塑料埋地排水管在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展

塑料埋地排水管在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展塑料埋地排水管在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展塑料埋地排水管在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展推廣應用化學建材是我國政府重要的產(chǎn)業(yè)政策

我國政府一直在大力推廣應用化學建材,目的是節(jié)約資源和能源,保護環(huán)境,提高質(zhì)量和效益,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.建設部通過發(fā)布‘推廣應用和限制禁止使用技術’等文件為促進應用塑料管道做大量工作.例如218公告明確提出推廣應用‘城鎮(zhèn)排水塑料管道系統(tǒng)’和‘限制使用平口,企口混凝土排水管.’很多地區(qū)政府制定相應的規(guī)定,如上海98年就‘禁止使用鑄鐵排水管和水泥排水管’,目前中小直徑范圍幾乎都采用塑料埋地排水管,04年已達4.6萬噸.(全國05年塑料埋地排水管已過30萬噸).塑料埋地排水管的優(yōu)點在那？不泄漏—防止污染,保護環(huán)境;耐腐蝕,耐磨損,使用壽命長;良好的水力特性;鋪設方便快速;優(yōu)良的承受負載能力;柔韌抗地震性好;綜合經(jīng)濟效益好.防止污染保護環(huán)境是

國家可持續(xù)發(fā)展的基礎全球重視可持續(xù)發(fā)展,應用塑料埋地排水管日益增加首先是為了防止污染保護環(huán)境.歐洲近4億人口每年應用塑料埋地排水管近130萬噸.傳統(tǒng)埋地排水管采用剛性連接不能保證不泄漏,.污染土壤和地下水是最難治理的.塑料埋地排水管本身有柔韌性,連接密封好(必然時可以焊接).CECS164對聚乙烯排水管閉水試驗滲水量的要求<0.0046di比GB50268-97對混凝土管滲水量的要求嚴6-19倍!埋地排水管必須耐腐蝕耐磨損保證長期使用壽命埋地排水管必須保證50年以上使用壽命(國外提出要求100年).埋地排水管的壽命主要取決于耐腐蝕和耐磨損.塑料性能非常優(yōu)越.,對絕大部分化學品如酸,鹼,鹽都不腐蝕(ISOTR10358)國內(nèi)大量傳統(tǒng)材料的埋地排水管因為腐蝕很快損壞,成為很多城市的難題.各種材料耐磨損性比較鋪設方便迅速和良好的水力特性綜合經(jīng)濟效益好柔韌,質(zhì)輕,管段長,容易連接,塑料埋地排水管鋪設方便快速.內(nèi)壁光滑不易結垢,水力特性良好,通?？捎脺p小直徑和坡度達到同樣流量.比管材價格,塑料埋地排水管通常高于傳統(tǒng)管材;比綜合經(jīng)濟效益,塑料埋地排水管常常優(yōu)于傳統(tǒng)管材,特別在中小直徑.柔性管獨特的管土共同作用

形成優(yōu)良的承受負載能力柔韌的塑料埋地排水管能夠承受很大的埋地負載嗎?能夠長期使用不變形不破壞嗎?塑料埋地排水管屬于柔性管,其承受負載的機理和剛性管完成不同.柔性管是依靠管土共同作用來承受負載,研究和實踐證明在良好鋪設下可以承受很大負載,用于很大埋深.在良好鋪設下塑料埋地排水管的變形會很快穩(wěn)定下來.由于粘彈性材料的應力松弛作用,塑料埋地排水管也不會蠕變破壞.塑料埋地排水管承受外壓負載-

靜負載和動負載靜負載動負載總負載埋深米柔性管承受負載是依靠管土共同作用.管道承受上方壓力負載發(fā)生變形,變形擠壓兩側土壤,兩側土壤對管道作用側壓力,側壓力支承阻止管道的變形.周圍土壤的密實度決定管土共同作用的成敗.柔性管依靠管-土共同作用承受負載

剛性管是獨自承受全部負載柔性管剛性管Spangler模型土壤壓力分布公認的設計基礎-Spanger公式CECS163管材/土壤的行為是一個體積控制過程（volumesteeredprocess）

埋地柔性管承受上方壓力負載發(fā)生變形時,管道的變形是和管道周圍土壤的壓實是同時發(fā)生的,管道周圍土壤可以進一步壓實是管道變形的必要條件

.土壤被壓實到一定程度后就不能再壓縮.如管道周圍土壤在鋪設時已經(jīng)很好壓實,埋地柔性管承受上方壓力負載就不可能再發(fā)生變形,而不論承受的負載的大小.

