HDPE雙壁纏繞管成型及環(huán)剛度的選取

1、HDPE雙壁纏繞管成型工藝HDPE雙壁纏繞管是一種以高密度聚乙烯為原料，經(jīng)高溫高壓纏繞焊接成型的管材，通過特殊的方管纏繞成類似彈簧的結(jié)構(gòu)，并通過相同材質(zhì)改性的高溫焊條在高壓下熔焊接成管材。管材具有彈簧的可扭曲、可壓縮、可拉伸、但不可壓扁的特點，這一點對于基本無內(nèi)壓，外壓比較大的市政管材來講非常重要。因為這種結(jié)構(gòu)為管材提供了非常優(yōu)異的抗外壓能力。焊接方管的焊條與方管形成了一個“工”字鋼形的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)又被內(nèi)外雙層壁所束縛，其位置相對穩(wěn)定，管材在外壓作用時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大幅度提高的管材的耐外負(fù)荷能力，螺旋中空的結(jié)構(gòu)壁管材抗外壓提高的同時產(chǎn)品的重量降低。由于其獨特的成型工藝，可生產(chǎn)口徑答DN300

2、0mm的大口徑管材。這種管材具有柔韌性好、壽命長、重量輕、防腐、耐磨、抗低溫沖擊性能好等優(yōu)點，是市政排水、排污的優(yōu)質(zhì)管材。HDPE雙壁纏繞管的主要物理及化學(xué)特征抗化學(xué)腐蝕性能：不受酸、堿、鹽的侵蝕，不受有機(jī)物侵蝕，無細(xì)菌、藻類滋生，不生銹、不結(jié)垢；使用壽命長：材料老化壽命在112年以上，管材設(shè)計壽命50年；抗沖擊能力強(qiáng)：冰點以下依然具有很好的沖擊性能，不會因水結(jié)凍而凍破，優(yōu)于UPVC、玻璃鋼夾砂等材料管材；重量輕：密度不足1,比水輕，僅為同等規(guī)格碎管的1/8,裝卸、運輸、安裝方便，不需大型吊裝、運輸設(shè)備；水阻系數(shù)低：0=0.0078-0.009),一般設(shè)計取0.01,而硅管n=0.013-0.

3、014,同口徑管材相比可增加30%-40%的流量和流速；耐磨性能好：耐磨性能遠(yuǎn)優(yōu)于硅管、UPVC管、玻璃鋼夾砂管等管材；連接方便：采用擴(kuò)口承插連接方式，管材連接時方便、快捷，單口承插，不需要大型安裝設(shè)備，大量減少施工時間；管材管件為同等材質(zhì)，冷熱收縮同步，受壓變化同步，配合特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的橡膠圈，密封性能更可靠；環(huán)保產(chǎn)品：產(chǎn)品100%可以回收，不污染環(huán)境；管壁平整：平整的管壁便于回填，施工快速，質(zhì)量穩(wěn)定，更好的體現(xiàn)塑料埋地排水管材的管土共同作用理論；綜合成本低：水阻小，流量大，可降低尺寸使用口徑較小的管材，同時開挖量也隨之降低，無需基礎(chǔ)，砂石墊層即可，工程費用低，長達(dá)50年的使用壽命，日常維護(hù)費

4、用低，綜合造價可與碎管相當(dāng)。HDPE雙壁纏繞管和其它埋地排水管的比較1、HDPE雙壁纏繞管與U-PVC加筋管及波紋管(1)從材質(zhì)上講，HDPE雙壁纏繞管是以高密度聚乙烯為原料，為目前國際上推薦使用的品種，為國家建設(shè)部大力推廣產(chǎn)品。HDPE的彈性模量比較低，柔性好，同時HDPE的玻璃化溫度是-68C、PVC的玻璃化溫度為81c,所以在常溫下(-30C到40C)HDPE的塑料特征表現(xiàn)明顯，而PVC一直處于玻璃化狀態(tài)，所以HDPE的柔性比較好。另外在-20C,HDPE不脆化，可進(jìn)行0C測試，管材在生產(chǎn)，運輸過程中不會產(chǎn)生破損。而U-PVC在0C測試難度大，施工中易出現(xiàn)破損，所以HDPE的抗沖擊能力要

5、比U-PVC強(qiáng)。還有管材的性能受配方的影響很大，目前的市場生產(chǎn)廠家較多，導(dǎo)致惡性競爭，U-PVC很多生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)過程中加入過量的碳酸鈣，大大影響的管材的質(zhì)量。(2)從結(jié)構(gòu)上講，HDPE雙壁纏繞管的內(nèi)外壁比較光滑平整，管壁用中空型材經(jīng)螺旋纏繞制成的具有中空結(jié)構(gòu)的管材，剖面為“工”字鋼型結(jié)構(gòu)，從力學(xué)角度講，雙壁纏繞管材在受到外負(fù)荷時能更好保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而U-PVC加筋管及波紋管為加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)筋來抵抗外壓。另外，結(jié)構(gòu)的不同對管土共同作用的體現(xiàn)也不同。影響管土共同作用的主要因素有，管材外壁的平整程度和回填材料的變形模量值及密實度等因素。因此HDPE雙壁纏繞管平整的外壁更有利于提高回填材料的

