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PVC-U給水管道施工中幾種特殊情況的處理

摘要：PVC-U管道因其眾多的優(yōu)點在輸水領域得以廣泛使用。在室外施工過程中，因環(huán)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(xiàn)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(fā)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(yōu)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(huán)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(xiàn)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(guī)程》CECS17：2000中規(guī)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(jù)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(xiàn)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(guī)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(qū)經(jīng)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(chǎn)生劃痕，甚至裂紋），易使管材產(chǎn)生裂縫、劃痕、裂紋，使用時管材劃痕、裂逢處產(chǎn)生應力集中，而使管材爆裂（裂縫產(chǎn)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?shù)氐馁Y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(guī)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(jīng)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(chǎn)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(guī)范》執(zhí)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(guī)定進行

《埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規(guī)程》CECS17：2000規(guī)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(guī)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(guī)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(chǎn)生振動，硬物（如石塊等）會與管子發(fā)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(fā)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(guī)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(guī)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(fā)，揮發(fā)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(fā)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(guī)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(shù)為0.07mm/(m℃)，比傳統(tǒng)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(tǒng)。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(chǎn)生的巨大應力將作用在管材本身或管件上。經(jīng)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(jié)數(shù)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(jù)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(tǒng)管道連接  

塑料管材規(guī)格一般以管材的公稱外徑表示，與傳統(tǒng)管材表示方法不一樣，因此塑料管材與傳統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)管材做法與預留孔連接即可。

五、環(huán)路鋪設

在環(huán)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(guī)程規(guī)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(jù)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(wěn)定性，并用錨固裝置將其上的附配件固定，當附配件可能產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的額外應力；二是為了在附配件發(fā)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(jīng)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(shù)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(chǎn)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(nóng)村和偏遠地區(qū)，以前很少采用塑料管，缺乏設計和施工經(jīng)驗，加上供水壓力不高，心存僥幸心理，發(fā)生事故的概率更高。因此，使用戶弄清水錘和氣錘產(chǎn)生的原因具有重大意義。

水錘和氣錘發(fā)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(tài)發(fā)生突變，導致管道中水壓發(fā)生劇烈波動?，F(xiàn)以（下圖）最簡單的輸水管道說明水錘和氣錘發(fā)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?yōu)閂0（值為0），水流的動能變?yōu)閴毫?，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(xù)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(tǒng)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?yōu)閴毫?，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(chǎn)生的水錘和氣錘沖擊波也越大。由于氣體的壓縮系數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生水錘，如管道系統(tǒng)中存在空氣則會產(chǎn)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(wěn)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(tǒng)中的空氣排出去，以免產(chǎn)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(guī)程，消除管材損壞因素，更好的推廣和使用PVC-U管道。