玻璃鋼夾砂管道水壓試驗(yàn)方案探析

郭彩紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

玻璃鋼夾砂管道水壓試驗(yàn)方案探析

郭彩紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

玻璃鋼夾砂管道具有輕質(zhì)高強(qiáng)、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)、無毒副作用、耐腐蝕、不結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，是近年來新興的給排水輸水工程管材，具有施工便捷、功效較高等特點(diǎn)。管道安裝完成后，根據(jù)玻璃鋼夾砂管管道特征及施工特點(diǎn)制定超高壓玻璃鋼夾砂管水壓試驗(yàn)方案。

玻璃鋼夾砂管道；水壓試驗(yàn)；張峰水庫

1 工程概況

1.1 基本情況

張峰水庫工程由樞紐工程與輸水工程兩部分構(gòu)成。輸水二干工程起點(diǎn)為總干末尾調(diào)蓄水池，末端為二干調(diào)蓄水池，線路全長(zhǎng)18.1 km，采用了DN800 mm玻璃鋼夾砂管道，管道工作壓力/壓力等級(jí)分別是；0.6 MPa/0.9 MPa，1.2 MPa/1.8 MPa，1.8 MPa/2.4 MPa。

1.2 水壓試驗(yàn)段情況

水壓試驗(yàn)選取在R6+140—R7+120段，該段全長(zhǎng)980 m，玻璃鋼夾砂管的工作壓力和壓力等級(jí)分別是1.2 MPa和1.8 MPa，管道的剛度等級(jí)有5 000 N/m2、7500N/m2和10000 N/m2三種類型，覆土厚度1.5 m～6 m。鑒于水壓試驗(yàn)打壓壓力需達(dá)到1.8 MPa的超高壓，對(duì)此，水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)格外謹(jǐn)慎，防止出現(xiàn)安全事故。

1.3 水壓試驗(yàn)?zāi)康?/p>

水壓試驗(yàn)的目的是對(duì)管道、接頭、管件、各種閥件及鎮(zhèn)墩、連通、分水口等各種附屬構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、施工、安裝階段的綜合檢驗(yàn)。

2 水壓試驗(yàn)程序

2.1 總體規(guī)劃

分別在R6+140和R7+120處安裝1節(jié)鋼制轉(zhuǎn)換件（鋼管、均帶承口），其中上游側(cè)用雙插口玻璃鋼管轉(zhuǎn)換。在灌水階段，通過水泵抽水從排氣閥井排氣三通管向管道內(nèi)灌水，通過10號(hào)排氣閥井排氣三通管和鋼制轉(zhuǎn)換件上的排氣孔進(jìn)行排氣；在注水加壓和試壓階段，運(yùn)用鋼制轉(zhuǎn)換件上三通口處安裝的排氣孔閥門和10號(hào)排氣閥排氣；水壓試驗(yàn)結(jié)束后，利用8號(hào)排水閥進(jìn)行排水到許河內(nèi)；利用鋼制轉(zhuǎn)換件上安裝的壓力表進(jìn)行閉水試驗(yàn)記錄。

2.2 水壓試驗(yàn)程序

水壓試驗(yàn)程序依次為：試驗(yàn)準(zhǔn)備，堵頭、背擋施工，充水，水壓試驗(yàn)，排水，堵頭、背擋拆除，沖洗消毒。

2.2.1 水壓試驗(yàn)具備的條件

水壓試驗(yàn)前，管道接口全部完成打壓試驗(yàn)并驗(yàn)收達(dá)到要求；管道內(nèi)確保清掃干凈；各類閥件均安裝完畢并通過初步驗(yàn)收，全部閥門（排水閥除外）均處在全開狀態(tài)；排水井、排氣閥井、鎮(zhèn)墩等管線附屬構(gòu)筑物混凝土強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，頂部回填高度不小于1.5 m。

2.2.2 壓力表的選取

該段水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)為工作壓力1.2 MPa的1.5倍，即水壓試驗(yàn)壓力為1.8 MPa。壓力表可以用彈簧壓力計(jì)，精度應(yīng)大于1.5級(jí)。最大量程應(yīng)為試驗(yàn)壓力的1.3～1.5倍，則選用的壓力表最大量程應(yīng)為2.34～2.7 MPa。按照市場(chǎng)上的壓力表型號(hào)、規(guī)格，選用最大量程為2.5 MPa的壓力表，壓力表表盤直徑為150 mm。

此外，壓力表有專業(yè)檢測(cè)部門進(jìn)行率定，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。

