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PE给水管不规范施工出现的问题及防范措施
浏览: 发布日期:2018-11-28

一、聚乙烯管道及其管件爆管事故分析

      在此举两例分别在《建筑科学》和《世界华商经济年鉴·城乡建设》期刊上报道的事故案列。
      案列一:在广东省东莞市某住宅小区,小区室外给水管道采用聚乙烯管,管道主要沿道路边绿化带铺设,管径80mm以下采用热熔承插连接,80-150mm采用热熔对接。自2008年交付使用后,四年内共发生爆管事故132起,平均每个月发生两次以上事故。
      案列二:广州南沙某住宅区在在投入使用一年后,5个月内埋地聚乙烯给水管陆续出现18处漏水、爆管问题。PE管道DN100-250mm,其中15处为直管段对接接口或是管段转弯接口。
      这两个案列中,爆管事故频繁发生,后经调查分析了归纳了以下几点原因:
      1、PE管生产厂家生产的PE管质量有问题,并没有采用HDPE原料进行生产,导致管材的档次较低;有的厂家则没有按要求生产,为节省成本,私自添加了回料,而回料中聚乙烯大分子链已经有一部分断裂,这会引起PE管过早的老化;管材在运输或施工过程中有的被刮伤或是被损坏,没有及时发现或是更换,而是继续用于铺设。
      2、在施工过程中,管道连接工艺不按规范要求操作。在管道连接完成后,试压环节弄虚作假,没有达到规定管道试验压力标准。其实在管道连接施工方面,HDPE 管道系统具有以下优点:
(1)连接可靠:聚乙烯管道系统之间采用电熔、热熔方式连接,接头的强度会高于管道本体强度。
(2)抗应力开裂性好:HDPE 具有低的缺口敏感性、高的剪切强度和优异的抗刮痕能力,耐环境应力开裂性能也非常突出。
(3)可挠性强:HDPE 管道的柔性使得它容易弯曲,工程上可通过改变管道走向的方式绕过障碍物,抗地面震动能力强。HDPE管具有的这些特性,对于有些工程可能出现轻度的不均匀沉降,设计选用了这种接口可靠、抗应力开裂性好、可挠性强的HDPE管材,是合理的。但案例中出问题的绝大多数恰恰是应该“强度高于管道本体”的接头部位。说明接口施工极可能是不合格的。
      3、管道的填砂及回填土压实没有按规定操作。有的施工方甚至未做管道试压便一次回填到位,回填土质中有建筑垃圾、块石也未做处理;施工方为节省成本也为按要求分层夯实,管道上下也没有回填砂或是回填砂不够,这样就不能起到很好的保护管道的作用。尤其当管道接口施工不合格时,由于地面不均匀沉降,就很可能造成接口破裂,发生漏水或爆管事故。
规范的施工工地图
 PE给水管不规范施工出现的问题及防范措施|云浮pe给水管|茂名pe给水管
二、PE管与金属管连接的事故分析及防范措施
      2005年末,上海部分地区突遇寒潮来袭,地面温度下降至-5℃,十二天内突发的低温使某公司供水管网连续出现三次大口径管道爆管事故,漏水量较大。发生爆管事故的供水管道都是在2005年中旬竣工的新建工程(输水管道),PE管口径500-700mm,同时爆管部位均发生在非开挖定向转穿越工艺施工的聚乙烯管道与直路球墨管相接处,为球墨配件脱落引起的,而且全部是PE管道的纵向位移,管道接口脱离距离较大。
      有关单位总结并且归纳了如下六点共同特点:
1.处拉脱部位,为PE管道与球墨管道的接口连接;
2.接口配件脱落部位(承插口)均为靠聚乙烯管道一边,表现PE管道的受冷后纵向回缩现象而产生的位移,偏移距离较大;3.聚乙烯管道使用的是非开挖定向钻进穿越工艺,均采用热熔对接连接,管道末梢安装法兰;
3.实施管道和发生事故当天气温温差达到30~35℃;
4.管道埋设深度1.1米(管顶到地面),该接口节点覆土未按《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》要求操作;
5.管道接口为郊区农田或小河附近,土体经过开挖后土质现状较松,回填土也未按要求压实;
6.定向钻进的施工企业和聚乙烯管材的生产厂家,都是通过审核认证的定点单位,产品质量和技术能力是合格的。
此公司在05年还有其他大量的非开挖定向钻进工程竣工,但所有在市政道路上施工的项目(需进行路面修复的)都没有出现纵向位移现象,或者可以严格的说是没有表现出漏水现象,而就是这三处在郊县田埂、河岸边的管道施工项目,施工单位未对接口处的回填土按要求操作,可能是导致问题产生的根本原因。
      排除了钻进施工企业和PE管材生产厂家的问题后,通过对比分析了发生事故可能的几点原因如下:
