無(wú)壓化學(xué)建材排水管道閉氣試驗(yàn)技術(shù)研究

沈 浩,牟晉銘

(1.上海市排水管理處,上海市200001；2.上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海市200030)

無(wú)壓化學(xué)建材排水管道閉氣試驗(yàn)技術(shù)研究

沈 浩1,牟晉銘2

(1.上海市排水管理處,上海市200001；2.上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海市200030)

為提高無(wú)壓化學(xué)建材排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)效率,通過(guò)研究我國(guó)現(xiàn)狀閉水試驗(yàn)和閉氣試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn),參照美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)論證,提出適合我國(guó)的閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)定測(cè)試壓力為30 000 Pa、允許滲漏率為0.4572×10-3(m3/min/m2),并給出壓降值為7 000 Pa時(shí)不同管徑的最小閉氣時(shí)間。

化學(xué)建材排水管道；嚴(yán)密性檢驗(yàn)；閉水試驗(yàn)；閉氣試驗(yàn)

0 引言

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速發(fā)展,市政排水管道設(shè)施日益完善,截止2010年底,全國(guó)城鎮(zhèn)排水管道長(zhǎng)度達(dá)47.8萬(wàn)km,且每年以約9%的速度在逐年增長(zhǎng)。隨著《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》的出臺(tái),國(guó)家對(duì)城鎮(zhèn)排水設(shè)施的管理運(yùn)營(yíng)水平提出了更高的要求,而加強(qiáng)排水管道的嚴(yán)密性檢驗(yàn)對(duì)有效地控制管道工程建設(shè)質(zhì)量,減少排水管道滲漏周邊土壤和水環(huán)境的污染有極為重要的作用。

1 我國(guó)塑料排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)發(fā)展過(guò)程

上世紀(jì)80年代,在我國(guó)建設(shè)部先后發(fā)布的《市政工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定暫行標(biāo)準(zhǔn)(排水管渠工程)》(CJJ3-81)和《市政排水管渠工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ3-90)中,規(guī)定陶土管和混凝土管的嚴(yán)密性檢驗(yàn)方法為閉水試驗(yàn),當(dāng)時(shí)塑料管材尚未在國(guó)內(nèi)市政排水設(shè)施中推廣,至1998年發(fā)布《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-97),均未對(duì)塑料管材嚴(yán)密性檢驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明［1］。

隨著國(guó)家城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展,化學(xué)建材排水管道被廣泛用于市政排水管道,國(guó)家工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)于2001年發(fā)布《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技術(shù)規(guī)程》(CECS 122:2001),該規(guī)程適用于公稱直徑為DN110～DN630的硬聚氯乙烯排水管,規(guī)定其密閉性檢驗(yàn)方法為閉水試驗(yàn)。至2009年,在住建部發(fā)布的《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-2008)中,將無(wú)壓管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)分為閉水試驗(yàn)和閉氣試驗(yàn),并首次將化學(xué)建材管閉水試驗(yàn)要求列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［2］。

我國(guó)排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)以閉水試驗(yàn)為主,而閉氣試驗(yàn)不受現(xiàn)場(chǎng)條件制約,能便捷、快速地檢測(cè)排水管道的嚴(yán)密性能,縮短施工周期,降低施工對(duì)城市交通的影響,閉氣試驗(yàn)逐步用于混凝土排水管嚴(yán)密性檢驗(yàn)［3］。但國(guó)內(nèi)針對(duì)化學(xué)建材管閉氣試驗(yàn)的研究較少,隨著化學(xué)建材排水管道的大規(guī)模應(yīng)用,繁瑣的閉水試驗(yàn)嚴(yán)重限制了管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)效率,化學(xué)建材排水管道閉氣試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)亟待研究。

2 無(wú)壓管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)技術(shù)分析

排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)方法分為：閉水試驗(yàn)和閉氣試驗(yàn)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268-2008),閉水試驗(yàn)和閉氣試驗(yàn)具體要求如下。

2.1 閉水試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50268-2008,無(wú)壓管道閉水試驗(yàn)要求［2］如下：

(1)試驗(yàn)管段浸泡時(shí)間不應(yīng)少于24 h。

(2)試驗(yàn)水頭：試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭不超過(guò)管頂內(nèi)壁時(shí),試驗(yàn)水頭應(yīng)以上游管頂內(nèi)壁加2 m計(jì)；試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭超過(guò)管頂內(nèi)壁時(shí),試驗(yàn)水頭應(yīng)以上游設(shè)計(jì)水頭加2 m計(jì)。計(jì)算出的試驗(yàn)水頭小于10 m,但已超過(guò)上游檢查井井口時(shí),試驗(yàn)水頭以上游檢查井井口高度為準(zhǔn)。

