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探究塑料低压暗管输水工程的具体施工过程

2020-05-21 194 上传者：管理员

摘要：总结了塑料低压输水管网规划设计和施工技术，包括管网规划、管材选择、资料准备和施工方法，分析并指出施工过程中的注意事项，为后续相关工程的规范化施工提供指导，对我国塑料低压暗管输水工程的大规模推广和经济效益有重要意义。

关键词：
塑料低压暗管
施工
管材
管网
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低压输水管道一般指工作压力不超过0.4 MPa的输水管道[1]。输水系统是地面灌溉系统的基本组成部分，可通过重力或是水泵从河流，水库或管井中取水后输送到农田中灌溉。输水系统大致可以分为明渠和埋地暗管两类。相比于明渠输水，埋地暗管可以明显提高输水效率，减少输水过程中的损失，输水效率可高达95%以上。全球约4.5%的农作物采用低压暗管输水技术灌溉[2]。

低压暗管输水技术与传统输水管渠相比，具有节省投资、运行维护方便、占地面积小、渗漏少、灌溉时间灵活等优点[3]。其中，灌溉时间灵活这一优势使得低压暗管输水技术更适用于管理不同种类的农作物。在我国，低压输水技术由于水力效果好、安装方便，而被广泛应用于干旱或半干旱地区灌溉系统[4,5]。本研究总结了管网规划的要点和管材选择方法，并对施工过程进行了详细说明，提出工程中的常见错误，对未来的相关工程施工及低压输水暗管技术的发展有重要的指导意义。

1、管网选择

1.1 管材选择

塑料低压暗管的管材包括：聚氯乙烯（PVC/UPVC）、聚乙烯（PE）、ABS，双壁波纹（HDPE）等硬塑料管。其中，低压管道输水灌溉工程所用的硬聚氯乙烯管应符合《给水用硬聚氯乙烯PVC-U管材》(GB/T 10002.1—2006)《低压输水灌溉用硬聚氯乙烯PVC-U管材》(GB/T 13664—2006)和《硬聚氯乙烯PVC-U双壁波纹管材》(QB/T 1916—2004)的规定。聚乙烯管应符合《给水用聚乙烯PE管道系统》(GB/T 13663—2018)规定，涂塑软管应符合《输水用涂塑软管》（JB/T 8512—2014）规定。

UPVC输水管的优点是：(1)重量轻、运输安装成本低、可节省管道综合建设成本。(2)水力条件好、内壁光滑、能耗小。(3)单根长度大、管道接头少、水密性好、有效减少渗漏可能性。(4)机械强度好，抗压性和抗冲击强度高，适用范围广[6]。

PE管的优点是：(1)重量轻、柔韧性好、可以曲折敷设，对基础沉降适应性好，受地形限制小，便于施工。(2)施工难度小，平均热熔一个接口只需要20 min左右，方便快捷，大大提高施工效率。(3)机械性能好，适用温度在-60～60℃之间，有效抗低温；抗应力开裂性好、抗化学腐蚀性好、使用寿命长，平均使用年限50年。(4)水力性能好，管道内壁光滑，可有效降低输水能耗。(5)漏损率低，由于采用热熔连接，施工后管道连为一体。在工程实践中，采用PE管的工程施工完成后水压试验的合格率可达到100%，方便后期养护维修[7,8]。虽然PE管在我国的使用时间已经很长，已经有了完整的理论研究和施工体系，管道施工成熟度较好，但是相比其他塑料管材，其原材料的价格偏高，在大口径管材中竞争力不强。

与其他材料相比，高密度聚乙烯管（HDPE），近年来很受欢迎。欧洲有近90%的新建工程选择使用HDPE材质的塑料水管[9]。HDPE管具有很好的耐用性、柔韧性和耐腐蚀性[10]。HDPE的柔韧性可以抵御造成管道材料破裂的地震活动，从而使其成为强烈地震活动区域的理想之选。HDPE管道之间采用电热熔连接，接头强度高、施工方便、可有效减少渗漏；温度适应范围广，可以在-60～60℃之间正常使用，有效适应极寒或极热等极端天气；耐用性好，在室外或露天环境下可正常使用50年，抗紫外线老化性能好；耐化学腐蚀性好，在土壤中可保持稳定使用而不与土壤中微生物等发生反应；水力条件好，管道内壁光滑，可有效减少输送过程中能耗损失；施工方便，可采用非开挖技术如顶管、衬管、定向钻孔等方式施工，适用于不方便开挖地区的使用。

ABS材质水管在国内使用较少，国外使用较多[11]。ABS输水管是第一种应用于建筑工程中的塑料形式输水管，抗冲击强度和耐腐蚀性能好，正常使用温度范围为-40～95℃[12]。ABS管道的耐用性和抗光老化能力差，所以近些年来，国外大部分新建工程不再使用ABS材质的塑料输水管。塑料低压暗管输水工程选择管材时，应综合考虑管道设计压力、相应连接件的公称压力、规格尺寸及偏差，以确保密封性；应考虑土壤盐碱性，以保证管道的正常使用年限。

1.2 管径选择

塑料低压暗管的管径选择与设计流量息息相关。农田灌溉系统的设计流量应由农作物的种类、数量、灌水延续时间和灌溉面积共同确定。一般来说，设计流量小于30 m3/h，管径选择90 mm及以下；设计流量大于30 m3/h小于45 m3/h时，管径选择125 mm及以下；设计流量在60～80 m3/h时，管径选择160 mm。

