HDPE缠绕结构壁管施工技术分析

江西分公司：丁镜坤蔡祥发HDPE缠绕结构壁管施工技术分析概要本文结合南昌市九龙湖市政路网排水工程现场实际，简单介绍高密度聚乙烯（HDPE）缠绕结构壁管（B型）的主要技术特性，对HDPE缠绕结构壁管材用于市政污水管道中的施工工艺和安装方式进行描述，重点针对施工中出现的一些具体问题作出分析，提出解决思路。关键词HDPE缠绕结构壁管特性施工1.前言高密度聚乙烯（HDPE）缠绕结构壁管（B型），是一种内壁光滑、外壁为螺形状加强肋，由螺旋缠绕工艺制成的异形结构壁管材，属柔性管材（见图1）。HDPE缠绕结构壁管采用高密度聚乙烯为原料，在热熔状态下通过缠绕成型工艺制成，并在热态未脱模前，通过滚动风冷方式冷却，管道逐步散热，壁厚均匀。HDPE缠绕结构壁管采用承插式电熔连接，管道两端在生产时被加工成承口和插口，并在承口端嵌入电熔丝，管道承插连接时，只需接入电源即可完成焊接，可以使管线系统实现零渗漏。此种管材被广泛应用于城市排水、市政排水、电力和石化等领域，是钢筋混凝土和铸铁管的理想换代产品。图1：B型缠绕结构壁管2.管材技术特性HDPE缠绕结构壁管（B型）具有以下几个特性：1）水力条件好HDPE管内壁表面光滑，同等管径条件下，比砼排水管道过流量大30%左右。2）柔韧性好HDPE管属柔性管，延伸性能好，较能适应地基较差条件和地基沉降，特别是在沿海地区（地基均较差且沉降严重），此种管材优势较为明显。3）密封性好，可实现零渗漏管道连接采用电熔焊接技术，使接口处两段管完全熔为一体，保证了接口不易出现渗漏。4）质量轻，安装方便管道为聚乙烯材质，质量轻，便于安装，可以相对减轻劳动强度，缩短施工工期。5）管径范围广目前可实现DN300～DN4000的管径生产范围，较PVC管生产的管径范围大大增加。6）耐磨损砂浆磨损试验证明，高密度聚乙烯管道寿命是钢管道的4倍以上。7）耐腐蚀、抗老化性能好聚乙烯组成的高分子原材料，能够有效抵抗酸、碱、盐等介质的腐蚀和未经处理的工业废水和生活污水的侵蚀，其抗老化性能也较普通PVC管为好。8）强度高，使用寿命长HDPE管采用100%高密度聚乙烯在热熔状态下整体制成的管道，整体性好，化学性质稳定，强度高，使用寿命可达50年以上。3.施工工艺流程南昌市九龙湖市政路网排水管线中的污水管道采用HDPE缠绕结构壁管（B型），均为埋地施工，其一般施工工艺流程为：施工准备→测量放线→管沟、井室开挖→沟槽验收→管沟垫层→管道敷设（检查井安装）→管道连接→管道与井室间连接密封→部分回填→闭水试验→隐蔽验收→全部回填。注意事项：1）管道沟槽：管沟开挖后，应做好排水措施，防止沟槽底部受水浸泡，地耐力应满足要求；2）基础施工：管道基础采用中粗砂垫层，厚度一般不小于20cm，砂垫层应夯实，密实度应满足要求，表面应平整，管道基础的承插口部位应预留凹槽，以便于承插口安装操作。3）下管安装：要根据管材直径的大小，沟槽和施工机具设备的情况，将管材平稳缓慢的放入沟槽底，不得与沟壁、沟底强烈撞击。4）管道接口作业：安装前先将承插口内外表面清理干净，承口与插口处不得有任何杂质、淤泥、液体等影响承插作业的物体；检查承口端焊丝是否有短路、断裂、未固定等现象；在承插安装前需对承口进行预热，特别是在承插口尺寸受环境温度影响的情况下，难以承插或者承插不到位的情况，需要对承口进行预热作业，便于顺利的将插口推进至承口内。(详见：图2管道承插口内外表面清洗)5）承插安装：承口预热后，及时将插口与承口对接，并将插口对准承口中心线用手动葫芦提力工具将插口慢慢插入承口内，承插深度大于100mm。(详见：图3管道承插口连接)6）焊接：采用220V电压的专用B型管焊接机进行焊接操作，设定焊接电流、焊接时间,并开始焊接，焊接过程中，通过观察焊口处的溢料情况对承插口进行紧固作业，一般紧固3次左右。