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PVC-U給水管道施工中幾種特殊情況的處理

作者: 啟邁管道編輯    發布日期: 2020.11.18

摘要:PVC-U管道因其眾多的優點在輸水領域得以廣泛使用。在室外施工過程中,因環境、地形不斷變化,需做好防護并注意施工要點或進行局部特殊處理,否則即使質量合格的管材也會出現各種事故。

關鍵詞:PVC-U管道 施工 特殊情況處理

水是生命之源,人的生存離不開水,社會的運轉和發展也離不開水,利用好和減少水資源的浪費至關重要。PVC-U管道因其重量輕、耐腐蝕、價格低、安裝方便快捷、使用壽命長、流體阻力小等優點,在輸水領域得以廣泛使用。在室外塑料管道的施工過程中,因環境、地形不斷變化,需進行局部特殊處理,否則即使質量合格的管材也會出現各種事故。本文將對室外PVC-U管道施工中幾種特殊情況的處理做一探討。

一、非正常工作溫度下PVC-U管道施工

溫度對塑料管道的影響較大,《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》CECS17:2000中規定PVC-U管材適用工作溫度為0℃-45℃。如管線工作溫度不在正常溫度內,必須根據實際溫度對PVC-U的設計、施工進行調整。

1、PVC-U管材的力學性能隨溫度變化主要表現在以下幾個方面:

1. 1沖擊強度

PVC-U管材沖擊強度隨溫度變化波動較大(隨溫度下降而急劇下降,且橫向及縱向的沖擊強度也不一致)。20℃時的沖擊強度與-20℃時的沖擊強度相差5倍,特別是在切口、裂口處,沖擊強度會急劇下降。


由于PVC-U管材的拉伸強度隨溫度的升高而降低,沖擊強度隨溫度的升高而升高,為了保證PVC-U管材的力學性能及使用條件,一般規定使用溫度為0~45℃。

2、冬季施工(溫度較低)注意事項

2.1嚴格按要求運輸、搬運或儲存管材管件

在北方或東北地區經常在冬季施工,因氣溫較低,PVC-U管材的沖擊強度低,不恰當裝卸、運輸(PVC-U管材的彈性模量、硬度比鋼鐵、砂礫等小得多。當PVC-U管材與鋼鐵、砂礫等較硬的物體接處時,容易造成PVC-U管材磨損,因此,當PVC-U管材在鐵皮箱內與金屬、砂礫等直接接觸時,車輛劇烈震蕩及野蠻裝卸時,都會使管材表面產生劃痕,甚至裂紋),易使管材產生裂縫、劃痕、裂紋,使用時管材劃痕、裂逢處產生應力集中,而使管材爆裂(裂縫產生的應力集中取決于裂縫的銳度,銳度越大,應力越集中)。

因此,在運輸、搬運、施工過程中,一定要文明操作,按要求操作,避免拋、摔、滾、拖,不得劇烈撞擊,不得與堅硬物碰撞,堆放高度不宜超過1.5m。


2.2.1管溝開挖應符合標準

為了防止管道鋪設在凍土層內,必須對當地的資料匯總后確定溝槽開挖深度。為了保證回填土時能按要求操作、夯實,避免管道及接口承受彎曲應力而破裂,還必須做到:(1)管溝必須平直,開槽的底部寬度不宜小于管外徑加0.5m,且總寬度不得小于0.7m;(2)嚴格控制槽底深度,既不能過深,也不過淺。過深時必須用沙礫回填密實到規定深度。在土質堅硬的地方及遇到障礙物的地方,例如挖溝碰到石頭等硬物時,施工者為了降低施工難度,或將溝挖成彎曲的、或彎曲半徑較小、或不能保證溝槽的深度,這樣易造成管道鋪設后成彎曲狀,使管材、管件及接頭承插口受彎曲應力。送水升壓時極易引起接頭漏水或管材、管件破裂。

2.2. 2預防凍土地基,避免管溝沉降

冬季施工,要確保管道溝底位于末擾動的原狀土上,或開槽后經回填密實地層上。如土壤含水量高、地基不密實來年溫度升高,凍土融化,管溝地基下沉,導致管道下沉,引起管道彎曲和接頭處受拉,產生額外應力,輕者使接頭拔開漏水(漏水導致地基進一步下沉),重者使管材爆裂。所以,冬季管溝尤其是含水量高或松軟處的特殊地層,要參考《給排水管道工程施工驗收規范》執行,切不可認為管道地基無關緊要而忽視之。