2.2.3 灌水、加壓設(shè)備和排水設(shè)備的選取

灌水設(shè)備選用1～2臺(tái)功率為65 m3/h抽水泵，由水泵抽水通過管線最高點(diǎn)10號(hào)排氣閥井三通管灌水；加壓設(shè)備由高壓清洗機(jī)改裝，超高壓清洗機(jī)的工作壓力范圍為2～4.5 MPa，工作壓力為3 MPa，可保證加壓時(shí)使用；排水時(shí)先打開8號(hào)排水閥，依靠重力排水，余水通過排水孔抽排。

2.2.4 堵頭制作及壓力表、排水孔設(shè)置

在水壓試驗(yàn)段兩端的鋼制轉(zhuǎn)換件上端口焊接1 000 mm×1 000 mm×20 mm厚鋼板用做堵頭，焊縫等級(jí)為Ⅰ級(jí)。外側(cè)用12號(hào)工字鋼進(jìn)行加強(qiáng)固定，并在堵板上依據(jù)千斤頂布置位置焊接100 mm×100 mm×6 mm鋼板使堵頭均勻受力。

分別在堵頭鋼板正中打孔（Φ20）并焊接Φ20×2無縫鋼管，并在末端安裝壓力表，壓力表下方設(shè)置1個(gè)2.5 MPa不銹鋼閥門，用彎管相連；在鋼制轉(zhuǎn)換件上部適宜位置打孔（Φ20）并焊接Φ20×2無縫鋼管，端部設(shè)置1個(gè)2.5 MPa不銹鋼旋塞閥門控制注水打壓試驗(yàn)孔和排氣孔。

2.2.5 千斤頂、混凝土背墻及土背墻設(shè)計(jì)選用和要求

試驗(yàn)壓力采用公式F=P·A計(jì)算，其中，P表示壓強(qiáng)，MPa；A表示管道截面面積，m2。經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)=1.8×3.14× 0.4×0.4÷10 000×1 000 000=90.4 t（0.4為管道半徑）。

千斤頂選?。寒?dāng)管道內(nèi)壓力到達(dá)1.8 MPa時(shí)，堵板及背墻需要承受的壓力也達(dá)到90.4 t的力，則采用2臺(tái)50 t千斤頂即滿足要求，但為安全起見和保證堵板及背墻均勻受力，選擇4臺(tái)QL型螺旋型50 t千斤頂，成正方形均勻布置在堵板和背墻之間。

土背墻設(shè)計(jì)：選擇未開挖長(zhǎng)12 m，寬2 m，高2.5 m的原土做為后背墻。土的容重γ≈1.8 t/m3土背墻不滿足強(qiáng)度要求和止推力，故需在土背墻前加設(shè)混凝土背墻。

混凝土背墻設(shè)計(jì)

推力計(jì)算：經(jīng)計(jì)算，打壓壓強(qiáng)P為180 t/m2；承壓面積S為0.502 5 m2；打壓壓力下推力T為90.45 t。

止推力計(jì)算

土背墻土壓力計(jì)算：擬采用土背墻寬d=2 m、高h(yuǎn)= 2.5 m、長(zhǎng)l=12 m，取土的密度ρ=1.8 t/m3；鑒于無土的詳細(xì)參數(shù)，為簡(jiǎn)化和保守起見，僅考慮土的摩擦系數(shù)η，取η=0.25；土的摩擦力f=G×η=27.0 t

混凝土背墻計(jì)算：混凝土背墻需止推力F=T-f= 63.45 t；墻體可承受的壓強(qiáng)p=15 t/m2，則所需澆筑混凝土背墻面積A=4.23 m2；擬澆筑混凝土背墻高度為2 m，則所需澆筑混凝土寬度b=4.23/2=2.115 m，取安全保證系數(shù)為1.3，則最終選擇的擬澆混凝土背墻寬度為2.115×1.3=2.74 m。故在土背墻的基礎(chǔ)上選擇的混凝土背墻高2 m，寬2.8 m，厚1 m，混凝土標(biāo)號(hào)為C15。且后背墻面應(yīng)平整，并應(yīng)與管道軸線垂直。

2.2.6 灌水階段

經(jīng)計(jì)算，管道內(nèi)灌水所需水量為492.4 m3；充水時(shí)間為45.6 h（按0.003 m3/s計(jì)）。試壓前，使管線保持充滿水狀態(tài)至少24 h。

2.2.7 充水加壓階段

充水升壓階段：

采用PW-401E型高壓水泵通過R7+120處鋼制轉(zhuǎn)換件上進(jìn)水孔緩慢分級(jí)升壓，每級(jí)0.2 MPa，每升一級(jí)后穩(wěn)壓應(yīng)大于10 min，為使壓力平穩(wěn)，應(yīng)向管內(nèi)補(bǔ)水。