（详见：图4管道电熔焊接，表1承口预热及承插口焊接工艺）7）HDPE管道与检查井连接：HDPE检查井基础采用中粗砂基础，厚度一般不小于20cm，检查井安装稳固后，先将承口内外表面清理干净，检查承口端焊丝是否有短路、断裂、未固定等现象，将HDPE管插口与检查井承口对接，并将插口对准承口中心线用手动葫芦提力工具将插口慢慢插入检查井承口内，承插深度大于100mm，采用220V电压的专用B型管焊接机进行焊接操作。当管道埋深≥6m时，应选择环刚度较高的HDPE缠绕结构管材，检查井采用钢筋混凝土检查井，由于钢筋混凝土检查井的施工工期相对较长，所以管线敷设和井室施工一般同时进行，没有严格的先后顺序，但应保证井室墙体钢筋绑扎前，管线已敷设到位，避免因预留孔洞造成位置偏差。相对于钢筋混凝土管道，HDPE管材质量轻，装卸方便，安装简单，可大大降低劳动强度。由于采用电热熔连接方式，接口处有效熔为一体，更不易渗漏。图2：管道承插口内外表面清洗图3：管道承插口连接图4：管道电熔焊接图5：管道与HDPE检查井连接表1：承口预热及承插口焊接工艺序号规格预热电流A预热时间min焊接电流A焊接时间min冷却时间min1DN30075±25±180±215±18±12DN40075±26±190±315±18±13DN50075±27±1100±518±110±14DN60075±28±1105±520±110±15DN70075±29±1111±520±110±16DN80080±211±1120±523±110±17DN90080±212±1125±525±112±18DN100080±214±1130±525±112±19DN120085±216±1140±530±112±110DN140085±218±1150±530±115±111DN150085±218±1160±533±115±112DN160085±218±1160±533±116±113DN1800100±220±1170±535±118±114DN2000100±220±1175±535±120±14.施工技术特点及优势4.1管材检验HDPE缠绕结构壁管材生产标准为企业标准，外观尺寸及物理力学指标应符合《GB/T19472.2-2004埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统第2部分聚乙烯缠绕结构壁管材》国家标准规定。HDPE缠绕结构壁管作为一种新型管材，对其质量应严格进行把关。对于到场管材，可先采用目测法，将管道有损伤应将其与其它管道分开，对外观无破损的管材再取样送至有资质的检测机构做物理力学性能检测（环刚度、环柔性、冲击性能、烘箱试验等），如检测不合格立即通知管材供应厂家进行检查，分析原因并作出鉴定以便及时妥善处理。HDPE缠绕结构壁管的壁厚及加肋筋的缠绕间距支接影响管道的环刚度，HDPE缠绕结构壁管的环刚度是管材的重要指标，环刚度不达标将造成管道压缩变形，甚至出现管道开裂导致漏水及砂石流入管道引起管道堵塞，最终会造成路面下沉。在工程中实际遇到的问题是，HDPE管两端接口处无法反映真实壁厚，且因有加强肋，只能在材料进场后按检测频率抽查取样检测，合格后才进行管道安装，但在实际施工某一种规格管道时，根据设计图纸计算出需接入井室的管段长度，将已检测合格的同一批次管材进行安装，并按照此长度切割管段，然后测量其壁厚，发现壁厚不合格，经检测环刚度也不达标，结果重新将管道吊出，返厂更换合格管材，造成返工耽误工期。后厂家提供自制专用测量管材壁厚仪工具一套，针对进场的每一条管材进行逐一检查，此问题才得以解决。后续工程中，对于类似的特殊材料问题，在提供的采购技术规格书中应明确由厂家提供专用测量仪器、施工机具以及技术指导等，以避免出现责任的真空。图6：HDPE管道直径及壁厚检查图7：HDPE管道环刚度检测4.2储存、运输与吊装HDPE管材的最高使用温度为45℃，而南昌地处亚热带季风气候区，夏天的最高气温达43.2℃，在夏季高温季节，储存时应按要求进行苫盖，避免管材长期曝晒，并保持管间空气流通，以免温度过高对管道质量造成不良影响。雨季时做好防水措施，承插口保持清洁。