2.2.3回填土按規定進行

《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規程》CECS17:2000規定,“回填土時先將管下支撐角范圍內的肋角部分用砂礫土回填密實,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兩則,每次回填密實后的厚度不宜小于100mm,不得大于200mm,且必須從管兩則同時回填,夯實后再回填一層,直到回填至管頂0.3m 處……”如果不按規程進行,隨便將土尤其是凍土一次性填于管溝中,既不在支撐角內填砂料或填符合規定的原土,也不分層夯實,有如下后果:一是無法保證地基平實,造成管道局部彎曲,如2.2.2所述。如果地基上有硬物,在管道送水或運行中因流速變化或氣體存在而使管道產生振動,硬物(如石塊等)會與管子發生撞擊,使管子破裂或逐漸磨穿。二是無法保證管道兩則土壤密實,在管道振動或有熱膨脹時,易發生側移,造成管道彎曲,接頭受力,導致管材或管件因承受巨大應力而破裂。因此,對管道回填土工作應予以高度重視,嚴格按規程要求進行,防止管道局部集中受力(管道接頭是管材較薄弱部位,如回填質量不高,極易造成土荷載、水的重力荷載及其它荷載集中作用于承口部位,導致接口開裂,建議大口徑管材接口部位挖工作坑如圖2)。還應注意管溝兩側外負荷的不均勻(車輛、堆置物等)而引起地基下沉,必要時予以適當處理。  

2.3冬季管道的粘接應按規程進行

PVC-U管材粘接劑,主要成分是聚氯乙烯的溶劑,其粘接原理是先將粘接劑涂抹在承口內表面和插口外表面,將PVC-U管表面溶脹或溶解,借助承插時的擠壓力,將兩個溶脹的表面擠壓成一體。粘接劑中的溶劑極易揮發,揮發后使溶解的淺層表面重新成為硬質固體,基本不影響母體的強度,而又使粘接強度達到承壓要求。膠粘劑的用量不宜過多或過少,少了不能保證嚴密或強度,多了則在承插后順管材內壁或外壁流淌,腐蝕管材,使管材外壁或內壁變軟,送水或升壓時易從該處破裂。溫度較低施工更易造成事故,因氣溫低時,粘接劑的揮發速度明顯減慢,滲出相同量的粘接劑可造成更深的管壁浸漬深度,明顯降低了該處強度。所以粘接管道時應嚴格按照規范要求進行施工,粘接劑的用量以承插到位后,接口邊緣有少許粘接劑溢出為度,且要將溢出的粘接劑用布擦拭干凈。在承口里涂膠時,要由里向外涂,以免膠粘劑流入管材或管件內壁。

2.4管道的熱脹冷縮

PVC-U管材的熱膨脹系數為0.07mm/(m℃),比傳統管材大。因此要注意因溫差而引起的縱向變形,尤其是地表水作水源的輸水系統。由于橡膠圈連接管道接口具有可伸縮性,可不考慮此問題,但是對于粘接連接的管材,特別是明敷管道,因為粘接后的接口是剛性的,無法脹縮,如不設置伸縮接頭,膨脹或收縮所產生的巨大應力將作用在管材本身或管件上。經計算,對75~200mm口徑的水管,12~15℃的負溫差使管材受到縱向拉應力相當于管內承受著1.18~3.04Mpa的內水壓力,這是非常大的應力,極易引起爆管,正確做法是在設計中加設活套接頭。伸縮節數目應按照管線運行中的閉合溫差,用以下公式計算。

二、管道穿越河流 、鐵路、公路 

1、管道穿過河流時可采用管橋或河底穿越等形式,有條件盡量利用已有或新建橋梁進行架設。穿越河底的管道應避開錨地,一般宜設兩條,管道內流速應大于不淤流速。管道距河底的埋設深度應根據水流沖刷條件確定,并均應有檢修和防止沖刷的設計,安裝完畢馬上按設計要求回填,防止管道浮出管溝,對于地下水位較淺處必要時要進行浮力計算;對于管橋施工必須考慮溫差引起的PVC-U管道的熱脹冷縮及紫外線照射問題。

2、PVC-U管穿越主要公路、鐵路時應采用設防護套管的穿越方案,一般采用頂管法施工套管,但新建公路亦可采用明埋法施工套管。防護套管內的給水PVC-U管材拉入套管和運行時必須作相應的保護和固定,以防止塑料管與套管接觸摩擦遭到損壞。

三、與傳統管道連接  

塑料管材規格一般以管材的公稱外徑表示,與傳統管材表示方法不一樣,因此塑料管材與傳統管材或閥門通過法蘭或螺紋連接時,要對兩者的法蘭或螺紋進行對照,否則造成法蘭中心孔距或螺紋不一致,無法對接。例如DN50mm鋼管對應dn63mmPVC-U管材。

四、與檢查井或蓄水池井壁連接

PVC-U管材經常需要與檢查井或蓄水池井壁預留孔連接,PVC-U管需做中介層,中介層作法:(1)PVC-U管材外表面擦拭干凈,均勻涂上一層PVC-U膠粘劑;(2)在膠粘劑上撒一層干燥的粗砂(3)重復前兩個步驟,一般涂三層可達到使用要求。待中介層固化后按一般傳統管材做法與預留孔連接即可。

