HDPE双壁缠绕管成型及环刚度的选取.doc

HDPE双壁缠绕管成型工艺HDPE双壁缠绕管是一种以高密度聚乙烯为原料，经高温高压缠绕焊接成型的管材，通过特殊的方管缠绕成类似弹簧的结构，并通过相同材质改性的高温焊条在高压下熔焊接成管材。管材具有弹簧的可扭曲、可压缩、可拉伸、但不可压扁的特点，这一点对于基本无内压，外压比较大的市政管材来讲非常重要。因为这种结构为管材提供了非常优异的抗外压能力。焊接方管的焊条与方管形成了一个“工”字钢形的加强结构，这个结构又被内外双层壁所束缚，其位置相对稳定，管材在外压作用时结构稳定，大幅度提高的管材的耐外负荷能力，螺旋中空的结构壁管材抗外压提高的同时产品的重量降低。由于其独特的成型工艺，可生产口径答DN3000mm的大口径管材。这种管材具有柔韧性好、寿命长、重量轻、防腐、耐磨、抗低温冲击性能好等优点，是市政排水、排污的优质管材。HDPE双壁缠绕管的主要物理及化学特征抗化学腐蚀性能：不受酸、碱、盐的侵蚀，不受有机物侵蚀，无细菌、藻类滋生，不生锈、不结垢；使用寿命长： 材料老化寿命在112年以上，管材设计寿命50年；抗冲击能力强：冰点以下依然具有很好的冲击性能，不会因水结冻而冻破，优于UPVC、玻璃钢夹砂等材料管材；重量轻：密度不足1，比水轻，仅为同等规格砼管的1/8，装卸、运输、安装方便，不需大型吊装、运输设备；水阻系数低：n=0.0078-0.009，一般设计取0.01，而砼管 n=0.013-0.014，同口径管材相比可增加30%-40%的流量和流速；耐磨性能好：耐磨性能远优于砼管、UPVC管、玻璃钢夹砂管等管材；连接方便：采用扩口承插连接方式，管材连接时方便、快捷，单口承插，不需要大型安装设备，大量减少施工时间；管材管件为同等材质，冷热收缩同步，受压变化同步，配合特殊结构设计的橡胶圈，密封性能更可靠；环保产品： 产品100%可以回收，不污染环境；管壁平整：平整的管壁便于回填，施工快速，质量稳定，更好的体现塑料埋地排水管材的管土共同作用理论；综合成本低：水阻小，流量大，可降低尺寸使用口径较小的管材，同时开挖量也随之降低，无需基础，砂石垫层即可，工程费用低，长达50年的使用寿命，日常维护费用低，综合造价可与砼管相当。HDPE双壁缠绕管和其它埋地排水管的比较1、 HDPE双壁缠绕管与U-PVC加筋管及波纹管(1) 从材质上讲，HDPE双壁缠绕管是以高密度聚乙烯为原料，为目前国际上推荐使用的品种，为国家建设部大力推广产品。HDPE的弹性模量比较低，柔性好，同时HDPE的玻璃化温度是-68、PVC的玻璃化温度为81 ，所以在常温下（-30到40）HDPE的塑料特征表现明显，而PVC一直处于玻璃化状态，所以HDPE的柔性比较好。另外在-20, HDPE不脆化，可进行测试，管材在生产，运输过程中不会产生破损。而U-PVC在测试难度大，施工中易出现破损，所以HDPE的抗冲击能力要比U-PVC强。还有管材的性能受配方的影响很大，目前的市场生产厂家较多，导致恶性竞争，U-PVC很多生产厂商在生产过程中加入过量的碳酸钙，大大影响的管材的质量。(2)从结构上讲，HDPE双壁缠绕管的内外壁比较光滑平整，管壁用中空型材经螺旋缠绕制成的具有中空结构的管材，剖面为“工”字钢型结构，从力学角度讲，双壁缠绕管材在受到外负荷时能更好保持结构的稳定性。而U-PVC加筋管及波纹管为加强筋结构，以加强筋来抵抗外压。另外，结构的不同对管土共同作用的体现也不同。影响管土共同作用的主要因素有，管材外壁的平整程度和回填材料的变形模量值及密实度等因素。因此HDPE双壁缠绕管平整的外壁更有利于提高回填材料的密实度，更好的体现管土共同作用理论。(3)从口径上来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mmU-PVC的生产口径为DN200mm-DN600 mm2、 HDPE双壁缠绕管与HDPE双壁波纹管（1）从材质上来比较，二者同采用的为高密度聚乙烯为原材料。（2）从结构上来比较，双壁缠绕管的成型工艺为挤压、缠绕成型，管材的内管壁平滑，管壁用中空型材经螺旋缠绕制成具有中空结构的管材，为“工”字钢型结构。而波纹管的成型工艺为注塑，挤压成型，外壁为波纹状。所以，双壁缠绕管能更好的体现管土共同作用，提高回填土的密实度。另外，波纹管由于其成型工艺以及管材本身结构使该种类管材结构抗外压方面比较薄弱，这是波纹管屡屡出现工程事故的重要原因。（3）从口径上来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mmHDPE双壁波纹管的生产口径为DN200-DN1200 mm3、 HDPE双壁缠绕管与增强聚丙烯（FRPP）加筋管（1） 从材质与成型工艺来比较，增强聚丙烯加筋管，主要原料为玻纤增强聚丙烯。属半刚性管，有限的弹性，抗冲击性能较低。FRPP加筋管为人工模压成型，人为性很强，产品的质量不稳定，近几年在实际工程运用中，多次因产品本身质量问题产生重大的工程事故。HDPE双壁缠绕的材质与成型工艺在前文已作介绍，在此不再重复。（2） 从结构来比较，FRPP加筋管同属于加筋管，所以主要以加强筋来增强抗外压能力。