土壤被壓實國內(nèi)外標準塑料埋地排水管容許變形量標準中國國標GB50332中國工程建設協(xié)會CECS164歐洲prEN13476-3國際ISOTR7073美國塑料波紋管協(xié)會CPPA澳大利亞AS2566.1日本PE波紋管協(xié)會初始3.3%5-8%8%最終5%5%8-10%12.5%7.5%7.5%5-8%可見,我國現(xiàn)行標準容許變形量比較小.限制變形是為防止破壞連接的密封性塑料埋地排水管可以達到很大埋深‘土柱重’并沒有全部壓到柔性管上由于土柱和周圍土壤沉降不同

柔性管負載能減小;剛性管負載能加大作用的土壓力土拱的作用減少了柔性管承受的壓力美國聚乙烯波紋管協(xié)會CPPA資料

ASSHTOM252系列聚乙烯雙壁波紋管的

最大埋設深度米m

內(nèi)徑毫米

環(huán)剛度Kpa

回填情況E’—土壤模量

E’6900Kpa

E’13800Kpa

E’20700Kpa

Ⅲ級（SM）標準監(jiān)督密度90%

Ⅱ級（GW）標準監(jiān)督密度90%

Ⅰ級（N/A）夯實的

2004.56.1m14.3m25.3m3006.48.820.735.44505.18.821.036.66004.48.820.435.49002.87.618.032.912002.28.519.836.6塑料埋地排水管鋪設后

會不會不斷增大變形？工程界擔心：變形長期不斷增加。正確答案；鋪設后一段時間就穩(wěn)定下來。穩(wěn)定時間t-es可能小到零，也可能較長，一般不超過2年。決定穩(wěn)定時間的是鋪設的質(zhì)量，即取決于鋪設后管道周圍土壤沉降的可能量，而及管材的性能（蠕變性能）無關。鋪設交通影響變形是時間的函數(shù)變形%經(jīng)過時間（年）t-es的定義是以后100年變形量增加不超過1%

t-es歐洲塑料管道協(xié)會TEPPA

大規(guī)模長時間實地試驗結果鋪設質(zhì)量良好,不論管材材料(PVC,PE),也不論環(huán)剛度高低,在鋪設后變形很快達到穩(wěn)定(有5個試點穩(wěn)定時間是0),而且鋪設變形和最終變形都不大(最終變形范圍從-0.8%到2.3%).反之,如果鋪設質(zhì)量不好,在其他條件相同下,結果就完全不同.不僅穩(wěn)定時間較長,而且鋪設變形和最終變形都較大(最終變形范圍從2.5%到10.0%).情況結果CASE試點管材材料公稱剛度kN/m2實際剛度kN/m2填埋原土鋪設質(zhì)量類型覆蓋深度(米)初始平均變形%初始最大變形%最終平均變形%最終最大變形%t-100穩(wěn)定時間(日)1PVC4.005.37砂砂良好1.15-0.50.00.01.00.02PVC4.005.37砂砂不好1.153.56.05.58.067.03PVC2.003.52砂砂良好1.15-1.00.00.01.00.04PVC2.003.52砂砂不好1.154.59.06.010.335.05PE6.007.00砂砂良好1.150.02.50.32.750.06PE6.007.99砂砂不好1.152.05.02.56.00.07PVC4.005.37砂砂中等1.900.51.52.33.512.08PVC4.005.37砂砂不好1.901.05.04.07.0422.09PVC2.003.52砂砂良好1.90-1.50.0-0.81.00.010PVC2.003.52砂砂不好1.903.08.05.811.0419.011鋼4.005.37砂砂良好1.90-1.0-0.50.00.50.012鋼4.005.37砂砂不好1.902.85.04.88.026.013PE6.007.99砂粘土良好1.15-1.0-0.52.03.538814PE6.007.99粘土粘土不好1.156.512.010.014.089715PE6.007.99砂粘土良好2.800.51.02.03.55.016PE6.007.99粘土粘土不好2.803.56.510.012.04122.0TEPPFA大規(guī)模長時間實地試驗結果塑料埋地排水管長期承受負載下

會不會發(fā)生蠕變破壞？

工程界擔心:長期承受負載先發(fā)生蠕變后發(fā)生破裂

.正確答案:和壓力管不同,無壓的無埋地排水管通常不存在蠕變破壞的危險.

實際應用和試驗研究都證明無壓的塑料埋地排水管在鋪設后經(jīng)過一段時間變形就穩(wěn)定下來,在使用壽命期間處在恒應變狀態(tài).(和壓力管處在恒應力狀態(tài)不同).塑料是粘彈性材料.在承受恒應力狀態(tài)下會發(fā)生蠕變.可能導致蠕變破裂;在承受恒應變狀態(tài)下會發(fā)生應力松馳(stressrelaxation).

壓力管承受內(nèi)壓力負載,管壁內(nèi)形成拉應力,變形不受到限制,長期恒應力,可能蠕變導致的破壞.無壓埋地柔性管承受外壓負載,變形后管壁彎曲,形成彎曲應力,穩(wěn)定后變形受到限制,長期恒變形,必然發(fā)生應力松馳-應力下降,不可能因蠕變破壞.拉應力壓應力拉應力恒應變恒應力塑料埋地排水管的關鍵性能-環(huán)剛度塑料埋地排水管承受外壓負載的性能指標是環(huán)剛度.環(huán)剛度的定義和測定方法由標準嚴格規(guī)定.