五、環路鋪設

在環路上鋪管時,可采用直管借轉鋪設,PVC-U管每個接口允許借轉角一般取1o,具體方法是利用短管或增加雙脹管

六、彎頭、三通、附配件等受力處的處理

按規程規定,PVC-U管道在水平或垂直轉彎處,三通、管道端部和關閉的閥門處均應根據管內壓力計算軸向推力,設置止推墩;管道上設置的閥門、消火栓、排氣閥等附配件,其重量不得由管道支撐,必須設置混凝土或磚砌等剛性支墩,支墩應有足夠的體積和穩定性,并用錨固裝置將其上的附配件固定,當附配件可能產生軸向推力時,還應設置止推墩。設置止推墩的目的是為了將管道上述部位產生的不平衡推力抵消,否則這種推力就可能破壞管件和接頭;對附配件予以支撐,一是為了避免管道承受附配件重量所產生的額外應力;二是為了在附配件發生震動、開啟閥門以及安裝拆卸附配件時,避免將震動和扭矩傳遞到管道上,而使管道破裂。對于大口經管道的支撐和止推墩,更應做好施工設計,不得隨意應付。

注:在坡度較大的地方安裝管道時,由于夯實不好或土壤摩擦系數較小,土壤與管道之間的摩擦力不足以完全消除管道重量產生沿坡度下滑的分力,將會使坡頂接頭承受壓力、坡底管道承受推力,極易造成上部管道接頭拔開或下部管道接頭破裂,因此應分段對管道予以固定,設置防滑墩或其它結構,對露天安裝在坡度較大地方的管道更需做好施工設計。

七、泵房、閥門的操作及管線空氣的排除

因設計和操作不當引起的水錘和氣錘造成的爆管,在爆管事故中占有相當大比例,其中氣錘造成的又占絕大部分,尤其在農村和偏遠地區,以前很少采用塑料管,缺乏設計和施工經驗,加上供水壓力不高,心存僥幸心理,發生事故的概率更高。因此,使用戶弄清水錘和氣錘產生的原因具有重大意義。

水錘和氣錘發生的根本原因是因為水和氣體是可壓縮,直接原因是管道中水流狀態發生突變,導致管道中水壓發生劇烈波動?,F以(下圖)最簡單的輸水管道說明水錘和氣錘發生的原因。

開泵送水時,從泵出口流出的水以很高的流速V1在管道中流動,當流至管堵處時,水流速度變為V0(值為0),水流的動能變為壓力,使水或氣體(如果管道中有未排除的氣體)被壓縮,當管堵處的壓力高于其他壓力時,水或氣體就猛然膨脹,迫使該處的水回流,從而使管道中的內壓力猛然上升,繼而下降,水再次前流,達到一定壓力時又回流,如此反復沖擊,引起內水壓起伏波動,這就是開泵水錘。

當突然關閉泵出口閥或突然停泵(不關出口閥就停泵或斷電)時,水泵出口流速突然下降,水流中斷,前面水流在慣性作用下繼續向前流動,導致其后部形成一定真空度或充滿空氣(如果系統能夠能進氣的話)的空間,造成水流分離,流向前方的水流將動能或勢能(水流流向高處時)轉變為壓力后,由于其勢能或壓力高于斷流處勢能或壓力,水流回擊,使管內壓力猛升,繼而下降,反復沖擊。流速越大,所產生的水錘和氣錘沖擊波也越大。由于氣體的壓縮系數較水大的多,所以氣錘的沖擊波較水錘的沖擊波大得多,這就是關泵水錘。

同樣由于主干管上閥門的開閉,也會產生水錘或氣錘。水錘或氣錘又分為直接水錘或氣錘和間接水錘或氣錘。直接水錘或氣錘是指水流突變的時間小于水錘或氣錘波的傳輸周期(水錘或氣錘反復沖擊一次的時間)。大于傳播周期時為間接水錘或氣錘,直接水錘或氣錘的危害最大,可達到正常工作壓力的幾倍、十幾倍甚至幾十倍。尤以氣錘為甚。

在產生水錘或氣錘時,同時會造成流體分離,形成真空,將管道抽癟,然后在另一沖擊波時,又在壓力下鼓起,加速管道破裂。綜上所述,當開停泵和開關閥門時會產生水錘,如管道系統中存在空氣則會產生氣錘。操作時為降低水錘、氣錘的危害,應注意以下幾點:

1、應先關閉泵的出口閥再合上電閘,當壓力穩定后再緩慢將閥門開大,避免不關泵出口閥就合上電閘直接開泵;

2、停泵時應先緩慢關閉出口閥后拉下電閘停泵,避免不關泵出口閥就合上電閘直接停泵;

3、主干管上的閥門,尤其是單管線上的閥門開啟和關閉時,都必須緩慢進行,使水流的變化緩慢一些,不致造成直接水錘和氣錘;

4、管道設計時應注意安裝排氣閥,將系統中的空氣排出去,以免產生氣錘。特別注意地形的測量標高,高點處一定要設排氣閥,否則即使別處安裝了排氣閥,也無法將管道中的空氣排出。

5、地形和使用條件復雜處,設計時可考慮安裝水錘消除器。

總之,在PVC-U管道設計、搬運、安裝、使用中,應嚴格遵守標準及規程,消除管材損壞因素,更好的推廣和使用PVC-U管道。



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