鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管技術(shù)規(guī)程

1、鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管技術(shù)規(guī)程近年來，鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管呈顯高速發(fā)展的勢(shì)態(tài)，廣泛應(yīng)用于排污水和排雨水的工程。本文詳細(xì)介紹了這種管材的工程設(shè)計(jì)，以及其連接技術(shù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)。 埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管(以下簡(jiǎn)稱“MRP管”)，是一種把鋼和聚乙烯的優(yōu)勢(shì)整合為一體的鋼塑復(fù)合管。近年來，在中國(guó)政府大力治理水環(huán)境、建設(shè)節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的大政方針指引下，中國(guó)塑料埋地排水管得到非常迅猛的發(fā)展，MRP管呈顯出高速發(fā)展的勢(shì)態(tài)，在很多地區(qū)已廣泛應(yīng)用于排污水和排雨水的工程。MRP管工程技術(shù)規(guī)程(CECS 223-2007)對(duì)這種產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用起到了指導(dǎo)作用，生產(chǎn)MRP管的設(shè)備也得到了發(fā)展和提高

2、。四川金石東方新材料設(shè)備有限公司（以下簡(jiǎn)稱“金石東方”）已為國(guó)內(nèi)提供了200余套生產(chǎn)MRP管的設(shè)備，并已出口到意大利、土耳其、以色列、蘇丹和俄羅斯等較發(fā)達(dá)國(guó)家近20套設(shè)備；而MRP管材產(chǎn)品也已出口到非洲等地區(qū)。 為了即時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，如今埋地排水用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管CJ/T 225-2006產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的不足之處已得到了修正, 建設(shè)部頒布了MRP管CJ/T 225-2011版，調(diào)整了產(chǎn)品的部份結(jié)構(gòu)，增加了平面端口形式的管材及其連接方式；進(jìn)一步提高了對(duì)原料聚乙烯和專用粘接樹脂的指標(biāo)要求；為進(jìn)一步確保管材在惡劣腐蝕環(huán)境下的安全運(yùn)行，增加了耐強(qiáng)腐蝕的鍍鋅鋼帶等。在此探討一下MRP管的工程設(shè)計(jì)和連接技術(shù)

3、。 MPR管的工程設(shè)計(jì) 在工程設(shè)計(jì)方面，過去在國(guó)內(nèi)，MRP管的環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算沒有現(xiàn)成的計(jì)算方法，因此在編制MRP管CECS 223-2007規(guī)程時(shí)，編制組參照美國(guó)的相關(guān)資料，導(dǎo)出了這種管道的環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算公式。 聚乙烯排水管的允許直徑變形率，在美國(guó)及歐洲的有關(guān)資料中都規(guī)定不大于7.5%，而編制組按中國(guó)GB50332-2002給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中不大于5%的規(guī)定來確定這一數(shù)值。在中國(guó)，由于排水管外徑不統(tǒng)一，而管道內(nèi)徑相對(duì)統(tǒng)一和便于測(cè)量，故MRP管材的允許直徑變形率選用管道內(nèi)徑。 另一方面，相對(duì)外徑而言，采用內(nèi)徑對(duì)MRP管的允許直徑變形率的控制也更加嚴(yán)格了。 MRP管在工程設(shè)計(jì)上，采用以

4、概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，按兩種極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算：一是承載能力極限狀態(tài)(包括環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算、壓屈失穩(wěn)計(jì)算和抗浮計(jì)算)；二是正常使用極限狀態(tài)(環(huán)截面變形驗(yàn)算) 。 另外，將MRP管按柔性管道計(jì)算，由于鋼帶和聚乙烯這兩種材料在彈性模量上存在200多倍的巨大差異，即在同樣的變形條件下，管道的受力鋼帶起著決定性的作用。因此，在環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算中僅考慮鋼帶而忽略聚乙烯的作用，這樣使計(jì)算既簡(jiǎn)單又安全。 1. 管道環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算 （1）管道環(huán)截面強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)按荷載基本組合進(jìn)行計(jì)算，取設(shè)計(jì)值； （2）鋼帶最大環(huán)截面壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值不大于鋼帶抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，即： 0y 式中鋼帶最大環(huán)截面壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值（MPa）；

5、0管道重要性系數(shù)，污水管取1.0，雨水管取0.9，雨污合流管取1.0； y鋼帶抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值（MPa）。 （3）鋼帶最大環(huán)截面壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算： =0.72（K0G， sqs,k+Qqk）D1/As 式中K0荷載系數(shù)，當(dāng)管頂覆土深度 H1 D1 時(shí)，K0 =1.0；當(dāng) H1 D1時(shí)，可取K0= 0.86； G， s管頂覆土荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)取1.27； Q管頂?shù)孛婧奢d分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)取1.40； qs,k管頂單位面積上的豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； qk地面車輛荷載或地面堆積荷載傳至管頂單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； As每米管道鋼帶的截面積（mm2/m）； D1管道外徑（m

