浅议钢带增强聚乙烯波纹管在市政排水管道的应用

钢带增强聚乙烯（HDPE）螺旋波纹管是近年来新开发的一种柔性埋地管材，具有环刚度高、防腐性能好、连接强度高、产品执行标准先进、埋地深度较其他塑料管材更深、良好的地质适应性等特点。钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是以高密度聚乙烯为基体，用表面涂敷粘接树脂的钢带成型为波形作为主要支撑结构，并与聚乙烯材料缠绕复合成整体的双壁螺旋波纹管。它既具有塑料管的柔韧性，又具有金属管的刚性，且环刚度高、抗外压能力强，重量轻、耐腐蚀、抗磨损、过流能力大、密封性能好、使用寿命长、运输安装方便，施工速度快。用作埋地排水管道时，该管材具有良好的使用性能，但在设计、施工上有着不同于其它排水管材的特殊要求。

1  钢带增强聚乙烯波纹管道的特点
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是把连续钢带压成近似“^”型的螺旋钢肋，再将其缠绕在内外两层热熔接的聚乙烯间而形成的。其将钢材的高强度、高刚度和聚乙烯的柔韧性、耐腐性、耐磨性有机地结合在一起。
1.1  强度和刚度
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管属于结构壁管道，且含有高强度钢带，利用钢带的高弹性模量(通常为聚乙烯的 192 倍)，并根据其结构设计和制作特点的不同，钢带增强聚乙烯螺旋波纹管特别是大口径管道的环刚度可以很容易达到 8kN/㎡、12.5 kN/㎡ 、16 kN/㎡。
1.2  水力特性
由于钢带增强聚乙烯螺旋波纹管内壁为聚乙烯材料，因此，它具有常规塑料管内壁光滑、粗糙度小、高通流能力的特点；同等条件下，相同口径塑料管较钢筋混凝土排水管通流能力、流速要高近 20％。
1.3  耐腐、耐磨性
管道的结构设计中，钢肋是完全被内外聚乙烯覆盖的，接触被输送液体和周围土壤及地下水的内外表面都有一定厚度的聚乙烯层，因此，钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的耐腐蚀和耐磨损性能是有保证的。
1.4  综合经济性
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管具有较高的综合性价比。一方面，管道本身结构的设计特点能非常显著地节约材料成本；另一方面，我国拥有该管道生产设备的自主知识产权，使设备投资较国外设备大大降低；再加上管道质量轻、运输安装方便及施工速度快等特点，使得该管道，尤其是较大直径管道，具有较高的综合经济性。
2  钢带增强聚乙烯波纹管道设计要点
2.1  管道性能参数的选取
管道性能参数的选取应根据不同的使用条件并结合管材的特点区别对待。最重要的设计参数为环刚度和允许变形率。钢带增强聚乙烯螺旋波纹管产品齐全，覆盖了DN/ID300-2000 的各种规格，环刚度分为 SN8、SN12.5、SNl6三个等级，管道竖向直径的允许变形率不应大于 5％。
2. 2  基础设计
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管属柔性管材，应采用土弧基础。管底基础层设计应根据不同地基条件采取相应的措施：对于一般土质，应在管底以下原状土地基或经回填夯实的地基上铺设一层厚度为 100 mm 的中粗砂基础层。当地基土质较差时，可采用铺垫厚度不小于 200 mm 的砂砾基础层，也可分两层铺设(下层用粒径为5~32mm的碎石，厚度100-150mm；上层铺中粗砂，厚度不小于 50 mm)。对于软土地基，或因施工等原因扰动了地基原状土从而影响到地基承载力时，必须先对地基进行加固处理，在达到规定的地基承载力要求后，再铺设中粗砂基础，基础密实度应达到 85％-90％。对于土弧基础支承角范围内的腋角部位，必须采用中粗砂或砂砾回填密实。其密实度应达到 95％。
2.3  管道连接
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的管端口面形式通常分为螺旋形和垂直轴线的平面形两种，相应管材的连接方式、方法应根据其端口面形式分别确定。目前，国内生产的主要为螺旋形端口。已经在工程中广泛应用的螺旋端口的连接方法为热熔挤出焊接、电熔带连接、热收缩管(带)连接和卡箍连接等刚性连接方式。在设计中，一般多采用两种或多种方法的组合连接，以保证连接的安全可靠，特别是在重要的工程或大口径管道连接时。如当管径>800 mm 时，可采取内外双面热熔挤出焊接或内热熔挤出焊接+外电熔带或热收缩带连接的组合方式；也可采取热收缩管(带)+卡箍的组合连接方式，既提升了管道连接的可靠性，又能保证连接的机械强度。