(3)觀測(cè)時(shí)間：滲水量觀測(cè)時(shí)間不得小于30 min。

(4)允許滲水量：應(yīng)按下式計(jì)算：

2.2 閉氣試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB50268-2008,混凝土類無(wú)壓管道閉氣試驗(yàn)要求［2］如下：

(1)穩(wěn)壓要求：向管道內(nèi)壓力至3 000 Pa,氣體穩(wěn)定后停止充氣,且從3 000 Pa降至2 000 Pa歷時(shí)不應(yīng)小于5 min。

(2)試驗(yàn)壓力：氣體壓力達(dá)到2 000 Pa時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),滿足該管徑下規(guī)定的閉氣時(shí)間,計(jì)時(shí)結(jié)束并記錄此時(shí)管內(nèi)氣體壓力P,如P≥1 500 Pa,則管道閉氣試驗(yàn)合格。

(3)閉氣時(shí)間要求：具體見(jiàn)表1所列。

表1 鋼筋混凝土無(wú)壓管閉氣檢驗(yàn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)閉氣時(shí)間一覽表

2.3 閉氣試驗(yàn)與閉水試驗(yàn)對(duì)比分析

閉水試驗(yàn)被長(zhǎng)期用于排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn),但閉水試驗(yàn)存在需水量大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、絕大多數(shù)城市市政道路上施工時(shí)不具備現(xiàn)場(chǎng)操作條件,且化學(xué)建材排水管道閉水試驗(yàn)時(shí)很難有效地控制管道上浮,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、實(shí)際結(jié)果也無(wú)法滿足城市快速施工驗(yàn)收的要求。而閉氣試驗(yàn)不受現(xiàn)場(chǎng)條件制約,能便捷、快速地檢測(cè)排水管道的嚴(yán)密性能,縮短了管道施工周期,降低施工對(duì)城市交通的影響,可以滿足更高頻次的排水管道施工質(zhì)量檢驗(yàn)要求,能有效地控制排水管道的施工質(zhì)量［4］。

據(jù)相關(guān)學(xué)者測(cè)算,閉氣試驗(yàn)成本僅為閉水試驗(yàn)的9%,而測(cè)試效率提高40多倍［1］。隨著國(guó)外閉氣設(shè)備的發(fā)展,排水管道的閉氣試驗(yàn)更加便捷,已被廣泛用于排水管道工程嚴(yán)密性檢驗(yàn)。

3 無(wú)壓化學(xué)建材管道閉氣試驗(yàn)研究

3.1 閉氣試驗(yàn)設(shè)備

我國(guó)現(xiàn)有的閉氣試驗(yàn)多采用封堵板進(jìn)行封堵,一個(gè)尺寸的封板只能適用一種管徑,且設(shè)備笨重不易攜帶(詳見(jiàn)圖1),封堵效果欠佳,測(cè)試氣壓為2 000 Pa,僅能滿足混凝土排水管閉氣試驗(yàn)。近幾年,化學(xué)建材被廣泛用于我國(guó)市政排水管道建設(shè),特別是DN200～DN1200管徑范圍多以塑料管材為主,而2 000 Pa的測(cè)試壓力無(wú)法滿足化學(xué)建材管閉氣試驗(yàn)要求。參照美國(guó)ASTM《使用低壓空氣對(duì)塑料自流排水管道安裝驗(yàn)收方法》F1417-92 (2011)標(biāo)準(zhǔn)［5］,選用氣囊式管塞作為閉氣試驗(yàn)管道封堵設(shè)備。該氣囊管塞可適應(yīng)多種管徑,封堵效果好,測(cè)試氣壓可達(dá)到60 000 Pa(詳見(jiàn)圖2)。

圖1 閉氣試驗(yàn)用封堵板實(shí)景

圖2 閉氣試驗(yàn)用封堵氣囊實(shí)景

3.2 閉氣試驗(yàn)適用范圍

美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) (ASTM)《使用低壓空氣檢測(cè)的無(wú)壓塑料排水管道安裝驗(yàn)收方法》F1417-92(2011)基于Ramseier經(jīng)過(guò)1 100項(xiàng)研究結(jié)果,得出管道閉氣試驗(yàn)允許泄漏率為0.001 5 cu.ft./min. /sq.ft.(立方英尺/分鐘/平方英尺)［6］,該理論又經(jīng)過(guò)William Chase和Walter Berschauer 1 300組測(cè)試數(shù)據(jù)的反復(fù)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,排水管道閉氣試驗(yàn)技術(shù)在美國(guó)各大城市得到廣泛應(yīng)用,極大地提高了排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)效率。