6、m）。 根據(jù)上述鋼帶最大環(huán)截面壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式，按照管道豎向直徑變形率為5%、覆土壓實(shí)系數(shù)不小于85%的條件，可計(jì)算出不同直徑、不同環(huán)剛度等級(jí)和不同鋼材的每米管道所需的最小鋼帶面積。 2. 管道環(huán)截面變形驗(yàn)算 （1）管道環(huán)截面變形驗(yàn)算的荷載組合應(yīng)按準(zhǔn)永久組合計(jì)算，取標(biāo)準(zhǔn)值； （2）豎向直徑的變形率不大于管道直徑允許變形率，管道直徑允許變形率為5%； （3）豎向直徑的變形量按下式計(jì)算： Wd,max=DLKd(qs,k+q qk)D1/(8Sp+0.061Ed) 式中Wd,max管道在組合作用下的最大豎向變形量（mm）； Kd管道變形系數(shù)，與敷設(shè)中心角有關(guān)； qs,k 管頂單位面積上的豎向

7、土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； qk地面車輛荷載或地面堆積荷載傳至管頂單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； DL變形滯后效應(yīng)系數(shù)，可根據(jù)管道胸腔回填土的壓實(shí)度取1.201.50； q可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)，可取0.5； Sp管環(huán)剛度（kN/m2）； Ed 管側(cè)土的綜合變形模量（kN/m2）； D1管道外徑（mm）。 （4）管道直徑允許變形率按下式計(jì)算： = Wd,max/di×100% 式中管道豎向直徑變形率； di 管道內(nèi)徑（mm）。 根據(jù)管道豎向直徑變形率為5%的要求，在MRP管工程技術(shù)規(guī)程(CECS 223-2007)條文說明中列出了不同環(huán)剛度等級(jí)、不同敷設(shè)條件的管道管頂?shù)?/p>

8、最大覆土深度，供設(shè)計(jì)使用中參考。 3. 管道環(huán)截面壓屈失穩(wěn)計(jì)算 （1）計(jì)算時(shí)各項(xiàng)作用均取標(biāo)準(zhǔn)值； （2）環(huán)向穩(wěn)定性抗力系數(shù)不小于2.0； （3）管壁截面的環(huán)向穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)符合下式要求： Fc,k/ FkKs 式中Fc,k管壁失穩(wěn)的臨界壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； Fk管頂在各項(xiàng)作用下的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； Ks管道的環(huán)向穩(wěn)定性抗力系數(shù)，Ks2.0。 （4）管頂豎向作用不利組合標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算 ： Fk= qs,k+ qk 式中Fk管頂在各項(xiàng)作用下的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； qs,k管頂單位面積上的豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值kN/m2）； qk地面車輛荷載或地面堆積荷載傳至管頂單位面積上的

9、豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）。 （5）管壁失穩(wěn)的臨界壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式計(jì)算 ： Fc,k=4(2 Ed Sp)1/2 式中Fc,k管壁失穩(wěn)的臨界壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）； Ed管側(cè)土的綜合變形模量（kN/m2）； Sp管環(huán)剛度（kN/m2）。 4. 管道抗浮穩(wěn)定計(jì)算 （1）各項(xiàng)作用取標(biāo)準(zhǔn)值 ； （2）抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)不小于1.10 ； （3）抗浮穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)符合下式要求： FGkKF,k 式中FGk各項(xiàng)抗浮永久作用標(biāo)準(zhǔn)值之和（kN）； F,k浮托力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）； K管道的抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)，應(yīng)取1.10。 在進(jìn)行MPR管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)提出埋設(shè)條件和對(duì)運(yùn)行工況的要求，包括管體、管道基礎(chǔ)

10、、管道連接和溝槽回填土的類別與壓實(shí)度等。 MPR管的連接方式和質(zhì)量控制 新型管道能否成功推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，是由其連接是否方便可靠所決定的。MRP管有多種可靠的連接方法，可適應(yīng)于各種不同工程的需要，重要的地方可同時(shí)采用兩種方法組合使用。其連接方式分別根據(jù)端口面的結(jié)構(gòu)形式確定，而管材的端口結(jié)構(gòu)形式分為螺旋形端口和平面形端口兩種，如圖1所示。 圖1 管材端口結(jié)構(gòu)示意圖1. 螺旋形端口的連接方式和質(zhì)量控制 螺旋形端口的結(jié)構(gòu)是在生產(chǎn)管材切割時(shí)，在周向沿螺旋形的波谷(此處無鋼帶)切開,然后將波峰(此處有鋼帶)割斷并封頭所形成。這一類端口的連接，可采用熱熔擠出焊接、電熔帶連接、熱收縮管(帶)連接和卡箍連接等方

