埋地硬聚氯乙烯排水管道设计施工中的若干问题(1)(20210225130927)

1、埋地硬聚氯乙烯排水管道设计施工中的 若干问题 (1) 摘要：本文介绍了埋地硬聚氯乙烯排水管道设计施工中 涉及的主要问题，并提出了具体意见，供设计施工参考。关键词：硬聚氯乙烯排水管道概述硬聚氯乙烯管具有重量轻、强度高、耐腐蚀、管壁光滑 水力阻力系数小、施工安装方便及水密性能好等特点。用于 埋地排水管道不仅施工速度快、周期短，还能更好地适应管 道的不均匀沉降，使用寿命可达 50 年以上。国外在排水管 道中早已广泛使用。我国由于适合埋地排水管道特点的，以 承受外压荷载为主的 PVC-U管材开发较晚，因此其在排水工 程中的应用滞后于建筑排水和城镇给水工程中的应用。 90 年 代初期，国内相继生产出 P

2、VC-U双壁波纹管、加筋管和肋式 卷绕管等特殊型式的异形管材，管材价格较普通直壁管大幅 下降，使PVC-U管在排水工程中的推广应用成为可能。基于 上述情况，天津市政工程研究院、上海市政工程研究院，自 1992年起先后对PVC-U管用于埋地排水管道工程涉及的应用 技术进行了系统地试验研究。对各种管材的性能，埋地工作 的特性，管道的设计施工和工程实验进行了系统的研究探索， 为PVC-U管在排水工程中的应用提供了科学的依据，并编制 了相应的地方标准供遵循和参照。近几年PVC-U管已在天津、 上海、江苏、浙江和西北地区的多项排水工程中应用，取得 了良好效果。本文仅就 PVC-U管用于排水管道时设计、施

3、工 中的主要问题，结合近些年的试验研究，工作实践和“硬聚 氯乙烯排水管道设计施工及验收规程”的编制情况做一概述， 供参考讨论。一、管材城镇埋地排水管道多为重力流，主要是承受外压荷载。国内目前可用于排水管道的PVC-U管有4种可供选择：1. 双壁波纹管： 管壁截面为双层结构， 内壁的表面光滑、 外壁为等距排列的空芯封闭环肋结构。由于管壁截面中间是 空芯的，在相同的承载能力下可以比普通的直壁管节省 50% 以上的材料，因之价格较低。管材的公称直径以管材外径表示，国内产品最大直径 DN500mm环刚度多为8kN/m2,管长 6m。承插式接口，橡胶圈密圭寸，国内已有十余家生产厂生产。 这种管材的价格低

4、廉，施工安装非常方便。双壁波纹管加筋管肋式卷绕管直壁管图 1 硬聚氯乙烯管材型式简图2. 加筋管：是一种管壁光滑、外壁带有等距排列的环肋的管材。这种管材既减薄了管壁厚度又增大了管材的刚度， 提高了管材承受外荷载的能力，可比普通直壁管节约30%以上的材料。管材的公称直径以管内径表示，产品最大直径 DN400mm管材长度6m,承插式接口，橡胶圈密封，环刚度 8kN/m2。3. 肋式卷绕管：该产品是新一代塑料管材，制管分 2 阶段进行。第 1 阶段先将原材料制成带有等距排列的T 型肋的带材，第 2 阶段再将带材通过螺旋卷管机卷成不同直径的管 材。管材的公称直径以管内径表示。这种管材的特点是可以 把带

5、材运到管道施工现场。就地卷成所需直径的管材，大大 简化了管材的运输、管材长度可以任意调整。带材的规格有4 种，适用于不同直径不同要求的管材。管材重量仅为直壁 管重量的3550%管材接口用特制的管接头粘接。用高密 度聚乙烯制成的140GB型带材可用特殊构造的钢带加强，最 大管径达DN2400mm管顶覆土可达10m。这种管材由兰州晟 泰塑料制管公司生产，已在西北地区使用。4. 直壁管：管壁截面是实心的，管壁截面相等的管材， 公称直径以管外径表示。管材接口有软接接口和橡胶圈接口。 橡胶圈接口的严密性较好。这种管材承受内压外压的性能都 很好，多用于建筑给排水和城镇给水管道，用于排水管道与 异形管相比价

6、格相对较高。由上述可见，在排水管道工程中选用的管材，以异形管较为经济，具体选型尚应根据具体的条件综合比较确定二、管道设计1. 水力计算PVC-U排水管道的流速、流量通常按下式计算： 式中：V为流速；n为管壁粗糙系数；R为水力半径；I为水 力坡降；Q为流量；A为水流有效断面面积。管壁粗糙系数 n 与管道的水力条件及管子表面的光滑程 度及管接头的间隙、数量等诸多因素有关。美国在实验室试 验和实际应用中发现 PVC-U管的n值为，Uni-BellPVC 管 协会推荐采用，日本下水道协会标准则采用。天津市政工程 研究院用DN200mrt双壁波纹管在底坡 16%。，流速/s清 水条件下试验的 n 值为，

7、考虑污水环境恶劣及管接头影响 留有余地正在编制的规程中拟采用。PVC-U排水管的最低流速不宜低于 /s 。管子埋入地下椭圆变形对流量的影响可忽略 不计，按管道允许直径变形率5%计算，对流量的减少仅 %，影响甚微。2. 管道强度计算PVC-U 管系按柔性管的理论，靠管土共同工作来承受荷 载。管周两侧的土体承受了大部分荷载，柔性管仅承受一小 部分。对重力流管道，管子的安全使用状态实际上是以变形 控制，欧美等国对重力流管通常只计算管子的变形。日本下 水道协会标准JSWASK-1依图2假定的荷载图形按下式计算管子的环向应力：a =M/W=式中：a为管壁的环向弯曲应力；M为管壁上的弯矩；r为管子的平均半径； W为管壁的截面模量；K1为管道竖向静土 压力作用的弯矩系数；K2为管道在地面活荷载作用下的弯矩 系数； P1 为作用在管顶的静土压力； P2 为作用在管顶的活经对不同管径管材的砂箱试验实测结果，管壁应力与按上述公式计算的结果甚为接近，计算值略大于实测值，因之 上式可以采用。静土压力分布 动土压力分布图23. 管道的变形计算埋地柔性管的变形计算国内外多采用 Spangler 推导的依何