(GB/T9647-2003,等同ISO9969:1994)塑料埋地排水管必須有足夠的環(huán)剛度才能形成管-土共同作用,保證不變形過大和壓屈失穩(wěn).公稱環(huán)剛度分SN2、SN4、SN8、SN16,

常用SN4和SN8.參考意見:

建議盡量選擇較高的環(huán)剛度.

注意選擇低環(huán)剛度不一定經(jīng)濟.埋地排水管

主要用結構壁管達到同樣環(huán)剛度下結構壁管可以比實壁管節(jié)約材料50-70%埋地排水管用實壁管經(jīng)濟性差,但也有應用。結構壁管兩大類結構壁管兩種主要成型工藝—1,直接擠出:雙壁波紋管,環(huán)狀肋管(‘加筋管’)等.2,纏繞-熔接

A,全塑料:圓肋纏繞管(‘克拉管’),內(nèi)外平壁纏繞管(‘雙平壁管’)等.B,金屬增強纏繞熔接管:如埋地排水用鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管世界各國應用最廣的結構壁管是雙壁波紋管。應用最廣的是直接擠出成型的PVC、PE或PP雙壁波紋管纏繞成型結構壁管的種類多

全塑料的和有金屬增強的兩類直接擠出結構壁管-適用中小直徑優(yōu)點:同樣直徑和環(huán)剛度下用料較省.

整體強度的可靠性比較好.

承插連接比較方便.缺點:一次性投資較高,不容易改變產(chǎn)品規(guī)格較適用的范圍:

中小直徑,

約到內(nèi)徑1000毫米。全塑料纏繞熔接管-適合較大直徑

優(yōu)點:可以制造很大直徑的埋地排水管.

一次性投資低,容易改變產(chǎn)品規(guī)格.

缺點:同樣直徑和環(huán)剛度下用料較費.

整體強度的可靠性比較差.較適用的領域:較大直徑約1000-2000毫米參考意見:直徑大于2000毫米的熱塑性塑料管市場有限,

成本過高難和鋼筋混凝土管和玻璃鋼夾砂管競爭.金屬增強纏繞熔接管

用螺旋形鋼帶增強的塑料纏繞熔接管,預涂塑鋼帶經(jīng)滾扎成波形,包覆熔接(熱態(tài)下)在內(nèi)外塑料層間。鋼帶的高剛性保證環(huán)剛度，內(nèi)外聚乙烯保證防腐蝕.突出優(yōu)點是環(huán)剛度高,用材料比較省。直徑800-2000毫米，環(huán)剛度10-16kPa塑料埋地排水管的材料選擇硬聚氯乙烯:優(yōu)點:彈性模量高,成本較低,承口易成型.PVC-U缺點:加工性差不宜做大直徑,抗沖擊差.高密度聚乙烯:優(yōu)點:容易加工,可做大直徑,抗沖擊好.HDPE缺點:彈性模量較低,共聚聚丙烯:優(yōu)點:彈性模量高于聚乙烯,容易加工.PP-B缺點:彈性模量低于PVC,抗沖擊低于PE南方地區(qū)和直徑500毫米以下采用PVC較經(jīng)濟,北方寒冷地區(qū)和較大直徑范圍采用PE或PP更適宜.聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯彈性模量E單位Mpa

≥3000≥800≥1250塑料埋地排水管的鋪設柔性管依靠管-土共同作用承受負載，鋪設安裝時回填材料的特性和夯實程度有重大影響。國內(nèi)外經(jīng)驗證明：鋪設的質(zhì)量常常是埋地排水管成敗的關鍵！建議埋地排水管生產(chǎn)企業(yè)要和設計和工程單位密切合作prEN13476-3

塑料埋地排水管設計圖表

說明鋪設的質(zhì)量對于變形有決定性的影響推薦的設計變形限度SN2平均初變形5%SN4,8,16平均初變形8%環(huán)剛度KN/m2鋪設初變形此圖表適用范圍詳見prEN13476-3不推薦的中等的良好的塑料埋地排水管的產(chǎn)品標準國際標準：prEN13476-1-2-3國家標準；

GB/T18477-2001埋地排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）雙壁波紋管。

GB/T19472.1-2004埋地排水用聚乙烯（PE）結構壁管道系統(tǒng)第一部分:聚乙烯雙壁波紋管材

GB/T19472.2-2004埋地排水用聚乙烯（PE）結構壁管道系統(tǒng)第二部分：聚乙烯纏繞結構壁管材即將公布的行業(yè)標準:CJ/TXXX—2006埋地排水用鋼帶增強聚乙烯（PE）螺旋波紋管塑料埋地排水管設計施工和驗收規(guī)范國際標準：歐洲標準