惠州市大亞灣引水工程管道水壓試驗(yàn)方法

張建平 肖家勇

（惠州市水電建筑工程有限公司 516001）

1 工程概況

大亞灣引水工程是向中海殼牌石化項(xiàng)目以及大亞灣（國家級(jí)）經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)提供II類地表原水的跨流域調(diào)水重點(diǎn)工程。工程取水流量為4.8m3/s，年平均取水量1.445億m3。輸水線路從東江下源泵站起至中海殼牌石化項(xiàng)目止，總長約為54km。管道為并排兩條預(yù)應(yīng)力混凝土管，由2×4307.585m管道（2×D2000）一個(gè)單項(xiàng)組成。管道主要采用溝埋式安裝。

管道設(shè)計(jì)工作壓力為0.40MPa，執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268—2008）、《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（DL/T5017—2007）。

2 水壓試驗(yàn)

大口徑預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管安裝后，做整體或分段功能性試驗(yàn)。壓力管道水壓試驗(yàn)分預(yù)試驗(yàn)和主試驗(yàn)階段。

試驗(yàn)壓力為 1.5p=1.5×0.40MPa=0.6MPa=600kN/m2。

試驗(yàn)段為樁號(hào)S3+910～S4+900，試驗(yàn)段長900m。

2.1 預(yù)試驗(yàn)階段

將管道內(nèi)水壓緩緩升至試驗(yàn)壓力，穩(wěn)壓30min，期間如有壓力下降可注水補(bǔ)壓，但不得高于試驗(yàn)壓力；試驗(yàn)過程中以管道接口、配件等處無漏水、損壞及其他異常情況為合格。

2.2 主試驗(yàn)階段

停止注水補(bǔ)壓，穩(wěn)壓15min，當(dāng)15min后壓力下降不超過允許壓力降數(shù)值時(shí)，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進(jìn)行外觀檢查，若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

壓力管道允許滲水量執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

在水壓試驗(yàn)過程中，應(yīng)設(shè)置應(yīng)變計(jì)，以記錄變形之讀數(shù)。水壓試驗(yàn)后，提交記錄滲漏情況及應(yīng)力與應(yīng)變?cè)囼?yàn)報(bào)告給監(jiān)理工程師。

2.3 壓力管道強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)施工程序

試驗(yàn)施工程序?yàn)椋憾骂^安裝→充水排氣→浸泡→分級(jí)升壓→驗(yàn)收。水壓試驗(yàn)加壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2.4 管內(nèi)充水排氣和浸泡

管道通水試壓前，管內(nèi)先充水浸泡。浸泡時(shí)間：D2000預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管不小于72h。

在管道的最低端和最高端（包括駝峰點(diǎn)）各需設(shè)一排氣孔（閥）。排氣孔（閥）設(shè)在鋼堵頭上。

進(jìn)行正式壓水試驗(yàn)之前，一般需進(jìn)行多次初步升壓試驗(yàn)方可將管道內(nèi)氣體排凈。當(dāng)確認(rèn)管道內(nèi)的氣體已排除后才可進(jìn)行正式水壓試驗(yàn)。管道內(nèi)氣體是否已排除可以從以下3個(gè)現(xiàn)象判定：

a.管道內(nèi)充滿水，當(dāng)升壓時(shí)，水泵不斷向管道內(nèi)充水但升壓很慢。

b.當(dāng)用水泵向管道內(nèi)充水時(shí)，隨著水壓泵柄的上下?lián)u動(dòng)，彈簧壓力計(jì)表針擺動(dòng)幅度較大且讀數(shù)不穩(wěn)定。

c.管水壓升至80%試驗(yàn)壓力時(shí)，停止升壓，然后，打開連通管道的排氣孔（閥），放水時(shí)水柱中帶有“突突”的聲響并噴出許多氣泡。

以上3個(gè)現(xiàn)象出現(xiàn)表明管道內(nèi)氣體未排除。應(yīng)重新排氣后再升壓。當(dāng)以上現(xiàn)象消失，而且用水泵充水升壓很快時(shí)，即可確認(rèn)氣體已經(jīng)排除。

