作载荷的,例如刚度比(SRA):SRA=长期刚度/短期刚度。增强的和非增强的塑料制品,标准的制定是以这种材料在应力作用下发生蠕

变为前提,由于有蠕变发生,就导致这种材料的物理性能将随时间的增加有所变化。因此,通常是以50年(长期静水压设计基准)的强度为产品制造设计基础。表5显示不同运用年限长期刚度与短期刚度的比值。

表5 玻璃钢管不同运用年限刚度比

因此,设计部门、用户、厂家在进行管道刚度确定、生产时应特别注意。 4 水压试验及接口小压试验问题 (1)水压试验

《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程》CECS129-2001及《给水排水管道工程施工及验收规程》GB50268-97均规定:管道安装后应尽早进行水压试验,每次水压试验长度不宜超过1km。具体到工程而言,对于长距离供水工程由于受地形限制,管道设计一般随自然坡度及采用埋地式设计,有些地段同一压力等级连续长7~10km,有些地段一个压力等级可能只有不到1km。水压试验的目的是验证管道的渗水量是否符合规程要求以及检验管道的总体质量,水压试验分段长度应结合管径、水源点、地形条件、土壤条件、堵头位置等综合考虑。某供水工程管径DN350~DN400、设计压力0.6~1.6Mpa,全长150km,设计部门在招标文件中明确指出水压试验分段长度一般3~5km,最大不超过10km。施工当中,经设计、监理、施工单位认真研究分析,根据堵头位置、压力等级确定了现场分段试压长度,其中部分管段分段试压情况见表6,经过详细周密的计算分析、准备,各分段均一次试压成功,经运行未发现任何问题。 表6 某工程部分管段分段试压情况

因此对于中小型管道,分段长度可以适当放大,但必须要有详细周密的措施保证,防止出现管道变形、接头错位等问题。

(2)接口小压试验

采用双“O”型橡胶密封圈连接的玻璃钢管道,承插口的两道密封圈之间留有一定的孔隙,通过在两道密封圈之间安装打压嘴进行压力检测可以很快发现接头安装的是否正确,俗称“小压试验”。小口径管道施工一般均不做要求,通过水压试验来验证安装的正确性。但通过对几个工程的实施发现,由于受安装工人的素质影响,个别管道安装仍然受人工、气温影响较大,因此对于地形起伏较大、气温变化剧烈(比如沙漠地区)地段,最好坚持安装后立即进行小压试验,以保证整个管道安装之后的气密性,用户在合同文件中必要时应加以明确。 5 回填材料的粒径限制问题

埋地式玻璃钢管道是一个相互作用的管-土壤体系,作用于玻璃钢周围的土壤不仅直接形成管体上的外压荷载,而且还为管体提供相应的支撑。主管区回填,一般自管底至管顶0.7DN以下部位的回填作为主管区回填,0.7DN至管顶300mm范围内属次管区回填。夯实自管道两侧同时开始,逐渐向管道靠近,压实度一般控制在95%。管区回填材料的粒径、材料必须与管沟的自然土壤相协调,不能冲蚀管沟的自然土,也不允许迁移、流动到管沟的自然土中,流动到回填材料中,管侧支撑土壤的流失,将会造成管道挠度增加,不能满足长期运行的要求。

埋地式玻璃钢管道自下而上分为地基、垫层、管区回填土(主、次)、非管区回填土等,CECS129规定,管道的垫层应按回填材料的要求使用砂或砾石,管区回填土料应是砾石、碎石、砂等粗粒土,在填料中,砂粒和粗砂等的颗粒质量应占总质量的50%以上,最大粒径如表7。 表7 管道回填材料的规格

限制最大粒径的目的是防止在压实回填土料时较大石子损伤管道,国内较大生产企业的施工安装指导手册、有关书籍等也提到最大粒径为25mm的限制。根据我国水利、建筑、公路等行业工程所用筛来看,圆孔筛一般尺寸为5、10、15、20、25、30mm等,方孔筛尺寸为4.75、9.5、13.2、16、19、26.5mm等,如果按照规程要求选用有一定困难,粒径过细则造价高,粒径过粗不满足规程要求。根据管区回填土料的要求,设计上尽可能的采用开挖原状土料进行过筛处理来使用,少量的垫层材料可以远距离拉运(筛分处理)。最近我院设计的几个长距离供水管道项目对回填料的处理如表8。这几个项目均处于荒无人烟地区,建筑材料匮乏、供水距离长,其中DN400玻璃钢管道92km,DN800玻璃钢管道47km,DN3100玻璃钢夹砂管道10.6km。

表8 管道回填材料规格实例

实际使用当中应结合管道刚度、压力等级、安装类型、土壤类别、建筑材料等综合考虑选用,

不能笼统的照搬规程,同时也要防止采用不合格土料,以免造成对管道的伤害。 6 管道连接件问题

玻璃钢管道在实际使用当中需要与各类管道、阀门、钢制件、水池等进行连接,各种连接件如法兰、弯头、大小头等均可以采用手工糊制生产,从实际应用情况看,法兰最好采用钢制件,弯头、对接部分可以采用玻璃钢件,生产厂家上报糊制方案,经监理、设计批准后进行现场糊制。某供水工程采用DN400玻璃钢管道,各种连接型式如表9。 表9 玻璃钢管道与其他材料的连接

经现场水压、超声波探伤检测,所有钢制件、手工糊制部分均满足设计要求。


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