目前DN200～DN1200管徑范圍的排水管多以化學(xué)建材排水管為主,大口徑排水管道優(yōu)先選用鋼筋混凝土管,且大口徑混凝土管可采用更為簡(jiǎn)便的內(nèi)滲法檢測(cè)嚴(yán)密性,結(jié)合美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中最大管徑為60 in(1 524 mm),因此,本文重點(diǎn)研究化學(xué)建材排水管(DN200～DN1200)閉氣試驗(yàn)技術(shù)。其中,化學(xué)建材管主要包括硬聚氯乙烯管、高密度聚乙烯管及玻璃鋼夾砂管等。

3.3 閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

本文參照美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合我國(guó)排水管道施工情況,閉氣試驗(yàn)各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)測(cè)試壓力：

結(jié)合化學(xué)建材排水管(DN200～DN1200)埋設(shè)深度、管道接口及美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn),管道內(nèi)部測(cè)試壓力為30 kPa。具體試驗(yàn)壓力可結(jié)合管材及當(dāng)?shù)氐叵滤闆r適當(dāng)調(diào)整。

(2)空氣漏損率：

以Q表示,1Q值定義為0.4572×10-3(m3/ min/m2)。

(3)測(cè)試時(shí)間計(jì)算：

式中：T——壓力下降7 kPa允許最短時(shí)間,s；

D——管道平均內(nèi)徑,mm；

Kt——系數(shù),不應(yīng)小于1.0。

3.4 測(cè)試方法

無(wú)壓塑料排水管閉氣試驗(yàn)測(cè)試方法如下所述。

3.4.1 管塞安裝與測(cè)試

將管塞安裝于測(cè)試管道兩端,充壓至60 kPa (結(jié)合管材情況),檢查井和管道連接處確保無(wú)泄漏點(diǎn)。

3.4.2 充壓測(cè)試

低壓空氣緩慢沖入試驗(yàn)管道,充壓至35 kPa,并維持該壓力至少2 min。

3.4.3 測(cè)試計(jì)時(shí)

當(dāng)壓力降至30 kPa時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),至該管徑下最小閉氣時(shí)間停止計(jì)時(shí),并記錄下此時(shí)氣壓表讀數(shù)。

3.4.4 管道嚴(yán)密性驗(yàn)收

如在規(guī)定最小閉氣時(shí)間內(nèi),試驗(yàn)管道實(shí)測(cè)壓降值小于規(guī)定壓降值,則該管段閉氣試驗(yàn)合格。如超過(guò)規(guī)定壓降值則應(yīng)檢查漏點(diǎn)并修復(fù),修復(fù)后重新進(jìn)行閉氣試驗(yàn),直至達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

圖3為閉氣試驗(yàn)測(cè)試簡(jiǎn)圖。

圖3 閉氣試驗(yàn)測(cè)試簡(jiǎn)圖

3.5 最小閉氣時(shí)間表

為簡(jiǎn)化閉氣試驗(yàn)計(jì)算步驟,本文給出不同管徑常用長(zhǎng)度下最小閉氣時(shí)間,方便閉氣試驗(yàn)期間讀取,具體見(jiàn)表2所列。

4 閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)率定

為檢驗(yàn)該閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的適用性及實(shí)際操作性,選用HDPE管和玻璃鋼夾砂管進(jìn)行閉氣試驗(yàn),圖4為管道閉氣試驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng),圖5為排水管道施工現(xiàn)場(chǎng)閉氣試驗(yàn)。

選 用 DN300、DN600 HDPE管 和 DN600、DN800玻璃鋼夾砂管四種管道,每個(gè)管徑取12 m、18 m和24 m三種長(zhǎng)度,閉氣試驗(yàn)壓力為30 000 Pa左右,閉氣時(shí)間均為30 min。如圖6和圖7所示, 30 min閉氣時(shí)間內(nèi)最大壓降為3 100 Pa(DN300, L=24 m),而表 2中規(guī)定壓降 7 000 Pa,管徑DN300最小閉氣時(shí)間為11 min9 s。試驗(yàn)管段30 min內(nèi),壓降值均小于規(guī)定壓降7 000 Pa。因此,所有試驗(yàn)管段的閉氣試驗(yàn)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 氣壓下降7 kPa允許的最小閉氣時(shí)間一覽表

圖6 HDPE管(DN300)閉氣試驗(yàn)曲線圖

圖7 HDPE管(DN600)閉氣試驗(yàn)曲線圖

如圖8和圖9所示,玻璃鋼夾砂管所有試驗(yàn)管段30 min閉氣時(shí)間內(nèi)最大壓降為800 Pa(DN800, L=18 m),而表 2中規(guī)定壓降 7 000 Pa,管徑DN800最小閉氣時(shí)間為29 min45 s。試驗(yàn)管段30 min內(nèi),壓降值均小于規(guī)定壓降7 000 Pa。因此,規(guī)定時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)管道壓降值遠(yuǎn)小于規(guī)定壓降值,所有試驗(yàn)管段的嚴(yán)密性均能滿足閉氣試驗(yàn)要求。