每升一級(jí)時(shí)，檢查是否出現(xiàn)如壓力表指針擺動(dòng)、壓力不穩(wěn)，升壓較慢等不正?，F(xiàn)象，應(yīng)重新排氣后再升壓，并檢查管線有無不正常情況，若均正常則繼續(xù)升壓。檢查背墻是否位移、支墩是否變形、管身是否破損、承插口接口是否退出，以及排水、排氣閥門緊固件密封是否漏水等情況。當(dāng)背墻、支墩、管身及接口以及設(shè)備緊固件密封均正常，再繼續(xù)升壓。如存在問題，應(yīng)立即停止升壓，處理完畢后再進(jìn)行升壓。

穩(wěn)壓階段及數(shù)據(jù)記錄：

采取注水法進(jìn)行試驗(yàn)管道密封性試驗(yàn)及記錄。當(dāng)升至試驗(yàn)壓力后開始穩(wěn)壓，記錄穩(wěn)壓時(shí)間T1為起始值，保持壓力10 min，且壓降不超過0.05 MPa，記錄穩(wěn)壓時(shí)間T2為結(jié)束值。開啟高壓水泵，向管道內(nèi)加水再升壓至試驗(yàn)壓力，并記錄向管道內(nèi)補(bǔ)水量W，注水量由量具丈量。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算管道滲流量：

式中：Q——管道滲流量，L/min·km；

W——10 min補(bǔ)水量，L；

T1——穩(wěn)壓開始時(shí)間，min；

T2——穩(wěn)壓10 min結(jié)束時(shí)間，min；

L——水壓試驗(yàn)段長(zhǎng)度，km。

如此反復(fù)進(jìn)行4～6次，若實(shí)測(cè)平均滲流量Q實(shí)≤Q允=1.35（L/min·km），則管道水壓試驗(yàn)即為達(dá)到要求。填寫試壓記錄，經(jīng)有關(guān)人員簽字后，將記錄保存好。

2.2.8 施放高壓與排水

管道水壓試驗(yàn)達(dá)到要求后，打開排氣孔閥門和打壓試驗(yàn)孔閥門，釋放管道內(nèi)的高壓，壓降達(dá)到一定水平后打開8號(hào)排水閥蝶閥，慢慢開啟，消除管道內(nèi)的水壓力。將試驗(yàn)用水經(jīng)過8號(hào)排水閥井排水管排水入井筒，用水泵將水從排水井筒抽出并排入許河內(nèi)。

2.2.9 水壓試驗(yàn)時(shí)需要注意的問題

水壓試驗(yàn)時(shí)禁止對(duì)管身，接口施加外力或修補(bǔ)缺陷，遇有缺陷，應(yīng)標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)；確保試驗(yàn)管段全部敞口已堵嚴(yán)，且無滲水；保證管道的試壓堵板和擋墻設(shè)計(jì)有一定的安全系數(shù)，混凝土止推墩背面采用有保證加固措施；墻背面應(yīng)平整，并應(yīng)與管道軸線垂直；保證排水出水管線通暢，準(zhǔn)備足夠數(shù)量的排水泵及發(fā)電機(jī)；壓力試驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)過專門檢測(cè)部門率定的達(dá)標(biāo)的專用設(shè)備，設(shè)置單流閥，閉水時(shí)一定要能夠確保水壓平穩(wěn)；對(duì)試壓設(shè)備、壓力表（精度1.5級(jí)）、連接管、排氣管、進(jìn)水管及管件進(jìn)行詳細(xì)檢查，以保證系統(tǒng)的嚴(yán)密性。對(duì)試驗(yàn)管道的彎頭及三通等處的支撐安穩(wěn)度也要進(jìn)行比較細(xì)致的檢查。

3 其他

3.1 拆除背擋

混凝土背墻拆除采液壓破碎錘破碎，挖掘機(jī)和人工配合出渣，土背擋拆除采用人工配合反鏟進(jìn)行挖除整平。

3.2 沖洗消毒

管道水壓試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行沖刷消毒。需持續(xù)沖洗，直至出水口處濁度、顏色與入水口處沖洗水濁度、顏色一樣才可停止。沖洗時(shí)應(yīng)保證排水管路暢通并且安全，沖洗水排進(jìn)許河。

4 結(jié)語

距離較長(zhǎng)的玻璃鋼夾砂管安裝完成后，打壓試驗(yàn)尤為重要。由于水壓試驗(yàn)有一定的破壞性，打壓時(shí)應(yīng)正確操作，合理安排，減少事故源頭，提高工程質(zhì)量。建議以后類似工程中應(yīng)因才而異的選擇合適打壓方式，提高工程質(zhì)量。

TU413.7

C

1004-7042（2017）06-0034-02

郭彩紅（1979-），女，2006年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，工程師。

2017-04-08；

2017-05-17