大口径HDPE管道在综合给排水管网工程中的革新应用
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中图分类号：TL353+2 文献标识码：A
HDPE管（High-Density Polyethylene，高密度聚乙烯缠绕结构壁管）是一种内外壁光滑、中空工字形结构管材，是根据选用口径不同，预先挤出不同规格的四方管，经缠绕模子并以热融PE（聚乙烯）相融结而成的具有较高抗压能力的一种结构壁管材，管壁结构形式见下图：
高密度聚乙烯缠绕管壁结构图
该种管材生产规格范围为DN150～DN3500， HDPE管凭借较高的性价比目前已成为排水建材行业新宠，具有以下特点： (1) 具有较高的环刚度和较好的柔韧性、抗震性，制成的管道具有较大的口径和单节长度； (2) 连接简单，接头密封形式合理，安全可靠，施工快捷； (3) 抗化学、耐老化能力强：具有极强的耐腐蚀和侵蚀能力，在腐蚀环境下无需防腐处理； (4) 耐磨性能好，耐磨性能优于砼管、UPVC等管材；（5）重量轻，仅为同等规格砼管的1/8，装卸、运输、安装方便。
经过组织多个综合给排水管网工程项目施工实践，归纳下来，目前较为广泛应用于排水领域的管道连接方式可分四种形式，其中哈夫管件连接形式适用于DN300以下管径，热收缩带和电热熔带连接方式适用于DN800以下管径，管径大于DN800时，选用承插连接方式较为适合。在综合给排水管网工程中经济使用管径规格为大于等于DN800的管道，所以管道连接以双向内承插形式为主。四种连接形式的基本情况可参见下表：
HDPE管道连接形式基本情况表
序号 类型 外形图 介绍
1 哈夫管件连接 通过连体胶圈套进管端肋槽，再将不锈钢材质的哈夫件包在胶圈外面，均匀紧好螺栓将胶圈压紧密封的一种连接方式。
2 热收缩带连接 用燃气喷枪对叠加缠绕好的PE密封带进行加热，使热收缩带完全收缩紧固在管子上一种连接方式。
3 电热熔带连接 电热熔带是优质PE板材热合内嵌特种电热丝网而成的柔性套管，通电后丝网加热PE板，再冷却收缩紧固管子的一种连接方式。
4 双向内插连接 不锈钢套管的两端各设有承口，在两管口设有弹性密封橡胶圈，通过橡胶圈的止水面进行密封的一种连接方式。
本文是通过作者归纳总结工作实践编写的大口径hdpe管道施工方法，充分利用了HDPE中空壁排水管的各种性能，合理地安排了施工工艺及施工工序，克服了种种不利的施工环境及因素。近几年来，建设工程排水领域的发展趋势之一是大口径HDPE管道逐步替代钢筋砼管在市政和工业工程排水、排污干管领域内的应用，因此，革新管道材料，本施工方法具有较强的适用性和推广性，能够充分发挥其大口径HDPE管道施工安全性好、周期短、综合成本低的特点，创造较大社会效益。
正文
适用范围
HDPE管道内壁摩阻系数小，通过能力强，化学稳定性强，使用寿命长，属于新型柔性管材，管道整体可补偿较大的基础不均匀沉降，保证接口严密。适用于市政给排水工程、大型水利工程、工业流体输送工程等大型综合给排水管网安装工程，是替代预应力钢筋混凝土管、铸铁管的理想管材。
2、施工流程
HDPE管道施工流程图
3、施工方法
3.1技术准备
3.1.1熟悉设计图纸、资料，理清主管和支管的管线布置、走向及工艺流程和施工安装要求。
3.1.2熟悉现场情况，了解设计管线沿途已有的平面及高程控制点分布情况。
3.1.3根据管道平面和已有控制点，并结合实际地形，做好实测数据整理，绘制实测草图。
3.2测量放线
3.2.1进场后对建设单位交接的水准点和导线点进行复测，闭合差符合设计要求后，进行导线点、水准点的加密，每60米范围内设一个水准点，以满足排水管高程、线型控制的精度。
3.2.2由于管道中线桩在施工中要被挖掉，因此在不受施工干扰、施测方便、易于保护的地方测设施工控制桩，采用延长线或导线法测设中线方向控制桩。
32.3管道中心由中线控制桩来确定，通过控制桩在管道基础上打出边线，确定管道的铺设位置。
3.3井点降水
3.3.1因施工区域地下水位较高，进行2m深度以上沟槽开挖作业，须进行预先降水。
3.3.2采用单侧布置轻型井点降水的形式进行降水，每根井点管间距1m，每50m作为一个工作组。