2、塑料低压暗管输水工程的施工

2.1 质量检查

塑料管材，除了需要具有出厂合格证明外，在施工前还应对采购的塑料暗管进行抽查以确保质量合格并出具相应的质量合格检测报告[13]。塑料管材的规格尺寸偏差、杂质和力学性能都应满足相应的国家规定。附属件的检查包括：进排气阀、安全阀、给水装置、量水设备和配水控制装置的检查。其中，进排气阀的技术要求应符合《农业灌溉设备灌溉阀第4部分：进排气阀》（GB/T 18691.4—2011）的相关规定，安全阀的技术要求应符合《安全阀一般要求》（GB/T 12241—2005）的相关规定。给水装置中，给水栓应有密封水压值和局部水头损失资料，在高寒地区使用时须额外安装防冻保护装置。量水设备规格应与管道流量相匹配，计量精度不应低于5%。配水控制设备应满足设计流量和压力要求、密封性好、操作维修方便。

2.2 管道系统安装

管道安装应在管沟、管道基础等验收合格后进行。测量人员应对管沟的测量控制桩进行复核。管道安装宜按先干管后支管的顺序进行。塑料输水管常用安装方法有承插黏接法、柔性承插套接法、管箍连接法和热熔焊接法。值得注意的是，当PVC或UPVC管道公称直径小于200 mm时，应采用承插黏接法连接；当PVC或UPVC管道公称直径大于200 mm时，应采用橡胶圈承插连接/柔性承插套接。

管道采用承插式黏接法连接时，应将插口顺水流方向，承口逆水流方向安装，宜由下游往上游进行。承插黏接法是利用溶剂，使用物理方法将管端插入另一管端承口，从而起到管端连接作用的方法。具体做法是：(1)确定溶剂。溶剂的选择应根据设计及管材决定，溶剂内不得有明显杂质或影响黏接的物质。(2)确保管件表面光滑无污染，提前对管道进行砂纸打毛，清除污迹。(3)涂抹黏接溶剂。溶剂应均匀涂抹在承插面，涂抹长度应符合设计规定。一般公称直径100 mm的PVC管道需至少使用13 g溶剂。(4)插入前，应在插口端管壁上做出插入深度标记。(5)承插时，插口应直接插到承口端底部。承插过程中要施加一定外力以保证初步固化。(6)承插完成后，应保证管道平直即管道管轴线重合，管底与管槽应贴合良好。

柔性承插套接法，即用密封胶圈替代溶剂从而连接管道的做法[14]。与黏接承插不同的是，柔性承插时，插口不宜直接插到承口端底部，应预留一定长度伸缩缝隙，一般为至少10 mm。承插时应确保密封胶圈无翻转，扭曲现象。插入完毕后，承插口周围空隙大小应一致。一般情况下，公称直径为100 mm的PVC管道最小承口长度为75 mm。

管箍连接法，即对无承插口的管材用管箍和黏接溶剂进行连接的施工方法。管箍接头有良好的抗震性、抗热胀冷缩性能，但其强度低于焊接接头，容易造成管道渗漏[15]。具体做法是先将管材进行去毛处理，去除污迹后将溶剂均匀涂抹在管箍内壁和管材外壁。利用外力（一般为千斤顶或人力）将管箍沟边卡进沟槽内。安装完毕后管箍应为卡紧状态[16]。

热熔焊接即通过加热设备使得塑料管道接口呈熔融状态后，迅速将管道端面挤压在一起并施加外力保持至常温后，使得塑料管道连为一体的做法[17]。图1为热熔焊接的流程图（以PE管为例）[18]。其他的管道连接方法还有法兰连接、热扩承插连接法等。法兰连接法适用于各类金属管道及阀门与管道之间的连接。热扩承插连接法适用于工作压力较低或管径较小的输水工程。

图1 热熔焊接流程图

2.3 给水装置安装

给水装置的最大承受压力不应小于所接管道的最大工作压力。给水装置一般采用金属或工程塑料制成，操作灵活、密封性好、运行管理方便。用于寒冷地区的给水装置应设有防冻保护措施。当采用给水装置直接向田间配水时，出口处应设置防冲设施。给水装置安装时，需首先对沟槽进行夯实，然后按照厂家规定的线路连接方式进行连接。

2.4 管道水压试验

水压试验时，应确保环境温度不低于5℃。冬季应考虑有效的防冻措施。管道保暖可采用无机材料如石棉、玻璃棉等，也可采用有机发泡材料如硬质聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料等[19]。管道充水应由下游缓慢灌入，分级升压，施工人员不宜在管道两端停留。管道升至试验压力后，应维持恒压10 min，同时观察压力表是否稳定[20]。

3、结论

在塑料暗管低压输水工程中，从管网规划和管材选择都要注意结合工程的具体情况。本研究通过对国家标准、国外专家意见和国内相关研究的分析，针对塑料低压暗管的管网规划和施工技术，得出以下结论：管网设计应综合考虑使用效果与经济效益。管网规划应尽可能采用单一水源平行布置，并均匀布设给水栓。灌溉需水量大于60 m3/h时需增设地面移动管道。管材选择需考虑因素有：管道造价、使用环境、施工难度、土壤盐碱性和地质活动强度等，以保证管道的正常使用年限。管径选择应由设计流量确定。

参考文献：

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