11、法。 （1）熱熔擠出焊接連接。熱熔擠出焊接連接的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是通過專用熱風(fēng)擠出焊接工具，吹熱風(fēng)將待連接兩管端的聚乙烯加熱并擠出聚乙烯熔融料，將兩管端的聚乙烯熔融體后，而凝固成整體的連接方法。 圖2 熱熔擠出焊接連接的結(jié)構(gòu)示意圖熱熔擠出焊接連接是目前較常用的連接方式之一。該方式必須使用帶熱風(fēng)裝置的擠出焊機(jī)和與管材材質(zhì)相同的聚乙烯焊條。焊接時(shí)要求金屬斷開部位盡可能對(duì)齊，減少接口間隙；應(yīng)進(jìn)行內(nèi)外雙面焊接(如果只是焊單面宜與電熔帶或熱收縮管(帶)連接方式組合應(yīng)用)，特別是在波峰部位必須加強(qiáng)焊接（鋼帶斷開處的鋼帶不能裸露）；焊接時(shí)熱風(fēng)裝置必須將待焊部位的聚乙烯預(yù)熱，使擠出的熔融聚乙烯能夠與管材熔為

12、一體。焊接斷面必須飽滿，不能有漏焊和斷口。所有焊接工藝及操作，應(yīng)按管材生產(chǎn)廠提供的焊接工藝及操作要求，由經(jīng)過培訓(xùn)考核合格的焊工進(jìn)行熱熔擠出焊接連接施工。 （2）電熔帶連接。電熔帶連接的結(jié)構(gòu)如圖3所示。它是通過對(duì)鑲嵌在電熱帶內(nèi)表面的電熱網(wǎng)加熱，使電熱帶與管材波谷間的聚乙烯層熔融成為整體的連接方法。 圖3 電熔帶連接的結(jié)構(gòu)示意圖電熔帶連接是先按熱風(fēng)擠出焊接的連接要求，焊接端口連接處的聚乙烯界面 (采用“內(nèi)焊外包”或“外焊外包”的方法進(jìn)行，“內(nèi)焊外包”即是DN700及以上管材采用內(nèi)部用熱熔擠出焊接連接，外部采用電熔帶連接?！巴夂竿獍奔词荄N600及以下管材因操作人員到內(nèi)部焊接困難，而采用外部用熱熔

13、擠出焊接連接)，然后在外層波谷內(nèi)用電熱熔帶焊接。它采用鑲嵌在聚乙烯帶內(nèi)表面的電熱絲網(wǎng)作為加熱組件，通電加熱將電熔帶與波谷的聚乙烯熔為一體。電熔帶所用聚乙烯材料的物理力學(xué)性能應(yīng)與待焊管材的要求相同，電熱絲網(wǎng)應(yīng)采用以鎳鉻為主要成分的合金材料，電熱網(wǎng)應(yīng)無短路、斷路，電阻值不大于20，電熔帶長(zhǎng)度必須大于管材波谷周長(zhǎng)的1.25倍。 目前，電熔帶尚無國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，應(yīng)在選用時(shí)參考聚乙烯壓力管道電熔焊接的原則，審查專門生產(chǎn)電熔帶廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。電熔帶廠家在提供產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)同時(shí)提供可靠的技術(shù)鑒定材料，證明其產(chǎn)品符合聚乙烯管道電熔焊接的原則，證明按它們提供的操作規(guī)程進(jìn)行施工，可以保證這種管材的接口質(zhì)量，在

14、管材使用壽命期內(nèi)不會(huì)發(fā)生泄漏事故。 在焊接連接前，必須先清除連接表面的污垢；檢查電熱絲焊線是否完好；通電前先用鎖緊扣帶將電熱帶扣緊，然后根據(jù)管道的型號(hào)來設(shè)定電流及通電時(shí)間。為保證安全，嚴(yán)禁帶水作業(yè)。電熔帶的施工作業(yè)，必須按照管材生產(chǎn)廠經(jīng)過定型驗(yàn)證后提供的焊接工藝及操作要求，由經(jīng)過培訓(xùn)考核合格的焊工，進(jìn)行電熔帶連接施工。 （3）熱收縮管(帶)連接。熱收縮管(帶)連接的結(jié)構(gòu)如圖4所示。它是通過對(duì)熱收縮管(帶)進(jìn)行火焰加熱，使其收縮后內(nèi)表面的熱熔膠與管材外表面粘接成一體，熱收縮管(帶)冷卻固化形成恒定的包緊力的連接方法。 圖4 熱收縮管（帶）連接的結(jié)構(gòu)示意圖熱收縮管(帶)連接所采用的熱收縮管(帶)由

