西范灌區(qū)東擴(kuò)工程和井泵站PCCP水壓試驗(yàn)方案淺析

劉 婧

（山西省禹門口水利工程管理局，山西 太原 043000）

1 工程簡介

西范灌區(qū)東擴(kuò)工程和井泵站位于萬榮縣和井村東南約1.3 km 處，壓力管線從泵站出口至西村鄉(xiāng)北仁村，全長7.14 km，地形高差157 m。管線有DN1000 的鋼管和PCCP 兩種管材，其中首段壓力鋼管長489.7 m，出水鋼管和岔管長29.55 m，設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa，其后PCCP 長6 650 m，設(shè)計(jì)壓力等級分別為1.6 MPa、1.4 MPa、1.2 MPa、1.0 MPa、0.6 MPa。

2 方案選擇

2.1 試驗(yàn)段選擇

PCCP 壓力管試驗(yàn)段，選擇在樁號0+441—1+291.48 段，該段總長度850.48 m，分別有鋼管段（樁號為0+441—0+489.7）48.7 m，高差5.57 m，設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa；PCCP 管道（樁號0+489.7—0+913.6）壓力等級1.6 MPa 段長度423.9 m，高差38.5 m；PCCP 管道（樁號0+913.6—1+291.48）壓力等級1.4 MPa 段長度377.88 m，高差10.6 m。共布置建筑物5 座、鎮(zhèn)墩10 個(gè)。

水壓試驗(yàn)最大受壓點(diǎn)壓力為1.9 MPa。

2.2 設(shè)備選擇

2.2.1 壓力表選擇

本段試驗(yàn)壓力1.9 MPa，在5#鎮(zhèn)墩處壓力表選用4.0 MPa、14#鎮(zhèn)墩處選用2.5 MPa，注水加壓泵設(shè)在14#鎮(zhèn)墩處。

2.2.2 封堵悶頭設(shè)計(jì)

封堵悶頭為DN1000，Q235 鋼材，厚度20 mm，加強(qiáng)筋板厚20 mm，呈米字形加強(qiáng)布置，加強(qiáng)高度60～150 mm；加強(qiáng)筋板采用雙面焊接，喉厚15 mm，焊腳寬20 mm 誤差±2 mm，受力≥3.5 MPa/cm2。

PCCP 管試驗(yàn)段悶頭安裝位置分別位于5#鎮(zhèn)墩下游3 m 和14#鎮(zhèn)墩下游1.5m 處。

2.2.3 最大受壓點(diǎn)悶頭受力計(jì)算5#鎮(zhèn)墩下游3 m 處悶頭受力為149.2 t，14#鎮(zhèn)墩下游1.5 m 處悶頭受力為117.8 t。

2.2.4 支管選擇

工程中排氣口、注水口等所有支管全部采用無縫鋼管。

3 后背墻受力計(jì)算

14# 鎮(zhèn)墩為水平轉(zhuǎn)角鎮(zhèn)墩，樁號1+291.48，長3.79 m、寬3.8 m、高3.6 m，混凝土體積為48.73 m3。5#鎮(zhèn)墩為水平加豎向轉(zhuǎn)角鎮(zhèn)墩，樁號0+441，長3.758 m、寬3.6 m、高3.6 m，混凝土體積45.61 m3。

