山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程管道設(shè)計(jì)施工技術(shù)

董醇良

（江西省德興市水利局，334200，德興）

德興市位于江西省的東北部，屬樂安河中上游中低山區(qū)，山地面積約占總面積的82%。除市區(qū)及各國營礦區(qū)具有正規(guī)的自來水廠外，全市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和廣大農(nóng)村除少部分有自來水廠外，大部分直接從壓水井、大口井及江、河、湖、塘、水庫、山泉中取水飲用，均不同程度存在飲水安全問題，多數(shù)供水水質(zhì)不符合GB 5749-85飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

德興市在解決飲水安全問題中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際，飲水安全工程采取了三種型式，即自來水輻射區(qū)、自流引水區(qū)、大口井泵站供水區(qū)。截至2008年年底，德興市興建安全飲水工程總座數(shù)為312處。

德興地處山區(qū)，管線經(jīng)過地段地形地貌復(fù)雜，地面高低起伏較大，起伏點(diǎn)多，山嶺溝壑地帶，連續(xù)翻越山脊，高差均在10 m以上，最大高差81m。管線通過地段分別為強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥結(jié)卵石、灰褐色膨脹土及粉沙土，基地承載力差別大?？紤]到施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)及本著“永臨結(jié)合、方便施工、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”原則，輸水管道選用新型節(jié)能材料HDPE給水管。

一、管材選擇

高密度聚乙烯（HDPE）管是一種新型化學(xué)建材，已在給排水及燃?xì)夤艿朗┕ぶ械玫綇V泛應(yīng)用。這種管材與鋼管或鑄鐵管相比，有優(yōu)異的物理性能，但也有缺陷。HDPE管有一定的延性和較好的柔韌性，管道可沿地形蜿蜒敷設(shè)，但大口徑管道彎曲半徑不能過小。HDPE管壽命長，抗腐蝕，埋地管道可在-60℃～60℃范圍內(nèi)安全使用 50年以上。管材內(nèi)壁光滑，與同口徑金屬管道比有更大的輸送流量，管內(nèi)壁無結(jié)垢層，不會(huì)孳生細(xì)菌，管材無毒。HDPE管質(zhì)量輕，易搬運(yùn)，易彎曲，焊接工藝簡單，不需防腐，施工速度快。但HDPE管機(jī)械強(qiáng)度低，且塑料制品有不耐高溫、暴露在陽光下易老化的特點(diǎn)，所以對(duì)管材運(yùn)輸及施工安裝有特殊要求。管道最小埋深不少于1.2 m，管底鋪設(shè)10 cm～30 cm厚砂墊層，管身周圍及管頂用砂回填，管頂填砂厚度不少于60 cm，砂層以上方可用原狀土回填。回填用砂應(yīng)選用潔凈的中粗砂，砂中不得含有腐殖質(zhì)，砂中含泥量不得超過5%。德興市農(nóng)村飲水安全工程屬于村鎮(zhèn)供水，在比較各種管材的優(yōu)缺點(diǎn)后，決定統(tǒng)一采用HDPE管，實(shí)行公開招標(biāo)確定供貨廠家，統(tǒng)一供貨。

二、HDPE管施工方法

1.施工工藝流程

管線測(cè)量→管線表層清除→修筑施工便道→管溝開挖→HDPE管材運(yùn)輸→施工砂墊層→HDPE管熱熔連接→管道敷設(shè)→管身回填→管段試壓→閥門、井室安裝→管溝回填→設(shè)置管道標(biāo)→通水試驗(yàn)。

2.施工方法

（1）施工準(zhǔn)備

①施工前的技術(shù)準(zhǔn)備

一是施工前應(yīng)熟悉、掌握施工圖紙，準(zhǔn)備好相應(yīng)的施工機(jī)具。二是對(duì)操作人員進(jìn)行上崗培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后才能進(jìn)行施工作業(yè)。三是按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管材、管件進(jìn)行驗(yàn)收。應(yīng)根據(jù)施工要求選用配套的等徑、異徑和三通等管件。