6、密實度，更好的體現(xiàn)管土共同作用理論。(3)從口徑上來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mmU-PVC的生產(chǎn)口徑為DN200mm-DN600mm2、HDPE雙壁纏繞管與HDPE雙壁波紋管(1)從材質(zhì)上來比較，二者同采用的為高密度聚乙烯為原材料。(2)從結(jié)構(gòu)上來比較，雙壁纏繞管的成型工藝為擠壓、纏繞成型，管材的內(nèi)管壁平滑，管壁用中空型材經(jīng)螺旋纏繞制成具有中空結(jié)構(gòu)的管材，為“工”字鋼型結(jié)構(gòu)。而波紋管的成型工藝為注塑，擠壓成型，外壁為波紋狀。所以，雙壁纏繞管能更好的體現(xiàn)管土共同作用，提高回填土的密實度。另外，波紋管由于其成型工藝以及管材本身結(jié)構(gòu)使該種類管材結(jié)構(gòu)抗外壓方面比較薄弱，這是

7、波紋管屢屢出現(xiàn)工程事故的重要原因。(3)從口徑上來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mmHDPE雙壁波紋管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN1200mm3、HDPE雙壁纏繞管與增強(qiáng)聚丙烯(FRPP)加筋管(1)從材質(zhì)與成型工藝來比較，增強(qiáng)聚丙烯加筋管，主要原料為玻纖增強(qiáng)聚丙烯。屬半剛性管，有限的彈性，抗沖擊性能較低。FRPP加筋管為人工模壓成型，人為性很強(qiáng)，產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，近幾年在實際工程運用中，多次因產(chǎn)品本身質(zhì)量問題產(chǎn)生重大的工程事故。HDPE雙壁纏繞的材質(zhì)與成型工藝在前文已作介紹，在此不再重復(fù)。(2)從結(jié)構(gòu)來比較，F(xiàn)RPP加筋管同屬于加筋管，所以主要以加強(qiáng)筋來增強(qiáng)抗外壓能力。

8、而且加筋結(jié)構(gòu)對回填土的密實度有一定的影響，不能很好的體現(xiàn)管土共同作用理論。(3)從生產(chǎn)口徑來比較，雙壁纏繞管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN3000mm增強(qiáng)聚丙烯加筋管的生產(chǎn)口徑為DN200-DN1200mm4、HDPE雙壁纏繞管與玻璃鋼夾砂管(1)從材質(zhì)上來講，玻璃鋼夾砂管屬于剛性管，易脆，抗沖擊性能差，尤其在管材埋地之后的養(yǎng)護(hù)過程中，要求用高壓水槍對管道內(nèi)部進(jìn)行沖淤，按標(biāo)準(zhǔn)的沖擊力度，管材內(nèi)部極易被沖破。(2)從管材的生產(chǎn)口徑來講，二者都可以做到大口徑。(3) HDPE材料的抗化學(xué)腐蝕能力，耐磨性能要比玻璃鋼夾砂管更強(qiáng)，從環(huán)保角度來講，纏繞管屬于環(huán)保產(chǎn)品，100%可以回收，而玻璃鋼夾砂管則不易

9、回收。(4)華東地區(qū)軟土地基，柔性管能更好的發(fā)揮抗不均勻沉降的優(yōu)勢。5、HDPE雙壁纏繞管與混凝土管材的比較(1)從材質(zhì)上來比較，混凝土材質(zhì)的耐腐蝕、耐磨等性能遠(yuǎn)低于HDPE材質(zhì)。(2)混凝土管在華東地區(qū)的使用壽命為10-15年，而HDPE雙壁纏繞管在50年以上。(3)纏繞管的水阻系數(shù)為0.0078-0.0092,一般設(shè)計取0.01,混凝土管的水阻系數(shù)為0.013-0.014,比纏繞管高30%-40%0也就是說流量和流速低30%-40%0實際證明，同等流量時，纏繞管可以換用低一個的管材口徑，如可用DN500mm的纏繞管代替DN600mm的混凝土管。(4)纏繞管是環(huán)保產(chǎn)品，可100%回收，混凝土