圖8 玻璃鋼夾砂管(DN600)閉氣試驗(yàn)曲線圖

圖9 玻璃鋼夾砂管(DN800)閉氣試驗(yàn)曲線圖

通過(guò)對(duì)比圖6～圖9,玻璃鋼夾砂管密閉性能明顯優(yōu)于HDPE管道,分析原因?yàn)镠DPE接口處密封效果受橡膠圈安裝影響較大。同時(shí),如圖所示管道氣體漏損率與管徑及管長(zhǎng)也有一定聯(lián)系,但由于試驗(yàn)壓力不完全相同,管內(nèi)實(shí)測(cè)壓力值無(wú)法準(zhǔn)確判斷。因此,針對(duì)不同管徑、不同長(zhǎng)度的玻璃鋼夾砂管氣體漏損率進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如圖10所示,管道氣體漏損率與管徑和管長(zhǎng)呈正相關(guān),管徑越大、管道越長(zhǎng)氣體漏損量越高,對(duì)于大管徑和大管長(zhǎng)的試驗(yàn)管道,必須延長(zhǎng)其閉氣時(shí)間。

由于排水管道施工現(xiàn)場(chǎng)情況與試驗(yàn)條件相差較大,為檢驗(yàn)本文提出的閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在塑料排水管道施工驗(yàn)收中的應(yīng)用情況,增加排水管道施工現(xiàn)場(chǎng)閉氣試驗(yàn)。試驗(yàn)管段為開(kāi)槽施工,管材為DN1200玻璃鋼夾砂管,管道長(zhǎng)度為18 m,試驗(yàn)壓力為31 500 Pa,閉氣時(shí)間為55 min。

圖10 玻璃鋼夾砂管閉氣試驗(yàn)漏損率曲線圖

結(jié)果如圖11所示,經(jīng)55 min閉氣試驗(yàn)管道壓降為1 200 Pa,氣體漏損率為0.00021cu.ft./min./sq. ft(立方英尺/分鐘/平方英尺),經(jīng)計(jì)算最小閉氣時(shí)間為52 min10 s。因此,規(guī)定時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)管道壓降值遠(yuǎn)小于規(guī)定壓降值(7000Pa),該試驗(yàn)管段的閉氣試驗(yàn)合格。

圖11 排水管道施工現(xiàn)場(chǎng)閉氣試驗(yàn)曲線圖

且該管道已進(jìn)行閉水試驗(yàn),符合GB50268中規(guī)定的閉水試驗(yàn)允許滲入量要求,閉氣試驗(yàn)結(jié)果與閉水試驗(yàn)結(jié)果一致。經(jīng)綜合比較及試驗(yàn)論證,本文提出的閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可用于我國(guó)無(wú)壓化學(xué)建材排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn),且極大的提高了管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)效率。

5 結(jié)論

(1)閉氣試驗(yàn)比閉水試驗(yàn)更適用于化學(xué)建材管道嚴(yán)密性檢驗(yàn)。

(2)本文提出適于化學(xué)建材排水管道閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定測(cè)試壓力為30 000 Pa,允許滲漏率為0.4572×10-3(m3/ min / m2),并給出壓降值為7 000 Pa時(shí)不同管徑的最小閉氣時(shí)間(見(jiàn)表2)。

(3)經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)論證,該閉氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可用于我國(guó)無(wú)壓化學(xué)建材排水管道嚴(yán)密性檢驗(yàn),但仍需結(jié)合當(dāng)?shù)氐叵滤坏扔绊懸蛩剡M(jìn)行修正。

［1］ 許其昌. 國(guó)內(nèi)外污水管道嚴(yán)密性試驗(yàn)的綜合分析 ［J］. 市政技術(shù)， 1990， (4).

［2］ GB 50268-2008，給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］ 王瑞芝.混凝土排水管道工程閉氣檢驗(yàn)簡(jiǎn)介［J］.中國(guó)市政工程，1997，(1):32-34.

［4］ 王生光. 無(wú)壓管道嚴(yán)密性試驗(yàn)原理分析 ［D］. 杭州：浙江大學(xué)，2004.

［5］ ASTM F1417-92 (2011)，《Standard Practice for Installation Acceptance of Plastic Non-pressure Sewer Lines Using Low-Pressure Air》［S］.

［6］ Ramseier R E. Testing new sewer pipe installations［J］. Journal (Water Pollution Control Federation)， 1972: 557-564.

TU532+.61

A

1009-7716(2015)09-0218-05

2015-06-30

沈浩(1981-),男,江蘇鹽城人,工程師,從事市政排水工程管理工作。