3.3.3地下水位应降至槽底最低点以下0.3m~0.5m方可进行管槽开挖，在回填完成之前的全部作业过程中，不得停止降水措施。
3.4管槽开挖
3.4.1管槽断面为梯形，使用1m3液压反铲挖掘机一次开挖接近设计深度，挖掘机一边开挖一边后退，开挖出来的余土堆土于管槽北侧空地上。
3.4.2开挖应严格控制管槽放坡系数，按设计的放坡系数挖够宽度，开挖时应注意沟槽土质情况，必要时应请驻地监理和设计代表现场确定放坡系数，以防槽边塌方。
3.4.3开挖管槽应严格控制基底高程，不得扰动基底原状土层。基底设计标高以0.2~0.3m的原状土，应在铺管前用人工清理至设计标高。如遇超挖或发生扰动，可换填10~15mm天然级配砂石料或最大粒小于40mm的碎石，并整平夯实，其密度应达到基础层密实度要求，严禁用杂土回填。槽底如有尖硬物体必须清除，用砂石回填处理。
3.4.4槽底净宽应根据设计文件的要求确定，若设计文件未规定，一般情况下，槽底最小宽度可参照下表规定：
管径 DN（mm） 槽底最小宽度B（mm）
200＜DN≤300 D外+400
400＜DN≤1000 D外+600
1000＜DN≤2000 D外+1000
3.4.5因为施工时赶上雨季，所以在管槽开挖时应做好排水措施，在槽底设置排水沟，防止受水浸泡。
3.5测量检查
管槽挖好后，进行测量检查，并放出管道的中心线，设置控制桩和高程标板。
3.6管基施工
3.6.1管道基础形式及管基有效支撑角依据设计文件规定施工，因为本工程的管槽底部为降水后的软图地基，需对地基进行加固处理，设计加固方法为在夯实的地基上浇筑150mm厚C10带形混凝土垫层。上面再铺200~400mm黄砂垫层（中粗砂）。
3.6.2管道设计土弧基础支承角范围内的腋角部位，必须采用中粗砂回填密实，回填范围不得小于支承角2α加30°。
3.6.3管道基础在接口部位的凹槽，宜在铺设管道时随铺随挖，接口完成后，凹槽随即用砂回填密实。
3.7管道铺设
3.7.1下管施工
(1) 下管可采用人工和机械两种方式进行，通常DN400以下的管道可由人工下管，使用非金属绳索溜管，将管段平稳的落在沟槽内管基上。在本工程中铺设的HDPE管径都≥DN500，所以只能采用机械下管的方式下管，为节省吊车台班费用，经过测算后，仅对管径＞DN1500的管道采用了吊车下管，管径≤DN1500的管道使用反铲挖掘机下管。
(2) 下管作业时，严禁将管材直接由槽顶滚入槽内。
(3) 采用机械下管时，必须用非金属绳索（尼龙带）扣系牢固，吊装时应有二个支撑吊点，严禁串心吊放，另外应避免与槽壁或槽底激烈碰撞，防止划伤、扭曲或过大的拉伸和弯曲。
(4) 管道在基础上找正，采用撬棒或倒链牵引完成。
3.7.2管道接口
(1) 由于本工程铺设的HDPE管道口径较大，采用了双向内承插连接方式。连接件为双向承口套管，该套管为钢制，衬涂PE材料，增强防腐性能，套管两端各有一凸槽，用于固定弹性密封橡胶圈，套管两端皆作为承口，采用该种连接方式的管线具有较强抗不均匀沉降导致变形泄漏的能力，连接方式参见下图：
(2) 接口作业时，应先将承口的内工作面用棉纱清理干净，不得粘有泥土等杂物，并涂抹剂，然后将插口端的中心对准承口的中心轴线就位。
(3) 承插式密封圈连接宜在环境温度较高时进行，插口端不得插到承口底部，应留出不小于10mm的伸缩空隙。在插入前，应在插口端处壁做出插入深度标记。插入完毕后，插入长度和承插口圆周间空缝应均匀，并保持连接管道轴线平直。
(4) 在相邻两段管道连接时，先将钢塑复合套管的承口对准连接管段的插口缓慢推入，保持密封面的受力均匀，使之组合成为一端为承口的管段，将另一待连接的管段的插口对准承口，在管端部设置木档板。管径≤DN400的管道对口可使用撬棍施力，使被安装的管道沿着对准的轴线徐徐插入承口内，逐节依次安装。管径＞DN400的管道可用柔性缆绳系住管道木挡板，通过手动葫芦施力，使被安装的管道沿着对准的轴线徐徐插入承口内，严禁用施工机械强行推顶管道插入承口。
(5) 为防止接口合拢时管道轴线位置移动，需对小管径的管道采用稳管措施。具体方法可在编织袋内灌满黄砂，封口后压在已排管道的顶部，具体数量视管径大小而异。