3.1 14#鎮(zhèn)墩后背墻受力計(jì)算

后背土墻的允許抗力

其中：Ep——后背墻每米寬度上的被動(dòng)土壓力，KN；

γ——后背土的重力密度（KN/m3），取19.0 KN/m；

H——后背墻高度，m；

h——后背墻頂端至地面高度，m；

Kp——被動(dòng)土壓力系數(shù)，取1.523；

c——后背土體的粘聚力24 kpa=24 KN/m2。

作用于后背的力：

式中：P——試壓段管端承受的壓力，KN；

Ps——試驗(yàn)壓力，Mpa；

r——管道半徑，m；

后背墻受力寬度計(jì)算公式：

式中：B——后背受力寬度，m；

R——管堵傳遞給后背的作用力；

EF——后背墻每米寬度上的被動(dòng)土他壓力，KN/m；

2.0——安全系數(shù)；

后背土層長度：

其中：L——沿后背受力方向長度，m；

LR——附加安全長度，m，取0.5。

通過計(jì)算得知，Ep

圖2 14#鎮(zhèn)墩及后靠背布置示意圖

3.2 5#鎮(zhèn)墩后背墻受力計(jì)算

后背土墻的允許抗力：

其中：Ep——后背墻每米寬度上的被動(dòng)土壓力，KN；

γ——后背土的重力密度，KN/m3，取19.0KN/m；

H——后背墻高度，m；

h——后背墻頂端至地面高度，m；

Kp——被動(dòng)土壓力系數(shù)，取1.523；

c——后背土體的粘聚力24 kpa=24 KN/m2。

作用于后背的力：其中：P——試壓段管端承受的壓力，KN；

Ps——試驗(yàn)壓力，Mpa；

r——管道半徑，m；

后背墻受力寬度：

其中：B——后背受力寬度，m；

R——管堵傳遞給后背的作用力；

EF——后背墻每米寬度上的被動(dòng)土他壓力，KN/m；

2.0——安全系數(shù)；

后背土層長度：

其中：L——沿后背受力方向長度，m；LR——附加安全長度，m，取0.5。

后背墻用設(shè)計(jì)鎮(zhèn)墩受力寬度計(jì)算：

后背墻受力寬度B 取為3.96 m；

后背土墻的允許抗力為：

作用于后背的力

后背土層長度

通過計(jì)算得知，用設(shè)計(jì)鎮(zhèn)墩作為后靠背，后背墻受力寬度為5.29 m、長度為17.29 m；用設(shè)計(jì)鎮(zhèn)墩受力寬度3.96 m 計(jì)算得出后背土層長度為19.91 m；為確保安全可靠，采用后背墻寬度5.29 m、長度19.91 m 來滿足打壓要求。

4 水壓試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

（1）PCCP 管道接口全部安裝完成，3 次打壓試驗(yàn)完成并驗(yàn)收合格；管內(nèi)接口填充材料已完成并驗(yàn)收；管道內(nèi)無污物，確保清掃干凈。

（2）管道試驗(yàn)前，管線按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填至管頂。管線的鎮(zhèn)墩與錨固結(jié)構(gòu)等均完成并達(dá)到強(qiáng)度。

（3）試驗(yàn)段兩端管材前后已全部安裝連通，悶頭嵌入管件內(nèi)雙面焊接，起點(diǎn)、終點(diǎn)處鎮(zhèn)墩包封。

（4）14#鎮(zhèn)墩下游1 m 處安裝DN40 支管作為注水管、DN20 支管為排氣口、DN15 打壓泵接口，5# 鎮(zhèn)墩下游3.5 m 處安裝DN20 支管排氣口、壓力表；同時(shí)安裝旁通管，打壓完成后退水至鋼管段。

（5）試驗(yàn)段檢查井、排氣閥、排水閥孔口全部利用盲板封堵。

（6）管道兩頭封堵悶頭安裝完成。

（7）對試驗(yàn)設(shè)備、壓力表、排氣管及管件進(jìn)行詳細(xì)檢查，保證其嚴(yán)密性。

（8）建立項(xiàng)目部試通水領(lǐng)導(dǎo)組及巡查分隊(duì)和應(yīng)急搶險(xiǎn)分隊(duì)。

（9）保障應(yīng)急救援機(jī)械及物資。

5 PCCP 水壓試驗(yàn)流程

5.1 管線充水

（1）水源采用附近井水（使用水），通過14#鎮(zhèn)墩下游1m 處已安裝的加壓口進(jìn)行注水。

（2）充水期間巡查分隊(duì)成員進(jìn)行全線巡視檢查，巡查人員均隨身攜帶工具。充水開始后巡查人員要進(jìn)行逐一詳細(xì)檢查。

（3）管道充滿水后靜止48h，進(jìn)行全線巡視檢查，觀察管線周圍地面是否有出水現(xiàn)象，監(jiān)測5#鎮(zhèn)墩下游3.5 m 處壓力表壓力值，計(jì)算壓力降是否在允許范圍內(nèi)。