而且加筋结构对回填土的密实度有一定的影响，不能很好的体现管土共同作用理论。（3） 从生产口径来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mm增强聚丙烯加筋管的生产口径为DN200-DN1200 mm4、 HDPE双壁缠绕管与玻璃钢夹砂管（1） 从材质上来讲，玻璃钢夹砂管属于刚性管，易脆，抗冲击性能差，尤其在管材埋地之后的养护过程中，要求用高压水枪对管道内部进行冲淤，按标准的冲击力度，管材内部极易被冲破。（2） 从管材的生产口径来讲，二者都可以做到大口径。（3） HDPE材料的抗化学腐蚀能力，耐磨性能要比玻璃钢夹砂管更强，从环保角度来讲，缠绕管属于环保产品，100%可以回收，而玻璃钢夹砂管则不易回收。（4） 华东地区软土地基，柔性管能更好的发挥抗不均匀沉降的优势。5、 HDPE双壁缠绕管与混凝土管材的比较（1） 从材质上来比较，混凝土材质的耐腐蚀、耐磨等性能远低于HDPE材质。（2） 混凝土管在华东地区的使用寿命为10-15年，而HDPE双壁缠绕管在50年以上。（3） 缠绕管的水阻系数为0.0078-0.0092，一般设计取0.01，混凝土管的水阻系数为0.013-0.014，比缠绕管高30%-40%。也就是说流量和流速低30%-40%。实际证明，同等流量时，缠绕管可以换用低一个的管材口径，如可用DN500mm的缠绕管代替DN600mm的混凝土管。（4） 缠绕管是环保产品，可100%回收，混凝土管则不能。（5） 缠绕管施工方便，砂石基础，即时开挖即时回填，重量公为同等水泥管的1/8，无需大型吊车等工具，施工周期短，日常维护费用低，综合造价与水泥管相当。HDPE双壁缠绕管材环刚度选取方法管材环向弯曲刚度是指管道抵抗环向变形的能力，简称环刚度。环向弯曲刚度是塑料管材抵抗环向变形能力的重要指标。塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外压荷载的控制，其最大变形应控制在5%范围内。上海市市政工程研究院通过对塑料管材的砂箱加载试验，测试结果表明，当塑料排水管材的环向弯曲刚度为8KN/时，其技术经济综合性能最为适宜。因为砂箱加载试验当塑料管材的变形率为5%时，只要管道两侧回填黄砂（粗）的密实度符合要求，其外荷载作用可相当管顶最大覆土厚度4-5m,一般应能满足排水工艺设计的管道埋深要求。因此规定管道位于道路车行道下，其环刚度不宜小于8KN/；对住宅小区及其它地段的排水管道，因地面荷载小，管顶覆土也浅，故可选择环向弯曲刚度较低的塑料管材，但不宜小于4KN/。 环刚度是由专门的公式计算得出的，一般情况在道路下面，如管底至管顶采用砂石回填，密实度达到90%以上，可以按以下管材的埋深选取：（管顶覆土深度用H代替，环刚度用S代替）1、 H0.7米时，S12KN/；2、 0.7米H4米时，S8KN/；3、 4米H5米，S10KN/；4、 5米H，S12KN/，如地质条件较差，具体环刚度情况，按实际计算求得。以上选取方法谨供参考。 设计荷载地下给排水管道及构筑物的结构强度，应满足表1.4.8与图1.4.8的荷载要求。埋设管道及附属构筑物设计活荷载标准表 表1.4.8. 车辆级别埋设地点汽20汽30特殊车辆走行段另定干线水道用地内O厂区主干道下OOO小区道路及空地OOO注：O按长期作用考虑，按短期作用考虑。 汽30相当于汽超20120t。车辆荷载的分布条件按图1.4.8。图1.4.8 车辆荷载分布HDPE双壁缠绕管材在道路下施工的技术参数一、外荷载条件 按照城A道路要求。二、管道基本条件管道口径DN600mm,，覆土厚度范围约为6m.三、管道环刚度的选取以及抗外压计算 塑料埋地排水管材注重“管土共同作用原理”，即回填土（管底至管顶尤为重要）的密实度和变形模量对其抗外压等技术指标影响非常大；按照埋地塑料排水管道施工通用图籍（编号：GJBT-778，批准部门：中国建设部）中对HDPE双壁缠绕管的标明（图籍号04S520），具体计算如下：HDPE双壁缠绕管材在组合荷载作用下的最大竖向变形可按下式计算： Wd,max= DL Kd(Fsv,k+qqvkDo) 8Sp+0.061Ed式中：Wd,max管道在组合荷载作用下的最大竖向变形（m），该值不应超过0.05Do;DL变形滞后效应稀疏，取1.50计算；Kd管道变形系数,按管道基础中心角2a90时,取0.1计算;Fsv,k每延米长管道管顶的竖向土压力标准值(kN/m); q地面荷载(车辆荷载或堆积荷载)对管道的作用,其永久值系数, q=0.5;qvk车轮荷载传递到管顶处的竖向压力标准值(kN/);Do管道的计算直径(m);Sp管材的环刚度(kN/);Ed管测土的综合变形模量(kN/).管道口径DN600mm,，覆土厚度范围约为6m，按公式计算如下： 车辆荷载的动力系数取最大值:j=1.0； 多排轮压下综合影响传递的竖向压力按照国家技术规程（GB/T19472.2）计算：qqvkDo=5Do=3.25kN/（按照图集管顶覆土超过3米时取地面堆载5Do，可以看出管道埋的比较深的时候，车轮及堆积物的压力可以忽略不计）； 每延米长管道管顶的竖向土压力标准值按照图籍（编号：GJBT-778）公式计算：Fs