熱熔焊接宜采用同種牌號(hào)、材質(zhì)的管件，對(duì)性能相似的不同牌號(hào)、材質(zhì)的管件之間的焊接應(yīng)先作試驗(yàn)。主要依據(jù)是設(shè)計(jì)圖紙、《給水工程用埋地聚乙烯管材》GB/T 15558.1—1995和 GB/T 15558.2—1995、《聚乙烯給水管道工程技術(shù)》CJJ63—95。

②機(jī)械設(shè)備

配挖掘機(jī)1臺(tái)，推土機(jī)1臺(tái)，裝載機(jī)1臺(tái)，載重汽車3臺(tái)，各種HDPE管道焊機(jī)2套，30 kW發(fā)電機(jī)2臺(tái)，蛙式打夯機(jī)2臺(tái)，交通運(yùn)輸皮卡車1臺(tái)。各種機(jī)械設(shè)備狀況完好，專人操作。

③清除表層

管線通過地帶，有的地段灌木茂密，為防止清表偏離，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)量控制。根據(jù)選線位置，在管線通過位置每100 m設(shè)置紅色視線標(biāo)志，先進(jìn)行第一道方向性清表。根據(jù)管道操作工作面寬度和施工便道寬度、現(xiàn)場(chǎng)堆土寬度的要求，確定清表寬度。沿清表方向每間距50 m設(shè)置清表紅色邊線樁且插標(biāo)旗，專人指揮機(jī)械進(jìn)行修整加寬并隨時(shí)檢查調(diào)整方向，確保清表線路正確。

（2）管溝開挖

①開挖

管溝開挖應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖施工，HDPE管的柔性好、重量輕，可以在地面上預(yù)制較長管線，當(dāng)?shù)匦螚l件允許時(shí)，管線的地面焊接可使管溝的開挖寬度減小。HDPE管埋設(shè)的最小管頂覆土厚度為：車行道下大于或等于0.9 m，人行道下大于或等于0.75 m，綠化帶下或居住區(qū)大于或等于0.6 m，永久性凍土或季節(jié)性凍土層管頂埋深應(yīng)在冰凍線以下。在結(jié)實(shí)、穩(wěn)固的溝底，管溝的寬度由施工所需的操作空間決定。表1為寬度的最小值。

表1 最小管溝寬度值

當(dāng)在地面連接時(shí)，溝寬為D+0.3m；當(dāng)在溝內(nèi)安裝或開溝回填有困難時(shí)開溝寬度為D+0.5 m，且總寬度不小于0.7m。在沙土或淤泥的管溝中，可以采取放坡開挖。

DN315、DN250、DN200、DN160 等管溝采用斗寬1.2 m的挖掘機(jī)開挖，人工輔助底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下1.8m，管溝底寬1.2 m， 底部應(yīng)平順；DN110、DN90、DN75、DN63、DN50、DN32、DN25、DN20各種管溝采用人工開挖，人工底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下0.8m，管溝底寬0.5m，底部應(yīng)平順。管溝開挖應(yīng)根據(jù)管道敷設(shè)方向合理確定開挖區(qū)段，分段施工，敞溝時(shí)間盡量縮短。

②管溝底面的處理

如果管溝底部平直且土壤中基本沒有大石塊或底部土層沒有擾動(dòng)，就無需平整；如果底部土層被擾動(dòng)，則采用直徑20～50 mm級(jí)配碎石塊混合沙土和黏土等材料墊平，墊層厚度為150 mm，夯實(shí)的密實(shí)度應(yīng)大于90%。應(yīng)盡可能避免管道表面劃傷。

（3）管材運(yùn)輸及存儲(chǔ)