      一、PE管道纵向回缩集中发生于两种管材结合薄弱部:由于PE管道是热熔连接的,而与球墨管连接时靠法兰接口相接,所以对于PE管道部分来讲可以认为是一体的,那么PE法兰以后安装的球墨管段的部位就成了最薄弱点,而这个部位的接口连接方式在目前相关的施工规范中没有特别规定(即对防范PE管道的纵向回缩没有任何措施),所以金属管道与聚乙烯管道的接口连接的这个部位可能就是防止PE回缩造成损害的关键部位了。
      二、施工时的光日照对PE管道影响较大,实际的位移长度略大于计算长度,在实际中表现的最为突出。这可能是6月中旬,已进入夏季,日照情况相对比较强列,而PE管道在现场地面进行接口热熔过程中,受到太阳的直接曝晒,因为给水用PE管道为黑色,黑色容易大量的吸收热量,下管前管体表面温度远远超过实际气温,热膨胀程度更严重。这主要是施工过程中缺乏适当的措施,来避免日照对管道影响。地区季节温差较大,是管道纵向回缩的主要原因。季节温差变化比较大,夏季和冬季的最高和最低温差变化可能要达到40℃以上,东部沿海城市,受季风影响,土壤冷热干湿四季分明;而土壤的土体温度变化是受到湿度(水分循环)和温度的影响,所以在上海地区潮湿的冬季温度下降应该是最大的,而夏、秋两季比较干燥,日照较多,土体温度下降不明显,可能类似于保暖筒,土壤温度变化不大。所以管道定向钻进拖入土中后由于环境没有较大变化,于是管道物理性能保持原状;而进入冬季随着湿度的提高,土壤热循环速度加快,带来土壤表层温度的急剧下降。所以上海寒流的突然袭击,环境条件的突然变化,使得定向钻进拖入的聚乙烯管道产生冷缩现象,即其物理性能纵向回缩,导致管道接口薄弱处脱出,发生爆管。
      三、接口部位砂基处理和回填土压实处理:按施工规范规定PE管道宜采用弧形人工砂基,其管底以下垫层部分的厚度不宜小于100mm。并且PE管道的回填土应压实,此次我们列举的个实例,受破坏的处接口均没有做到以上的工作,这可能也是漏损得主要的原因之一。土壤的结构对管道外壁有一定的摩擦阻力,所以它的密实度和稳定性对管道接口的安全有一定的保障作用。砂基处理目的是保障土体的稳定性,回填土压实是保障土体的密实度。个人认为,回填土压实的密实度也会间接影响土壤土体湿度,进而影响土壤热循环速度,决定着土壤土体温度下降程度。
四、定向钻进技术拖拉PE管道的影响
      PE管道的另外一个特性是断裂伸长性,简单的说定向钻进使用的拖拉机械提供的拉力与聚乙烯管道自身的重力、土体对管道的阻力,这两组相反的作用力对PE管道在钻进施工过程产生一定的拉伸变形,而PE材质又是一种存在一定记忆性的化学聚合物,在一定的环境条件下,需要恢复拉伸的变化量即回缩一定的量,这个变化可能比较微小也较慢,但这个物力性能应该对PE管道的纵向回缩变化的一种补充解释,也应作为影响因素的一方面。
      综上所述,做好防止PE管材接口处爆管事故发生工作,主要有三点:
      1. 严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》中要求的聚乙烯管道的填砂,回填土等施工规范来控制覆土质量,增加土体对管材的阻尼,降低由于覆土问题(土体的密实度稳定性)而导致的接口漏损问题。
      2. PE管道在现场施工过程中,特别是热熔接口,必须做好现场的避阳工作,减少夏季施工时太阳的直接曝晒,降低受热程度,做好施工组织设计,对现场聚乙烯管材的温度要有一定量的控制,必要时可选择在早晚间敷管,避免阳光直射,在措施上降低一定量的温差变化。
      3.考虑在PE管道接口处设置补偿器,增加一定量的变形余量,根据目前的管配件情况,考虑在PE管道与金属管道结合处加装管道伸缩接,可以增加一定的变形余量,起到降低漏损风险的作用。
      目前PE管道敷设主要采用热熔接口和承插接口,热熔接口因其技术相当成熟,故被广泛使用,但是如果考虑尝试在市政道路上应用承插连接方式的PE管道,根据承插PE管接口特点——柔性的带有一定收缩余量,那么由于季节变化的纵向回缩量,在每个承插接口上得到分解,纵使每根PE管长六米,该管变化虽微乎其微,但已将该纵向变化化解于无形中。
PE给水管不规范施工出现的问题及防范措施|云浮pe给水管|茂名pe给水管
 
附录:
PE特性及施工规范根据现行行业标准——《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》中有关描述如下:
1.管材物理性能纵向回缩率(110℃),不大于3%。
2.自由管段由季节温差引起的纵向变形量ΔL,可按下式计算ΔL=αLΔt, α是聚乙烯管道的线膨胀系数,(文中取值0.2mm/m·℃)。
3.管道接口的连接方式应根据管道的受力状态、管道沿线工程地质条件等因素合理确定。
4.聚乙烯管道宜采用弧形人工砂基,其管底以下垫层部分的厚度不宜小于100mm。
5.聚乙烯管道的回填土应压实,其压实系数应在有关设计文件中明确规定,对弧形人工砂基管底垫层应控制在0.85~0.9。