2.4  管道与检查井连接
管道与检查井连接时，应采用柔性连接。当管道敷设在软土地基或不均匀地层上时，管道与检查井连接可采用过渡段。过渡段应由不少于两节的短管柔性连接组成，每节短管长 600—800 mm，总长可取 1 500～2 000 mm；柔性连接可采用承插式、套筒式橡胶密封圈接口。过渡段也适用于管道与构筑物进出水管道的连接。
3  钢带增强聚乙烯波纹管在市政排水管道的应用
3.1  施工准备
施工前对挖掘机、起重机等各种施工机械全面检查，经调试处于性能良好状态。
3.2  沟槽开挖及基础夯实
首先打井降水，使地下水位降至槽底以下 50cm。开挖沟槽，应严格控制基底高程，不得扰动基底原状土层。基底设计标高以上 0.2～0.3m 的原状土，应在铺管前人工清理至设计标高。如遇超挖或发生扰动，严禁用土回填，可换填10-15mm 天然级配石料或最大粒径小于 40mm 的碎石，并整平夯实。槽底如有尖硬物体必须清除，用砂石回填处理。管道在敷设、回填的全过程中槽底无积水。沟槽完成后及时作砂石基础，基础厚度为 200mm 的中粗砂，使用平板振捣夯压实，检测压实度全部达到规范要求后再进行后续施工。
3.3  管道连接及安装
管道连接采用电热熔带连接的方式。电热熔带焊接方法是利用镶嵌在连接处接触面的电热元件通电后产生的高温连接方法，是刚性连接。它是采用一条内壁镶嵌有电阻丝的聚乙烯电熔带。每根钢带增强聚乙烯螺旋波纹管长度为 12m，使用一台 16T 吊车将管道由下游向上游依次安放，吊装时有两个支撑吊点，保证起放平稳。采用电热熔带连接前，检查钢带增强聚乙烯螺旋波纹管和电热熔带表面无损伤，管道内无杂物。在焊接处开挖深 30cm、宽 50cm 的操作坑。水平对齐管道，然后用电热带将管道要连接的部分紧紧圈住，外面再用耐热带紧固。电熔带长度大于管材波谷周长的 1.25倍，电压采用 220V，流 13-14A，热熔时间 15 分钟左右。管材波谷的聚乙烯热熔连接完成后，再对管材波峰断开处进行焊接连接。焊接结束充分冷却后移动管材。
3.4  管道与检查井连接
管道与检查井连接时，采用刚性连接，连接部位的宽度不小于 2 个螺距。在检查井井壁与插入管端的连接处，填实水泥砂浆，且管端圆截面无扭曲变形。管道与检查井连接完毕后，在管端连接部位的内外井壁做防水层，防止渗漏。
3.5  管道闭气试验检测
采用闭气试验检验管道的严密性，试验结果满足《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008 规定的要求。
3.6  回填
沟槽回填从管道、检查井两侧同时对称进行，人工回填，确保管道和检查井不产生位移。从管底基础至管顶以上0.15m 范围内，采用中砂分层回填夯实。管顶 0.15m 以上沟槽用素土分层回填夯实，压实度检测符合要求后在进行后续施工。
4  提高钢带增强型聚乙烯波纹管管道铺设施工质量
4.1  热熔挤出焊接连接
热熔挤出焊接连接的结构，它是通过专用挤出焊接工具及挤出焊条将待连接两管端加热，使其聚乙烯材料熔融后而凝固成整体的连接方法。热熔挤出焊接连接是目前最常用的连接方式。该方式的要点是必须使用带热风装置的挤出焊机和与管材材质相同的聚乙烯焊条。焊接时要求金属断开部位尽可能对齐，尽可能减少接口间隙。管径大于 800mm 的管材，应进行内外双面焊接，特别是在波峰（钢带断开处）部位必须进行内外双面焊接。焊接时热风装置必须将待焊部位的聚乙烯预热，预热温度应控制在能使挤出的熔融聚乙烯能够与管材融为一体的范围内。所有焊接断面必须饱满，不能有漏焊和断口。所有焊接工艺及操作，应按管材生产厂经过定型验证后提供的焊接工艺及操作要求，由经过培训考核的焊工进行热熔挤出焊接连接施工。
4.2  热收缩管（带 ）连接
热收缩管（带）连接的结构。它是通过对热收缩管（带）进行火焰加热，使其收缩后内表面的热熔胶与管材外表面粘接成一体，热收缩管（带）冷却固化形成恒定的包紧力的连接方法。热收缩管（带）连接所采用的热收缩管（带）由制管厂配套供应。而热收缩管（带）目前尚无国家和行业标准，但要求其外观应平整、无气泡、夹渣或裂口，其基材可由聚乙烯经交联后制成；外表面喷涂有示温涂料；内表面涂有热熔胶。在此还应特别提出，为保证接口的质量，热收缩管应选用经交联的、圆管扩胀定型的无缝管，不宜采用由交联带材搭接的有缝管。热收缩管用于 DN1000mm 以上的钢带增强聚乙烯螺旋波纹管连接时，一般宜与热熔挤出焊连接结合使用。
4.3  管道运输和贮存