采購時(shí)，管件用塑料袋包裝后裝箱，管道焊接機(jī)具由管材生產(chǎn)廠家配套一起隨同管材發(fā)運(yùn)。管道附屬閥門、管件同期采辦裝運(yùn)。材料、設(shè)備裝車后均應(yīng)遮蓋，避免暴曬雨淋。

HDPE管材和管件到場(chǎng)后應(yīng)水平堆放在平整的場(chǎng)地上，高度不超過1.5m。管材和管件應(yīng)分類堆放整齊并掛牌標(biāo)示，便于取拿。露天堆放時(shí)用彩條布或帆布遮蓋。材料進(jìn)場(chǎng)后及時(shí)檢查清點(diǎn)，是否有缺項(xiàng)及損壞。

管材、管件搬運(yùn)和運(yùn)輸用非金屬繩捆扎、吊裝，管材端頭應(yīng)封堵；不得與油類、酸、堿、鹽等其他化學(xué)物質(zhì)接觸。管材、管件搬運(yùn)時(shí)應(yīng)小心輕放，排列整齊，嚴(yán)禁拋摔和沿地拖拽。車輛運(yùn)輸管材時(shí)，應(yīng)放在平底車上，盤管應(yīng)疊放整齊。直管和盤管均應(yīng)捆扎、固定，避免相互碰撞。堆放處不應(yīng)有可能損傷管材的尖凸物。

在溝槽開挖基本完成時(shí)，運(yùn)輸管材及管件并布置在溝旁。盡量縮短管材在溝旁的存放時(shí)間，以避免外界損傷管材并減少陽光照射。布管時(shí)應(yīng)小心輕放，防止損傷管材，管口連接前應(yīng)封堵，防止泥土進(jìn)入。

（4）管道焊接

①焊接準(zhǔn)備

焊接準(zhǔn)備主要是檢查焊機(jī)狀況是否滿足工作要求。如檢查機(jī)具各個(gè)部位的緊固件有無脫落或松動(dòng)，檢查機(jī)電線路連接是否正確、可靠，檢查液壓箱內(nèi)液壓油是否充足，確認(rèn)電源與機(jī)具輸入要求是否相匹配，加熱板是否符合要求（涂層是否損傷），銑刀和油泵開關(guān)等的運(yùn)行情況等。

②管道焊接控制

用凈布清除兩對(duì)接管口的污物。將管材置于機(jī)架卡瓦內(nèi)，控制兩端管口向內(nèi)伸出的長度應(yīng)基本相等（在滿足銑削和加熱要求的前提下應(yīng)盡可能縮短，通常為 25～30mm）。若伸出管材機(jī)架外的管道部分較長，應(yīng)用支撐架托起外伸部位，使管材軸線與機(jī)架中心線處于同一高度，調(diào)整管道對(duì)接的同軸度，然后用卡瓦緊固好。置入銑刀，開啟銑刀電源，然后緩慢合攏兩管材對(duì)接端，并加以適當(dāng)?shù)膲毫?，直到兩端面均有連續(xù)的切屑出現(xiàn)，方可解除壓力，稍后即可退出活動(dòng)架，關(guān)掉銑刀電源。切削過程中應(yīng)通過調(diào)節(jié)銑刀片的高度控制切屑厚度，切屑厚度一般應(yīng)控制在0.5～1.0mm。

取出銑刀，合攏兩對(duì)接管口，檢查管口對(duì)齊情況。其錯(cuò)位量控制應(yīng)不超過管壁厚度的10%或1mm，通過調(diào)整管材直線度和松緊卡瓦可在一定程度上改善管口的對(duì)位偏差；管口合攏后其接觸面間應(yīng)無明顯縫隙，縫隙寬度 不 能 超 過 ：0.3 mm（D≤225）、0.5 mm（225 mm＜D≤400 mm）或 1.0 mm（D＞400mm）。如不滿足上述要求應(yīng)重新銑削，直到滿足要求為止。