5.2 水壓試驗(yàn)

5.2.1 試驗(yàn)流程

（1）試壓時(shí)發(fā)包人、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、承包人和供貨方共同參加。

（2）試壓時(shí)，同時(shí)觀察加壓泵和最大受壓點(diǎn)兩處壓力表讀數(shù)，避免超壓或壓力表讀數(shù)誤差。

（3）水壓試驗(yàn)順序?yàn)椋鹤畲笫軌狐c(diǎn)從0.5 MPa 逐步緩慢分級升壓（每級0.2 MPa），每升一級后穩(wěn)壓不少于10 min（為保持壓力，允許向管內(nèi)補(bǔ)水，但不得高于試驗(yàn)壓力），檢查試驗(yàn)管段外觀及有無滲漏處，情況正常時(shí)方可繼續(xù)升壓；升壓至工作壓力值1.6 MPa 時(shí)，停止注水補(bǔ)壓穩(wěn)定2 h，觀測最大壓降并測定滲水量值是否滿足規(guī)范要求；繼續(xù)分級加壓至試驗(yàn)壓力值1.9 MPa 時(shí)開始計(jì)時(shí)，采用注水法試驗(yàn)實(shí)測滲水量，停止注水補(bǔ)壓穩(wěn)定2 h，每當(dāng)壓力下降時(shí)及時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)水，保持管道試驗(yàn)壓力恒定，觀測最大壓降并測定滲水量值，當(dāng)2h 后最大壓降不超過0.03 MPa，恒壓2 h 實(shí)測滲水量不超過4.42 L/min·km，將試壓壓力降至工作壓力1.6 MPa 并保持恒壓30 min，進(jìn)行外觀檢查，若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

（4）每升一級應(yīng)檢查閥門、管身及接口，當(dāng)無異常現(xiàn)象時(shí)，繼續(xù)升壓。如滲水達(dá)不到要求，必須找出原因，修整好后再做滲水試驗(yàn)。

（5）管道水壓試驗(yàn)升壓時(shí)，認(rèn)真排氣。升壓過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力表指針擺動(dòng)，不穩(wěn)，且升壓較慢時(shí)，應(yīng)重新排氣后再升壓。

（6）水壓試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁對管身、接口敲打或修補(bǔ)缺陷。遇有缺陷，應(yīng)作出標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)。

（7）管道水壓試驗(yàn)合格后，應(yīng)立即解除管道內(nèi)的水壓力，并填寫試壓記錄，經(jīng)有關(guān)人員簽字后，妥善保存。

5.2.2 管道卸壓

試驗(yàn)工作全部完成后，打壓泵開始卸壓，待壓力表指示沒有壓力后可開始拆除打壓泵等設(shè)備，將管內(nèi)水流退至鋼管段。

5.2.3 試通水過程中事故預(yù)測及應(yīng)急處理

水壓試驗(yàn)中若出現(xiàn)壓力不穩(wěn)時(shí)，停止打壓，并進(jìn)行全線檢查分析，排除故障后方可繼續(xù)打壓。若出現(xiàn)明顯滲水，應(yīng)立即停止打壓，打開排水閥，卸壓后且在安全條件下進(jìn)行檢修。

6 打壓結(jié)果

本項(xiàng)目嚴(yán)格按照擬定流程打壓完成后，根據(jù)試壓過程記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)測滲水量q＝W*1 000/（TL）=0.2 L/min·km，遠(yuǎn)小于允許滲水量4.42 L/min·km，可判斷本次水壓試驗(yàn)合格。

7 結(jié)論

西范灌區(qū)東擴(kuò)工程和井泵站DN1000 PCCP 水壓試驗(yàn)中，通過合理準(zhǔn)確的受力計(jì)算分析，合理采取鎮(zhèn)墩加寬及增加后靠背措施，保證了高壓力打壓試驗(yàn)順利完成，可為后續(xù)類似工程提供參考經(jīng)驗(yàn)。