鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管技術規(guī)程

1、鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管技術規(guī)程近年來，鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管呈顯高速發(fā)展的勢態(tài)，廣泛應用于排污水和排雨水的工程。本文詳細介紹了這種管材的工程設計，以及其連接技術和質(zhì)量控制要點。 埋地排水用鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管(以下簡稱“MRP管”)，是一種把鋼和聚乙烯的優(yōu)勢整合為一體的鋼塑復合管。近年來，在中國政府大力治理水環(huán)境、建設節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展社會的大政方針指引下，中國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)展的勢態(tài)，在很多地區(qū)已廣泛應用于排污水和排雨水的工程。MRP管工程技術規(guī)程(CECS 223-2007)對這種產(chǎn)品的廣泛應用起到了指導作用，生產(chǎn)MRP管的設備也得到了發(fā)展和提高

2、。四川金石東方新材料設備有限公司（以下簡稱“金石東方”）已為國內(nèi)提供了200余套生產(chǎn)MRP管的設備，并已出口到意大利、土耳其、以色列、蘇丹和俄羅斯等較發(fā)達國家近20套設備；而MRP管材產(chǎn)品也已出口到非洲等地區(qū)。 為了即時總結經(jīng)驗，如今埋地排水用鋼帶增強聚乙烯螺旋波紋管CJ/T 225-2006產(chǎn)品標準的不足之處已得到了修正, 建設部頒布了MRP管CJ/T 225-2011版，調(diào)整了產(chǎn)品的部份結構，增加了平面端口形式的管材及其連接方式；進一步提高了對原料聚乙烯和專用粘接樹脂的指標要求；為進一步確保管材在惡劣腐蝕環(huán)境下的安全運行，增加了耐強腐蝕的鍍鋅鋼帶等。在此探討一下MRP管的工程設計和連接技術

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

4、概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，按兩種極限狀態(tài)進行計算：一是承載能力極限狀態(tài)(包括環(huán)截面強度計算、壓屈失穩(wěn)計算和抗浮計算)；二是正常使用極限狀態(tài)(環(huán)截面變形驗算) 。 另外，將MRP管按柔性管道計算，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)截面強度計算中僅考慮鋼帶而忽略聚乙烯的作用，這樣使計算既簡單又安全。 1. 管道環(huán)截面強度計算 （1）管道環(huán)截面強度計算應按荷載基本組合進行計算，取設計值； （2）鋼帶最大環(huán)截面壓應力設計值不大于鋼帶抗壓強度設計值，即： 0y 式中鋼帶最大環(huán)截面壓應力設計值（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鋼帶抗壓強度的設計值（MPa）。 （3）鋼帶最大環(huán)截面壓應力設計值按下式計算： =0.72（K0G， sqs,k+Qqk）D1/As 式中K0荷載系數(shù)，當管頂覆土深度 H1 D1 時，K0 =1.0；當 H1 D1時，可取K0= 0.86； G， s管頂覆土荷載分項系數(shù)，應取1.27； Q管頂?shù)孛婧奢d分項系數(shù)，應取1.40； qs,k管頂單位面積上的豎向土壓力標準值（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準值（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)截面壓應力設計值的計算公式，按照管道豎向直徑變形率為5%、覆土壓實系數(shù)不小于85%的條件，可計算出不同直徑、不同環(huán)剛度等級和不同鋼材的每米管道所需的最小鋼帶面積。 2. 管道環(huán)截面變形驗算 （1）管道環(huán)截面變形驗算的荷載組合應按準永久組合計算，取標準值； （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)，與敷設中心角有關； qs,k 管頂單位面積上的豎向

7、土壓力標準值（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準值（kN/m2）； DL變形滯后效應系數(shù)，可根據(jù)管道胸腔回填土的壓實度取1.201.50； q可變荷載的準永久值系數(shù)，可取0.5； Sp管環(huán)剛度（kN/m2）； Ed 管側土的綜合變形模量（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管工程技術規(guī)程(CECS 223-2007)條文說明中列出了不同環(huán)剛度等級、不同敷設條件的管道管頂?shù)?/p>

8、最大覆土深度，供設計使用中參考。 3. 管道環(huán)截面壓屈失穩(wěn)計算 （1）計算時各項作用均取標準值； （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)定性計算應符合下式要求： Fc,k/ FkKs 式中Fc,k管壁失穩(wěn)的臨界壓力標準值（kN/m2）； Fk管頂在各項作用下的豎向壓力標準值（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準值可按下式計算 ： Fk= qs,k+ qk 式中Fk管頂在各項作用下的豎向壓力標準值（kN/m2）； qs,k管頂單位面積上的豎向土壓力標準值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、豎向壓力標準值（kN/m2）。 （5）管壁失穩(wěn)的臨界壓力標準值可按下列公式計算 ： Fc,k=4(2 Ed Sp)1/2 式中Fc,k管壁失穩(wěn)的臨界壓力標準值（kN/m2）； Ed管側土的綜合變形模量（kN/m2）； Sp管環(huán)剛度（kN/m2）。 4. 管道抗浮穩(wěn)定計算 （1）各項作用取標準值 ； （2）抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)不小于1.10 ； （3）抗浮穩(wěn)定性計算應符合下式要求： FGkKF,k 式中FGk各項抗浮永久作用標準值之和（kN）； F,k浮托力標準值（kN）； K管道的抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)，應取1.10。 在進行MPR管的結構設計時，應提出埋設條件和對運行工況的要求，包括管體、管道基礎

