PCCP管道壓力試驗方案探討

鄧文華,余 豐

(浙江省水電建筑安裝有限公司,浙江 杭州 310051)

1 工程概況

舟山某引水工程設計引水規(guī)模為24.2萬t/d,設計引水流量為2.8m3/s,采用DN1 600 mm(內徑)的鋼管或PCCP管相結合的型式,設計工作壓力0.4 MPa,試驗壓力0.9MPa;鋼管母材為Q235B鋼板,由螺旋成雙面弧焊接而成,定尺長度為12.0m;PCCP管為標準型式的埋置式預應力鋼筒混凝土管(PCCPE),定尺長度5.0m。

2 編制管道壓力試驗方案目的

依據(jù)該工程的設計要求,通過編制管道壓力試驗施工的方案,特別是對PCCP管道試壓方式的論證,在經過有關方面專家的評審后,將作為該工程完成后進行整體性管道壓力試驗的指導性文件,重點是實現(xiàn)PCCP管道的安全試壓。

3 PCCP管段壓力試驗方案[1].

3.1 力的計算

3.1.1 管道充壓后的軸向力F

F=P×S

式中:P為管道試驗壓力,按設計要求為0.6MPa,即600 kN/m2;S為管道斷面積 (πR2),R=1.6/2=0.8m。

F=600×3.14×0.8×0.8=1 205.76 kN。

3.1.2 埋地鋼管上覆土層的單位長度頂、側壓力

頂壓F1:

F1=K1ρHD

式中:K1為土垂直壓力系數(shù),為0.8;P為土容重,取17.8 kN/m3;H為管頂上覆土厚度,取1.2m;D為管道直徑,為1.6m。

F1=0.8×17.8×1.2×1.6=27.14 kN。

側壓F2:

F2=ρ×(H+D/2) ×D×tg2(45°-θ/2)

式中:θ為土內摩擦角,取20°。

F2=17.8× (1.2+0.8) ×tg2(45°-20°/2)=21.36 kN

單位管身重量F3:

F3=W1+W2

式中:W1為鋼管自重,取4.8 kN;W2為管內滿水重量,rπR2=10×3.14×0.8×0.8=20.1 kN;R為水的比重,為10 kN/m3。

F3=4.8+20.1=24.9 kN

鋼管道單位摩擦阻力f:

f=u×(F1+2F2+F3)

式中:u為軟土摩擦系數(shù),按規(guī)范取0.2。

f=0.2×(27.14+2×21.36+24.9)=18.95 kN

3.2 摩阻f抵抗軸向力F的最小鋼管段長度L

fL≥K2×F

式中:K2為安全系數(shù),取1.6;

L≥1.6×1 205.76/18.95=101.8m。

3.3 同類型工程的調研情況

慈溪市湯浦水庫引水工程引水規(guī)模為20萬m3/d,管道線路中也使用了PCCP管,PCCP管直徑也是1.6m,整體工程試驗壓力也是0.6MPa,所處工程地質與此工程基本相近,當時試壓時,PCCP管段兩側鋼管段長度按100m設計,并取得試壓的成功。

因此該工程PCCP管段試壓時兩端鋼管長度按102m選取是可以滿足要求的。

3.4 PCCP管道試壓

3.4.1 試壓段劃分

按設計該工程PCCP管段為10段(見表1),根據(jù)以上計算,把PCCP管段劃分為5個壓力試驗段(見表2),最終管段劃分需根據(jù)實際施工情況進行。

表1 工程管道設計安裝樁號情況表

表2 PCCP管段壓力試驗段劃分表

實際試驗中將PCCP管段壓力試驗兩端連接鋼管長度按130～150m考慮,為此工程安全系數(shù)達到2.1～2.4,可以確保PCCP管道段的試壓安全。

3.4.2 堵板設置

在兩端鋼管段距PCCP管端130～150m外設置堵板,在條件允許的情況下,也可以視實際情況利用沿線的閘閥作為封板以形成封閉管段,但須滿足130～150m鋼管段長度的要求,并形成試壓段。

3.4.3 試 壓

(1)利用附近河邊排水井作為加壓注水點,設置加壓泵、壓力表、水表,為試壓段注水加壓。加壓泵采用7.5 kW多級離心式水泵加壓注水,加壓泵注水管道設置水表1支。

(2)緩慢階梯加壓。試壓段內初始壓力0.40MPa左右,注水加壓,觀測記錄壓力表變化,每上升0.1MPa,檢查全線管道情況,重點彎頭、轉換接頭、管橋等部位情況。檢查情況確定無異狀后,繼續(xù)升壓,直至試驗壓力0.6MPa。

(3)穩(wěn)壓驗收:①在試驗壓力的情況下穩(wěn)壓15m in,觀測壓降是否≤0.03 MPa;②降至設計壓力,并恒壓30min,進行外觀檢查是否存在漏水現(xiàn)象;③嚴密性,計算設計充許滲水量Q大于試驗實測滲水量q的計算值,管道試壓合格;④卸壓,試驗結束,通過排水支管排水卸壓;⑤試壓結束后,需要填寫注水法試驗記錄表,表式見GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》[2].。

3.5 具體實施中將特別注意的事項

(1)如果在試驗PCCP管段內存在PCCP管段的轉角,將在轉角處設置混凝土支墩,支墩的設置將按轉角的大小進行力的分析和設計,在實施性專項施工方案中得以落實。

(2)當PCCP管段與橋管連接段的鋼管道長度＜102 m時,將在連接段鋼管道上增設鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩,規(guī)格和數(shù)量將根據(jù)該連接段鋼管段的長度計算確定。

[1].中華人民共和國水利部.SL 237—1999土工試驗規(guī)程 [S]..北京:中國水利水電出版社,1999.

[2].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范 [S]..北京:中國建筑出版社,2008.