短距离搬运不应在坚硬不平地面或石子地面上滚动以防损伤管道，内径＞1000mm时不宜叠放运输，小口径管道叠放时其高度不宜超过2m。管道主要采用机械装卸，因其材质为聚乙烯塑料，装卸时应采用柔韧性好的非金属吊带进行绑扎，不宜采用钢丝绳或链条，以免对管道造成损伤。管道吊装是管道施工过程中一个独立的操作工序，起吊时应按照相关规程采取合理的保护措施，采用两个支撑点起吊，保证管道在空中的均衡与稳定，若操作不当就很可能造成不必要的管道损坏。如果采用在地面焊接完成后再吊装，应不宜超过三节（该管材每节长度6m，3节总长约18m），管节太长容易因为受力不均衡导致管道折断，造成的后果是不但浪费材料，更加影响施工进度。4.3HDPE管承插电热熔连接电热熔连接时，首先清除承插口对接面的污垢，并检查焊线是否完好，对接好以后先用卡具在承口外压紧，然后根据不同型号的管道设定电流及通电时间（见表1）。管材连接的具体操作流程应严格执行厂家技术说明，厂家代表应现场进行技术指导。此时要特别注意防止接口合拢时的变形，管道直径大于DN800时，需用支撑环进行撑紧，支撑环放置在管子承口内靠近电熔接头的地方。另外，为防止已敷设管道轴线位置移动，应采用稳管措施，可将装满砂土的编织袋封口后压在管道顶部，具体数量视管径大小而定。管道连接完成后，应及时复核管线标高和轴线位置以使其符合要求。4.4管道闭水试验HDPE管道安装完成后，在每段管节中间部分先回填中粗砂，防止管道灌水时造成管道上浮，闭水时采用气囊对管口进行封堵，分段试验(详见：图8管道闭水管口气囊封堵，图9管道闭水试验)，大大提高工作效率，而且气囊的循环利用，减少用管口封板封堵及电熔焊接工艺，加快工程进度，节省工程造价。图8管道闭水管口气囊封堵图9管道闭水试验4.5防止回填变形与漂浮HDPE管及检查井属柔性材料，回填时应严格按照规范和厂家技术要求，管道回填从管底基础至管顶以上500mm范围内（详见：图10管道回填砂），必须采用人工回填，防止其发生变形，对于大口径管道（DN≥1400mm），回填前应采用木方进行内部支撑（详见：图11大口径管道回填时内部支撑示意。HDPE检查井回填从井底基础往上四周同步分层回填，必须采用人工回填，防止其发生变形，回填前应采用木方进行井内部支撑（详见：图12HDPE检查井回填时内部支撑示意。回填过程中应随时检测管道的变形率，一旦超标，应按照不符合项纠正程序进行整改。图10管道回填砂图11大口径管道回填时内部支撑示意图12HDPE检查井回填时内部支撑示意雨季施工时，要特别注意防止管材漂浮。管沟开挖一次不应过长，保证开挖一段及时回填一段，可先回填至管顶以上一倍管径的位置。管道安装完毕尚未回填时一旦遭到雨水浸泡，进行管线坐标的复测和外观检查，如果发现位移、漂浮和拔口现象，应立即返工处理。4.6HDPE管与井室的连接本工程排水井主要为HDPE检查井，由于HDPE管材成品管节长度为标准长度（该管材每节一般为6m、3m与2m），根据设计图纸计算两井室之间的管段长度，经常出现需要切断管节现象，而且切断后管节无插口可以与HDPE检查井承口连接，应事先按设计图纸计算选择合适的标准节长管道，尽量接近设计两井室间的管道长度，然后安装HDPE检查井，检查井安装稳固后，复核井位纵向轴线位置，最后将HDPE管插口与检查井承口进行对接电熔焊接。事先进行管道长度计算、管材下料及检查井定位，可能避免不必要的浪费材料，加快施工进度。当管道埋深≥6m时，检查井采用钢筋混凝土检查井，做法参照给排水标准图集06MS201-3《排水检查井》。现场采用HDPE管和混凝土检查井井室整体浇筑（这样做的好处是不留施工缝减少漏水或渗水），应保证井室墙体钢筋绑扎前，管线已敷设到位，避免因预留孔洞造成位置偏差。在检查井上下游管道底标高与检查井底板落差很小的情况下，闭水试验时多次出现HDPE缠绕结构壁管与检查井连接处渗水的问题。分析其原因，HDPE缠绕结构壁管作为一种新型管材，其外壁上缠有一圈加强肋（随着管径加大增强肋的高度也增加，一般都在30mm以