③確定機(jī)架拖拉管道拉力的大小

在管道對(duì)接過程中，所連接管道長短不一，因而機(jī)架帶動(dòng)管道移動(dòng)所需克服的阻力不一致，在實(shí)際控制中，這個(gè)阻力應(yīng)疊加到工藝參數(shù)壓力上，得到實(shí)際使用壓力（在焊接過程中不僅要確定壓力，而且要檢查加熱板溫度是否達(dá)到設(shè)定值）。

④焊接

在可控壓力下焊接加熱板溫度達(dá)到設(shè)定值后，放入機(jī)架，施加規(guī)定的壓力，直到兩邊最小卷邊達(dá)到規(guī)定寬度時(shí)壓力減小到規(guī)定值（使管口端面與加熱板之間剛好保持接觸），以便吸熱。當(dāng)滿足焊接時(shí)間后，退開活動(dòng)架，迅速取出加熱板，然后合攏兩管端，切換時(shí)間應(yīng)盡可能短，不能超過規(guī)定值。冷卻到規(guī)定的時(shí)間后，卸壓，松開卡瓦，取出對(duì)接好的管材。

（5）管道的敷設(shè)

管道一般在地面預(yù)先焊接好 (管徑小于或等于110 mm的管道應(yīng)采用電熔焊焊接；管徑大于110 mm的管道可采用電熔焊或熱熔焊焊接)。在管道放入管溝之前，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行全面檢查，在沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷的情況下，方可下管（采取吊入或滾入法）。

（6）管道吹掃

管道吹掃與一般管道吹掃相同，主要采用爆破式吹掃，可以分段進(jìn)行，介質(zhì)為無油壓縮空氣，壓力不應(yīng)超過管道的工作壓力。

（7）試壓

HDPE管道系統(tǒng)在投入運(yùn)行之前應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)包括強(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。測(cè)試時(shí)一般采用水作為試驗(yàn)介質(zhì)。

（8）回填

通常情況下，腋角及初回填要求至少密實(shí)度達(dá)到90%以上。夯實(shí)層至少應(yīng)達(dá)到距管頂150 mm的地方，距管頂小于300 mm的地方應(yīng)避免直接搗實(shí)。最終回填可采用原開挖土壤或其他材料，但其中不得含有凍土、結(jié)塊黏土及最大直徑超過100 mm的石塊。

三、管道施工應(yīng)注意的事項(xiàng)

①管道采用熱熔對(duì)接方式連接，首先檢查電源及焊接機(jī)具，試操作正常后才能焊接。連接前檢查待連接管材及管件是否有明顯劃傷，大于5 mm的劃傷部位必須切除后方可連接。

②待接連件連接前，兩管段各伸出夾具一定自由長度（100~150 mm），并對(duì)口校正兩對(duì)應(yīng)的待連接件，使其在同一軸線上，錯(cuò)邊不應(yīng)大于2mm。

③管材或管件連接面上的污物應(yīng)用潔凈棉布擦凈，并用銑削刀銑削待連接面，銑削后應(yīng)重新對(duì)口檢查使接口吻合。

④待連接端面用專用電熱板加熱，加熱板溫度設(shè)定為210±10℃，待連接件的端面加熱時(shí)間為5 min，加熱壓力為1.73MPa。

⑤加熱完畢，對(duì)接加熱板應(yīng)迅速脫離待連接件，并用均勻外力使兩待連接面對(duì)接頂緊，形成均勻凸緣并平滑過渡到管材本體。卷邊凸緣寬度為5~8mm，高度為3~5mm。接口保壓冷卻36 min后卸開夾具并檢查接口質(zhì)量。

⑥焊接好的管段目視檢查接口合格后應(yīng)及時(shí)下管并調(diào)整管道位置，進(jìn)行管道側(cè)面及管頂回填，管頂覆沙厚度為60 cm，分層回填并用平板震動(dòng)器夯實(shí)。