(6) 管道连接后，应复核管道的高程和轴线是否符合设计要求，如发现位移、漂浮、拔口等现象，应及时返工处理。
3.7.3管井衔接
(1) 管道与检查井上的短管的衔接，宜采用柔性接口，也可采用承插管件连接，视具体情况由设计单位确定。
(2) 短管与检查井之间通过设置橡胶止水圈来达到密封要求。
3.8砌检查井
3.8.1按设计要求砌筑，砌筑后的井壁圆顺，灰浆饱满，爬梯安装牢固，在井室砌筑时安装爬梯，爬梯安装前进行除锈处理，安装时周围孔隙须用1∶2水泥砂浆封实，砂浆未凝固前不得踏动爬梯。
3.8.2检查井内的流槽与井壁同时砌筑。表面用砂浆分层压实抹光，砌筑后的流槽应与上下游管底部顺接。
3.8.3砌筑检查井时预留支管应随砌随安，预留管的直径、方向、标高应符合设计要求，管与井壁衔接处应严密，预留支管管口宜用低标号砂浆砌筑封口抹平。
3.9胸腔回填
3.9.1HDPE管属柔性管道，与刚性管道施工中回填土要求相比较无明显差异。但对于刚性管道，通常被视为一个独立的承力结构，强度上须承受全部的内外压力；而柔性管则是“管道与填土作用”系统承力结构，即管道与填土之间，由于力的相互协调，使二者结合成一个高度有效的整体结构，要求胸腔回填土的密实度大于85％。施工中，主要考虑管底垫层及管道胸腔回填土的密实度，这决定了“管与土”系统的负载能力及管的径向变形率，要求回填土压实到规定的密实度，即按设计或规范、标准施工，可保证工程安全运行，这一点对于大口径管道施工尤为重要。
3.9.2在覆土厚度和设计车辆荷载一定的前提下，柔性管道变形应控制两个万面：一是选择合理的管材及环刚度，这个环节是由设计人员完成的；第二，在静荷载为主要荷载的情况下，主要控制回填土质量。
3.9.3在管道试压前，管顶以上回填土高度不得少于500mm，留住管道接口处200mm范围内不进行回填。待管道试压合格后再全线回填至设计地面。
3.10闭水试验
3.10.1由于为重力自流排水管道，本工程需做闭水试验，管径≤DN800的管道可采用磅筒进行闭水试验，管径＞DN800的管道可带检查井进行闭水试验。
3.10.2当闭水试验选在两检查井之间，管道两端管堵如用砖砌时，必须养护3~4天达到一定的强度后，再向闭水段的检查井内注水。管道在闭水试验前应提前灌水并浸泡24小时，使接口及管身充分吃水后再进行闭水试验。
3.10.3闭水试验水头为检验段上游管道内顶以上2m高度。管径＞DN800的管道采用带检查井进行闭水试验时，若管内顶与检查井的距离小于2m，则闭水试验水头高度应至检查井顶面标高。
3.10.4闭水检验时，外观检查不得有漏水现象。
3.10.5进行闭水试验时，必须将管道接口部位的下部及时回填密实。作为柔性材料，悬臂结构会对管道产生巨大的径向剪切力，这是在实验时要避免的。
3.10.6闭水检验测得管道的渗水量应小于等于按下述公式计算的允许渗水量：
Q=0.26√Di
Q—每10m管道长度30min的允许渗水量（l/10m30min）
Di—管道内径（mm）
3.11回填夯实
3.11.1管槽回填应先从管线及检查井两侧同时对称回填，以确保管线及检查井不因侧压不均产生位移。
3.11.2 从管底基础至管顶以上0.7m范围内，须用人工回填、夯实，严禁机械推土回填，每层回填高度为0.15～0.2m，管顶以下用粗砂回填，管顶以上0.5m范围内回填土中不得含有石块、砖及其它杂硬带有棱角的大块物体。管顶0.7m以上部分回填土可采用机械回填。
3.12竣工交付
3.12.1管道工程实体竣工后进行竣工验收，合格后方可交付使用。
3.12.2管道工程的竣工验收必须在各个工序、部位和单位工程验收合格的基础上进行。
3.12.3竣工验收时，应核实竣工验收资料，进行必要的复验和外观检查。对管道的位置高度、管材规格和整体外观等进行检查，并填写竣工验收记录。
结论
HDPE管道从上世纪九十年代未开始从国外引进，结构形式和联接方式多种多样，本文中所提到的是其中生产工艺简单、制造成本低、易推广的一种管道。HDPE管道使用寿命为50年，是水泥管的2倍多，大大降低了寿命周期成本，因此，在各类输排水施工中会得到广泛应用。为探索HDPE管施工技术在埋地排水领域中的合理应用，编写本文，期望能对管道施工人员尽快掌握大口径HDPE管道施工操作有所帮助。