15、制管廠配套供應(yīng)。熱收縮管(帶)目前尚無專用標(biāo)準(zhǔn)，但可參照中華人民共和國(guó)GB/T23257-2009埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層標(biāo)準(zhǔn)中表11和表12的要求，選用熱收縮管(帶)。要求其外觀應(yīng)平整、無氣泡、夾渣或裂口，其基材由聚乙烯經(jīng)交聯(lián)后制成；外表面噴涂有保溫涂料。 值得注意的是，為保證接口的質(zhì)量，熱收縮管應(yīng)選用經(jīng)交聯(lián)的圓管擴(kuò)脹定型的無縫管，不宜采用由交聯(lián)帶材搭接的有縫熱收縮管。采用此種連接方式時(shí)，應(yīng)與內(nèi)或外熱熔擠出焊接組合使用。如果內(nèi)側(cè)不焊接，應(yīng)采取加堵塞等方法防止雨污水進(jìn)入波形鋼肋的空腔，以避免腐蝕鋼肋。 在進(jìn)行熱收縮管(帶)的連接操作時(shí)，應(yīng)將連接處管材外壁打磨干凈，暫時(shí)將熱收縮管套在需連接的一個(gè)

16、管端，最重要的是必須在連接的兩管端口處先加熱纏繞熱收縮帶，然后將熱收縮管套在需連接部位的中間，再按照熱收縮管的工藝要求對(duì)其加熱。加熱時(shí)必須嚴(yán)格控制好“火喉”，緩慢地均勻加熱，確保熱收縮管內(nèi)層的熱熔膠充分熔化(在邊緣看得見有熔膠溢出)、熱收縮管收縮均勻、平整無翹邊且表面不能有燒傷痕跡。因此必須按照管材生產(chǎn)廠經(jīng)過定型證明后提供的工藝及操作要求，由經(jīng)過培訓(xùn)考核合格的操作人員，進(jìn)行熱收縮管(帶)連接。 （4）卡箍連接?？ü窟B接的結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。它是通過螺栓和兩個(gè)半圓形外套筒將相鄰管端緊固，并采用套筒和管壁間的橡膠塞而達(dá)到密封要求的連接方法。 圖5 卡箍連接的結(jié)構(gòu)示意圖卡箍連接的金屬連接件最好采用不

17、銹鋼，若用黑色金屬，則其最低的質(zhì)量要求是：必須作防銹防腐蝕處理。套筒和管壁間的橡膠塞，應(yīng)采用耐油的橡膠，橡膠密封圈的性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21873橡膠密封件給、排水管及污水管道用接口密封圈材料規(guī)范的要求。橡膠密封圈應(yīng)由管材生產(chǎn)廠配套供應(yīng)。 在此特別強(qiáng)調(diào)：采用卡箍連接時(shí)，因?yàn)楣芡獗诔事菪y狀,所以必須在待連接管材端的波谷內(nèi)加填遇水膨脹橡膠塞。選用的哈夫套，必須有防腐能力和限位裝置，以保證哈夫套的長(zhǎng)期性能且不能在管材外壁有位移或滑動(dòng)。 2. 垂直軸線的平面形端口連接方式和質(zhì)量控制 垂直管材軸線的平面形端口的結(jié)構(gòu)，是指在螺旋形端口管材的兩端，焊接或纏繞熔接特制的聚乙烯管狀連接件，連接件的一側(cè)端口為平面。這種結(jié)構(gòu)形式的平面端口，可采用法蘭機(jī)械壓緊連接、法蘭端熱熔對(duì)接連接、承插式錐形電熔連接、承插式橡膠密封圈連接和柔性套筒連接。 （1）平面形端口法蘭機(jī)械壓緊連接?？刹捎梅ㄌm卡環(huán)和螺栓兩種形式，使端面的橡膠圈達(dá)到密封作用。連接用的金屬連接件最好用不銹鋼，如用黑色金屬，則必須進(jìn)行防腐、防銹處理。 （2）平面形端口法蘭端熱熔對(duì)接連接。它是平面形端口的聚乙烯面，用對(duì)接熔焊機(jī)將法蘭端