10、管則不能。(5)纏繞管施工方便，砂石基礎(chǔ)，即時開挖即時回填，重量公為同等水泥管的1/8,無需大型吊車等工具，施工周期短，日常維護(hù)費用低，綜合造價與水泥管相當(dāng)。HDPE雙壁纏繞管材環(huán)剛度選取方法管材環(huán)向彎曲剛度是指管道抵抗環(huán)向變形的能力，簡稱環(huán)剛度。環(huán)向彎曲剛度是塑料管材抵抗環(huán)向變形能力的重要指標(biāo)。塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外壓荷載的控制，其最大變形應(yīng)控制在5%范圍內(nèi)。上海市市政工程研究院通過對塑料管材的砂箱加載試驗，測試結(jié)果表明，當(dāng)塑料排水管材的環(huán)向彎曲剛度為8KN/itf時，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能最為適宜。因為砂箱加載試驗當(dāng)塑料管材的變形率為5%時，只要管道兩側(cè)回填黃砂(粗)的密實度

11、符合要求，其外荷載作用可相當(dāng)管頂最大覆土厚度4-5m,一般應(yīng)能滿足排水工藝設(shè)計的管道埋深要求。因此規(guī)定管道位于道路車行道下，具環(huán)剛度不宜小于8KN/nf;對住宅小區(qū)及其它地段的排水管道，因地面荷載小，管頂覆土也淺，故可選擇環(huán)向彎曲剛度較低的塑料管材，但不宜小于4KN/m20環(huán)剛度是由專門的公式計算得出的，一般情況在道路下面，如管底至管頂采用砂石回填，密實度達(dá)到90%以上，可以按以下管材的埋深選?。海ü茼敻餐辽疃扔肏代替，環(huán)剛度用S代替）1、H<0.7米時，S>12KN/m2；2、0.7米0H04米時，S>8KN/m2；3、4米<H05米，S>10KN/m2；4、5

12、米<H,S>12KN/m2,如地質(zhì)條件較差，具體環(huán)剛度情況，按實際計算求得。以上選取方法謹(jǐn)供參考。設(shè)計荷載地下給排水管道及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)滿足表1.4.8與圖1.4.8的荷載要求。埋設(shè)管道及附屬構(gòu)筑物設(shè)計活荷載標(biāo)準(zhǔn)表表1.4.8.級別埋設(shè)地點汽20汽30特殊車輛走彳,段另定干線水道用地內(nèi)OAA廠區(qū)主干道下OOO小區(qū)道路及空地OOO注：O按長期作用考慮，A按短期作用考慮汽30相當(dāng)于汽超20120t車輛荷載的分布條件按圖1.4.8。圖1.4.8車輛荷載分布HDPE雙壁纏繞管材在道路下施工的技術(shù)參數(shù)一、外荷載條件按照城一A道路要求。二、管道基本條件管道口徑DN600mm,覆土厚度范圍

13、約為6m.三、管道環(huán)剛度的選取以及抗外壓計算塑料埋地排水管材注重“管土共同作用原理”，即回填土（管底至管頂尤為重要）的密實度和變形模量對其抗外壓等技術(shù)指標(biāo)影響非常大；按照埋地塑料排水管道施工通用圖籍（編號:GJBT-778,批準(zhǔn)部門：中國建設(shè)部）中對HDPE雙壁纏繞管的標(biāo)明（圖籍號04S520）,具體計算如下：HDPE雙壁纏繞管材在組合荷載作用下的最大豎向變形可按下式計算：Wd,max=DLKd（Fsv,k+于qqvkDo）8Sp+0.061Ed式中：Wd,max一管道在組合荷載作用下的最大豎向變形（m）,該值不應(yīng)超過0.05Do;DL一變形滯后效應(yīng)稀疏，取1.50計算；Kd一管道變形系數(shù)，按

14、管道基礎(chǔ)中心角2a>90°時，取0.1計算；Fsv,k每延米長管道管頂?shù)呢Q向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）;Wq地面荷載(車輛荷載或堆積荷載)對管道的作用，其永久值系數(shù),Wq=0.5;qvk一車輪荷載傳遞到管頂處的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2);Do一管道的計算直徑(m);Sp一管材的環(huán)剛度(kN/m2)；Ed管測土的綜合變形模量(kN/m2).管道口徑DN600mm,覆土厚度范圍約為6m,按公式計算如下：車輛荷載的動力系數(shù)取最大值：j=1.0;多排輪壓下綜合影響傳遞的豎向壓力按照國家技術(shù)規(guī)程(GB/T19472.2)計算:WqqvkDo=5Do=3.25kN/nf(按照圖集管頂覆土超過3米時取地面堆載5Do,可以看出管道埋的比較深的時候，車輪及堆積物的壓力可以忽略不計)；每延米長管道管頂?shù)呢Q向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值按照圖籍(編號：GJBT-778)公式計算：Fsv,k=108Do=70