10、、管道連接和溝槽回填土的類別與壓實度等。 MPR管的連接方式和質(zhì)量控制 新型管道能否成功推廣應用的關鍵，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，可適應于各種不同工程的需要，重要的地方可同時采用兩種方法組合使用。其連接方式分別根據(jù)端口面的結構形式確定，而管材的端口結構形式分為螺旋形端口和平面形端口兩種，如圖1所示。 圖1 管材端口結構示意圖1. 螺旋形端口的連接方式和質(zhì)量控制 螺旋形端口的結構是在生產(chǎn)管材切割時，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構如圖2所示，它是通過專用熱風擠出焊接工具，吹熱風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構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裝置的擠出焊機和與管材材質(zhì)相同的聚乙烯焊條。焊接時要求金屬斷開部位盡可能對齊，減少接口間隙；應進行內(nèi)外雙面焊接(如果只是焊單面宜與電熔帶或熱收縮管(帶)連接方式組合應用)，特別是在波峰部位必須加強焊接（鋼帶斷開處的鋼帶不能裸露）；焊接時熱風裝置必須將待焊部位的聚乙烯預熱，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)過培訓考核合格的焊工進行熱熔擠出焊接連接施工。 （2）電熔帶連接。電熔帶連接的結構如圖3所示。它是通過對鑲嵌在電熱帶內(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 電熔帶連接的結構示意圖電熔帶連接是先按熱風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性能應與待焊管材的要求相同，電熱絲網(wǎng)應采用以鎳鉻為主要成分的合金材料，電熱網(wǎng)應無短路、斷路，電阻值不大于20，電熔帶長度必須大于管材波谷周長的1.25倍。 目前，電熔帶尚無國家標準和行業(yè)標準為依據(jù)，應在選用時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)標準。電熔帶廠家在提供產(chǎn)品時，應同時提供可靠的技術鑒定材料，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)管道的型號來設定電流及通電時間。為保證安全，嚴禁帶水作業(yè)。電熔帶的施工作業(yè)，必須按照管材生產(chǎn)廠經(jīng)過定型驗證后提供的焊接工藝及操作要求，由經(jīng)過培訓考核合格的焊工，進行電熔帶連接施工。 （3）熱收縮管(帶)連接。熱收縮管(帶)連接的結構如圖4所示。它是通過對熱收縮管(帶)進行火焰加熱，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）連接的結構示意圖熱收縮管(帶)連接所采用的熱收縮管(帶)由

15、制管廠配套供應。熱收縮管(帶)目前尚無專用標準，但可參照中華人民共和國GB/T23257-2009埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層標準中表11和表12的要求，選用熱收縮管(帶)。要求其外觀應平整、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，熱收縮管應選用經(jīng)交聯(lián)的圓管擴脹定型的無縫管，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，應與內(nèi)或外熱熔擠出焊接組合使用。如果內(nèi)側不焊接，應采取加堵塞等方法防止雨污水進入波形鋼肋的空腔，以避免腐蝕鋼肋。 在進行熱收縮管(帶)的連接操作時，應將連接處管材外壁打磨干凈，暫時將熱收縮管套在需連接的一個

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其加熱。加熱時必須嚴格控制好“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)過培訓考核合格的操作人員，進行熱收縮管(帶)連接。 （4）卡箍連接?？ü窟B接的結構示意如圖5所示。它是通過螺栓和兩個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到密封要求的連接方法。 圖5 卡箍連接的結構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，應采用耐油的橡膠，橡膠密封圈的性能應符合現(xiàn)行國家標準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。橡膠密封圈應由管材生產(chǎn)廠配套供應。 在此特別強調(diào)：采用卡箍連接時，因為管外壁呈螺旋波紋狀,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，以保證哈夫套的長期性能且不能在管材外壁有位移或滑動。 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構，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，連接件的一側端口為平面。這種結構形式的平面端口，可采用法蘭機械壓緊連接、法蘭端熱熔對接連接、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）平面形端口法蘭機械壓緊連接。可采用法蘭卡環(huán)和螺栓兩種形式，使端面的橡膠圈達到密封作用。連接用的金屬連接件最好用不銹鋼，如用黑色金屬，則必須進行防腐、防銹處理。 （2）平面形端口法蘭端熱熔對接連接。它是平面形端口的聚乙烯面，用對接熔焊機將法蘭端