預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管線分段水壓試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

韓成東

（吉林電力管道工程總公司）

預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管線分段水壓試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

韓成東

（吉林電力管道工程總公司）

在輸水管線安裝工程施工過程中，為檢驗(yàn)已安裝管道的強(qiáng)度、嚴(yán)密性是否滿足設(shè)計(jì)要求，確保工程質(zhì)量，必須分段進(jìn)行水壓試驗(yàn)，避免整體通水運(yùn)行后管線滲漏、爆裂。因此，必須按照施工圖紙及圖紙的要求，進(jìn)行水壓試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)水壓試驗(yàn)全過程，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

輸水管線；分段；水壓試驗(yàn)方案

在某預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管線安裝工程施工過程中，主管道為DN3200的PCCP管（預(yù)應(yīng)力混凝土鋼襯筒管）或鋼管，試驗(yàn)段管道設(shè)計(jì)工作壓力1.6MPa，根據(jù)合同文件及規(guī)范GB50268相關(guān)要求，確定水壓試驗(yàn)壓力為1.9MPa。按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，試驗(yàn)長度不大于1km。要求試壓前管道內(nèi)無水并經(jīng)過清掃，對每道管口接口質(zhì)量、管材質(zhì)量全面進(jìn)行聯(lián)合檢查。

水壓試驗(yàn)計(jì)劃需時(shí)25天。

一、管道上下游止推力設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)參數(shù)

管道與土壤摩擦系數(shù)取0.2。地下水位按管底標(biāo)高下0.5m考慮（如管底水位高，安裝標(biāo)止推段需進(jìn)行降水），土壤容重ω取1.8t/m3。試驗(yàn)壓力為1.6+0.3Mpa。

管道統(tǒng)一按最小壁厚260mm考慮重量。管道按壁厚260mm，雙纏絲管道計(jì)算，外徑Bc=（3200+260*2+7*2*3+25*2）=3812mm；管道重量Wp=π*[（3.812/2）2-(3.2/2）2) ]*2.4=8.09噸/m。

水壓試驗(yàn)時(shí)，止推段管道內(nèi)充滿水，水重Ww=π*(3.2/2)2*1=8.042t/m

管道上部覆土按1.5m考慮，管道上部覆土重量We=3.812*1.5*1.8=10.29t/m。

2.設(shè)計(jì)計(jì)算

管道水壓試驗(yàn)采用兩側(cè)已安裝完成的管道作為止推靠背，止推段管內(nèi)按照無水計(jì)算。

（1）打壓管處推力T=PA

其中T：打壓管處不平衡推力

P：壓力，本工程取用檢驗(yàn)壓力，工壓+0.3Mpa

A：管道過水面積

（2）止推段每米管道的摩擦力為f

每米管道上下側(cè)所受土壤摩擦力為f，不平衡推力為T

則有：f=μ（2We+Ww+Wp）

其中：μ：管道與土壤摩擦系數(shù)，取0.2

We：管道所受土荷載，

Ww：管內(nèi)水重，取0

Wp：管道重量，

為保證管線安全：f≥T

所以，打壓管一側(cè)止推段管道限制長度L ，L≥PA/μ（2We+Ww+Wp）

3.計(jì)算成果

L≥(190/0.98*8.042)/(0.2*(2*10.29+0+8.09)

L≥271.915m，按照每節(jié)管道5m計(jì)算，單側(cè)需確保止推管道55節(jié)。

二、PCCP接口允許最大壓力計(jì)算

允許最大壓力按CECS246-2008《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程 》并參考美國標(biāo)準(zhǔn)ASCE27-00《預(yù)制混凝土管頂管設(shè)計(jì)規(guī)范》,假定頂力存在偏心，管道截面壓應(yīng)力呈三角形分布，管道一側(cè)為0，另一側(cè)受力最大，公式如下：

式中：

Fdc：允許頂力設(shè)計(jì)值（N）

f1：混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.9；f2：偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)，取1.05；

f3：材料脆性系數(shù)，取0.85；

f5：混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，取0.79；

Qd ：活載分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；

γQd：活載分項(xiàng)系數(shù)，取1.0；

水壓試驗(yàn)時(shí)僅考慮用PCCP外圈混凝土（不考慮保護(hù)層）來平衡頂推力PCCP承壓面外直徑， Dw：=管芯外徑=3400+2*255=3910mm

PCCP承壓面內(nèi)直徑， Dn：=承口導(dǎo)坡直徑=3553+2*10=3573mm

fc：混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度（MPa），C50級砼， fc=23.1MPa

經(jīng)計(jì)算，允許頂力F =23260kN（2326噸）＞T=14872.1 kN

另外，水壓試驗(yàn)時(shí)接口灌縫的砂漿實(shí)際強(qiáng)度應(yīng)不低于：

f砂漿=14872.1×1000÷（（39102-35732）/4×π）=7.5MPa

三、水壓試驗(yàn)實(shí)施過程

試驗(yàn)前，必須將試壓段管道兩側(cè)至管頂以上500mm的土方回填分層夯實(shí)，管線的鎮(zhèn)墩與錨固結(jié)構(gòu)等均完成并達(dá)到強(qiáng)度后才能進(jìn)行。確保試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)方法均符合《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》。