圖1 水壓試驗(yàn)加壓系統(tǒng)大樣圖（單位：mm）

2.5 分級(jí)升壓試驗(yàn)

試驗(yàn)壓力采取1.5倍的工作壓力。管道升壓分三級(jí)進(jìn)行（即 0.2 MPa、0.4 MPa和 0.6 MPa），每升一級(jí)應(yīng)檢查后背、支墩、管身及接口，當(dāng)無異?，F(xiàn)象時(shí)再繼續(xù)升壓。

3 悶頭設(shè)計(jì)安裝

水壓試驗(yàn)的臨時(shí)悶頭是試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。一般須采用定制的插頭短管或承插頭短管并焊接加肋鋼盲板（20mm厚），后背澆筑混凝土后支墩，見圖2。

圖2 承、插口短管及堵板大樣圖（單位：mm）

4 后背抗力的核算

試驗(yàn)管段的后背應(yīng)設(shè)在原狀土或人工后背上，后背抗力的核算按被動(dòng)土壓力理論進(jìn)行，應(yīng)滿足下列條件：

本例后背墻的寬度b≥KR/Ep；安全系數(shù)=1.5；管道蓋堵水壓力傳遞給后背的總推力為

P的作用點(diǎn)應(yīng)位于后背墻的縱向中心線上，其高度位于后背墻水平軸線之下，一般為墻高的1/3～2/5處，見圖 3。

沿后背受力方向的土層厚度大于7m。

設(shè)定支墩后背土為砂性土，忽略其粘聚力；后背墻面平整并與管道軸線垂直。則被動(dòng)土壓力為

當(dāng)混凝土后支墩尺寸為ahb=1.2m×5.2m×3.2m、其后背填土高為H=5.5m時(shí)，則

支墩自重及土壓重為

圖3 后支墩受力圖（單位：mm）

支墩基底產(chǎn)生的摩擦力為

則 R總=（837.2+76.0）×3.2=2922.2 kN

[K]=R總/P=2922.2/1884=1.55，滿足要求。

以上式中p——工作壓力，MPa；

D——蓋堵盲板內(nèi)徑；

γ——土的重力密度，γ=15kN/m3；

φ——后背土體內(nèi)摩擦角，φ≈35°；

H——后背墻高度，m。

5 結(jié)語

大亞灣引水工程水壓試驗(yàn)進(jìn)行順利并取得成功，驗(yàn)證了工程的施工質(zhì)量滿足功能性設(shè)計(jì)要求。這種大口徑管道水壓試驗(yàn)方法亦得到中海殼牌石化項(xiàng)目外方工程專家的認(rèn)可。

隨著管道直徑的增大，做水壓試驗(yàn)變得越加困難，大口徑管道做水壓試驗(yàn)技術(shù)上存在一定的難度。其技巧及應(yīng)注意事項(xiàng)如下：

a.起初升壓需多次打開連通管道的排氣孔（閥），排出空氣和混水氣泡。此刻進(jìn)行正式水壓試驗(yàn)所測的滲水量是真實(shí)的。

b.試驗(yàn)過程中加壓時(shí)，每升一級(jí)檢查一次后背、支墩、管身及接口有無異常。

c.中途管道卸壓后再升壓時(shí)，注意須重新緊固千斤頂，以防悶頭和前端的管道位移脫節(jié)。

d.壓力表應(yīng)在管道每端裝一只。靠表處用一閥門控制，接表時(shí)應(yīng)把支管內(nèi)的空氣排凈，裝表的支管應(yīng)同水和升壓設(shè)備分開。采用彈簧壓力計(jì)時(shí)精度不低于1.5級(jí)，最大量程宜為試驗(yàn)壓力的1.3～1.5倍，表殼的直徑不應(yīng)小于150mm。

e.在管道的最高、最低點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)調(diào)整管道中段出現(xiàn)的駝峰處，一定要設(shè)置打開連通管道的放水節(jié)門，以便排氣。

f.由于管道口徑大、壓力載荷大，采用定制的短管悶頭與預(yù)應(yīng)力混凝土管須采用軟連接。

g.打壓結(jié)束后，應(yīng)先打開上端的排氣孔（閥），然后方可進(jìn)行管道內(nèi)水的排放，以保證安全。