工程所用排水管材（钢带增强聚乙烯螺旋波纹管）由厂家生产并负责运输，运至现场可暂时沿管线方向摆放在沟槽一侧，管节的运输和贮存应注意：运输过程中必须垫稳、绑牢，以免破损；起吊管节时，采用专用的吊具，装卸时应轻装轻放；管节安装前，将管、管件按施工设计的规定摆放，摆放的位置应便于起吊及运送，并且必须垫稳；管节的现场贮存量应做到适中：既不影响施工进度，又不能太多，以免长时间在阳光下曝晒。
4.4  管道安装与铺设
管基质量检验合格后即可进行管道安装，下管前必须按产品标准逐节进行外观检验，不符合产品标准者，严禁下管铺设。管节下入沟槽时，不得与槽壁及槽下的管道相互碰撞，沟内运管不得扰动地基。铺设过程中注意：将管节安放到事先测定的位置，并检查垫层与管道接触是否均匀，接触不均匀的应进行调整；检查管道的中心线及两端标高，用吊车吊起管节并进行适当调整；测量并记录管节的标高及中心位置。
4.5  管道基础及地基处理
（1）管道基础采用土弧基础，当土质情况较好时，在地基上铺设一层厚度为 100mm 的中粗砂垫层；土质较差时，可采用铺垫厚度不小于 200mm 的砂砾垫层。
（2）在土弧基础的腋角部位，必须采用中粗砂夯实，压实度不小于 95%，回填材料应符合设计要求。
（3）管道沟槽地基处理宜采用复合地基处理方法，不能采用刚性地基处理方法。
4.6  管道与检查井连接
（1）管道与混凝土或砖砌检查井连接时，采用刚性连接，连接部位的长度宜为 2 个～4 个螺距。（2）检查井砌筑时管道敷设到位，井底垫层必须振捣密实。砖砌检查井砌筑时严格按“三一”砌筑法砌筑。检查井内外壁抹灰严格按（设计要求进行）五遍防水抹灰法施工，井壁与管道连接处砂浆掺入 5%的膨胀粉封堵密实。检查井抹灰前，在检查井与垫层的内壁处用 C20 细混凝土浇筑圆角，振捣密实，抹灰时一次成形，抹灰完成后，加强抹灰面的养护。
5  施工注意事项
管道敷设前，施工单位应编制施工组织设计，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；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；并根据管顶的最大覆土，对管材环刚度进行复验，对沟槽及其两侧原状土情况进行核对。
5.1  沟槽及开挖要求
沟槽开挖前，应根据设计给定的水准点及坐标控制点进行测量、定位、放线，引临时水准点及控制桩，经复核认证批准后方可进行沟槽开挖。沟槽开挖要严格控制挖深及管道中心线。机械开挖时留 200—300mm 的余量，由人工清槽至设计槽底高程位置，并将里程桩引至槽底。如遇超挖或发生扰动，可填天然级配砂石料，其最大粒径不大于 40mm，并整平夯实，且密实度不应低于 95％。
5.2  温度影响
由于聚乙烯管道的线膨胀系数为 0．2mm／(m•℃)，钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的线膨胀系数可采用相同参数，可见温差对管道的安装、使用安全性非常重要。排水管道在沟槽回填土完成后长期使用过程中，管道内外介质的环境温差比较小，但在施工敷设过程中经常出现较大温差，因此在施工敷设时，应尽可能采取减小温度对其影响的措施，如：1)选择与管道在长期使用过程中的环境温度相近的季节和时间段施工。2)管道连接及管道与构筑物等的连接采取柔性连接形式，如承插密封圈连接。3)管道采用刚性连接时，采取对管道及时覆土的措施。即待管道敷设完成后，除接口部位外露以外，立即进行沟槽回填，且管道两侧和管顶以上的回填高度不小于 500mm。
5.3  地下水影响
管道埋设在地表水或地下水以下时，应根据设计条件进行管道结构的抗浮稳定计算。当沟槽开挖遇有地下水时，需设置排水沟、集水坑，及时做好沟槽内地下水的排水降水工作，保证地下水位降至槽底 500mm 以下；且管道在敷设、回填的全部过程中，槽底不得积水或受冻，必须在工程不受地下水影响，管道达到抗浮要求时，才可停止降低地下水。在高地下水位的软土地基上敷设管道时，可在管道基础层和沟槽回填土内铺设土工布对管道的横向和纵向进行加固；在高地下水位的管段。可在管顶和两侧的回填土内铺设土工布；在地下水流动区域段内可能发生细颗粒土流动和转移时，可沿沟槽底和两侧边坡上铺设土工布。
5.4  管道修补
管道在安装过程中出现较小面积的局部损坏时，可采用焊枪和热收缩管(带)进行修补，但当破损超过一定范围时(损坏处直径>60mm或环向裂缝超过管周长的1／12或是管道的管身破坏)，应切除破损管段，采取换管措施。管道切断后，在波峰的钢带断口部位，应采用挤出焊接或用聚乙烯片材进行断口密封和防腐处理。
6  结语
钢带增强聚乙烯螺旋波纹管在我国诞生以来，就以环刚度高、耐腐抗磨好、材料消耗少及综合造价低的突出优势在全国各地得到迅速推广，只要根据管道的特性并结合工程特点，通过科学合理的设计及施工，必将发挥其良好的使用性能.