（一）試壓前的準(zhǔn)備工作

1.水源選擇

必須選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求的水壓試驗(yàn)用水，同時(shí)確保水源的供水量，水壓長度為1000m，PCCP管道DN3200，需水量為8038m3。

2.注水升壓地點(diǎn)及方法

選擇排氣三通或靠背打壓管件處。打壓設(shè)備連接完成后，采用水泵通過注水點(diǎn)注水球閥向管內(nèi)注水，同時(shí)打開各個(gè)排氣球閥，使管內(nèi)空氣排出。管內(nèi)注滿水后，關(guān)閉排氣球閥，將升壓泵與注水球閥連接，進(jìn)行升壓注水。

3.水泵的選型

根據(jù)進(jìn)度要求選擇5臺(tái)4寸水泵（1臺(tái)備用）、型號為WQX12.5-100/7.5。為減少余留空氣量及水錘壓力，充水流量均控制在小于0.5m3/s。升壓時(shí)采用150QJ10-250/31-13水泵進(jìn)行。供電設(shè)備選擇2臺(tái)50kw柴油發(fā)電機(jī)。

4.測壓表安裝位置

壓力表采用彈簧壓力計(jì)，精度不低于1.5級，量程為0-3.0MPa，表殼的公稱直徑150mm，共準(zhǔn)備壓力表4套，使用前需到當(dāng)?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門進(jìn)行率定確保合格。在排氣三通上各安裝壓力表一個(gè)，安裝孔均設(shè)置球閥，以防止壓力表出現(xiàn)故障。各個(gè)壓力表讀數(shù)需按照所處高程進(jìn)行相應(yīng)換算，以確保試驗(yàn)壓力的統(tǒng)一。

5.封堵措施

采用20mm厚國標(biāo)鋼板進(jìn)行封堵（盲板），在上水管適當(dāng)位置安裝水表，作為計(jì)量補(bǔ)水器具。管道安裝檢查合格后,對整個(gè)水壓試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，確保試壓系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

（二）試驗(yàn)方法

根據(jù)合同要求，按照《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-2008)，采用允許壓降值法和滲水量法同時(shí)檢查水壓試驗(yàn)結(jié)果。

1.允許壓降值法

水壓試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)與嚴(yán)密性試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，嚴(yán)密性試驗(yàn)即確定檢查管道的強(qiáng)度試驗(yàn)。嚴(yán)密性試驗(yàn)分為預(yù)試驗(yàn)階段和主試驗(yàn)階段。

（1）預(yù)試驗(yàn)階段

在管道注滿水并經(jīng)過72h浸泡后開始，升壓需緩緩逐級升至試驗(yàn)壓力，并穩(wěn)壓30min（為保持壓力允許向管內(nèi)注水），檢查接口、配件、管身等無破損及漏水現(xiàn)象。

（2）主試驗(yàn)階段

在預(yù)試驗(yàn)階段結(jié)束停止注水補(bǔ)壓后，穩(wěn)壓15min壓力下降不超過0.03Mpa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。

2.滲水量法

采用滲水量作為最終合格判定依據(jù)時(shí)，使用注水法進(jìn)行滲水量檢測。注水法試驗(yàn)應(yīng)按下列程序進(jìn)行：水壓升至試驗(yàn)壓力后開始計(jì)時(shí)。每當(dāng)壓力下降，應(yīng)及時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)水，但降壓不得大于0.03MPa，使管道試驗(yàn)壓力始終保持恒定，延續(xù)時(shí)間不得少于2h，計(jì)量恒壓時(shí)間內(nèi)補(bǔ)入試驗(yàn)管段內(nèi)的水量；根據(jù)規(guī)范最大滲水量為7.92L/(min·km)。

四、試驗(yàn)方案安全措施

由于水壓試驗(yàn)壓力高，管徑大，危險(xiǎn)很大，因此在操作過程中試驗(yàn)區(qū)域必須注意安全。

1.成立水壓試驗(yàn)安全領(lǐng)導(dǎo)小組

由項(xiàng)目經(jīng)理任組長，項(xiàng)目總工及生產(chǎn)副經(jīng)理任副組長，成員包括工程、質(zhì)檢、安全、施工工區(qū)等部門負(fù)責(zé)人。水壓試驗(yàn)前做好培訓(xùn)和安全技術(shù)交底。確定專人指揮。

2.加強(qiáng)試驗(yàn)過程安全監(jiān)控

3.試驗(yàn)過程結(jié)束后要先進(jìn)行泄壓，完畢后方可排水。

TU7

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1007-6344（2015）10-0104-01