⑦連接好的管道應(yīng)及時(shí)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試壓分段長度1km左右，最大不超過1.5km。試水壓力為管道設(shè)計(jì)工作壓力的1.5倍，即管材壓力（MPa）乘以1.5。試壓時(shí)排氣點(diǎn)應(yīng)設(shè)在管道最高處，打壓點(diǎn)應(yīng)設(shè)在管道端頭較低處。當(dāng)?shù)皆噳褐翟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之后，應(yīng)靜置1h。1h內(nèi)，壓力值下降不超過0.1 MPa時(shí)該段管道試驗(yàn)合格，管道試壓合格后進(jìn)行通水沖洗。

⑧試壓合格的管道應(yīng)及時(shí)進(jìn)行閥門井室安裝及溝槽回填，管溝分層填土并用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。因管線經(jīng)過地段多為山區(qū)，且管道布置曲線較多，為便于以后維修查找，管溝回填后及時(shí)埋設(shè)水道標(biāo)。水道標(biāo)為鋼筋混凝土制，沿管線間距100m埋設(shè)在管道正上方，并在管道轉(zhuǎn)彎、與道路交叉處設(shè)置。水道標(biāo)埋入地下0.7 m，地面以上0.5m，水道標(biāo)周圍填土應(yīng)分層回填密實(shí)。

⑨全段管道施工完后進(jìn)行通水試驗(yàn)，考慮到長距離輸水管道運(yùn)行安全及方便檢修，在管道低處設(shè)置排泥井，高處設(shè)置排氣井。井室內(nèi)安裝自動(dòng)排氣閥、排泥閥和管道控制用伸縮式蝶閥，并檢查各排氣、排泥閥工作是否可靠及啟閉靈活。

四、結(jié) 語

HDPE管材運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，管材卸車時(shí)，地面不應(yīng)有石塊等尖凸物并用廢舊汽車輪胎鋪墊，而后將管材逐根卸下，防止管材卸車時(shí)受傷。管材熱熔焊接前應(yīng)仔細(xì)檢查待連接管材及管件，對(duì)嚴(yán)重劃傷管材堅(jiān)決不能使用，防止管道受壓破損及以后使用中蠕變破壞。

熱熔焊接操作人員應(yīng)集中培訓(xùn)，考試合格后方能上崗操作，確保接口成功率。建立嚴(yán)格的施工記錄簽證制度，現(xiàn)場(chǎng)接口編號(hào)記錄，責(zé)任到人，增強(qiáng)全員質(zhì)量意識(shí)。連接好的管道，經(jīng)目視檢查合格后應(yīng)及時(shí)埋設(shè)，減少在外界暴露的時(shí)間，確保管道使用壽命。

管道連接時(shí)，連接件兩端要支設(shè)穩(wěn)定，并試驗(yàn)活動(dòng)機(jī)架運(yùn)行平穩(wěn)，方可進(jìn)行操作。尤其是在坡道地段，嚴(yán)格注意接口對(duì)接質(zhì)量。大口徑閥門、管件下必須設(shè)置支墩，與管道連接時(shí)確保軸線一致，待接法蘭面平行且間隙均勻。閥門安裝應(yīng)在一天溫度較低時(shí)進(jìn)行。

增強(qiáng)成品保護(hù)意識(shí)，及時(shí)回填管溝及設(shè)置水道標(biāo)，防止管道被不知情人員挖斷，或幾年后維修時(shí)管道位置不清，造成不必要的麻煩。

材料計(jì)劃應(yīng)詳盡并略有富余，一般應(yīng)為計(jì)劃用量的102%，數(shù)量較少的關(guān)鍵管件應(yīng)加倍計(jì)劃，計(jì)劃應(yīng)周密、全面，必須有復(fù)核手續(xù)，避免出現(xiàn)因材料短缺造成停工、窩工現(xiàn)象，確保工程順利施工。

[1]農(nóng)村給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].CECS 82-96.

[2]村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范[S].SL 310—2004）.