淺談HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管在排水工程中應(yīng)用的優(yōu)越性

李洪斌

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100040）

HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管，也稱“克拉管”，是采用熱熔纏繞成型的柔性管材。此種類型管道內(nèi)壁十分光滑，外壁采用螺旋肋進(jìn)行加強(qiáng)。高密度聚乙烯顆粒原料在熱熔流塑狀態(tài)下，在滾筒模具上纏繞成型，成型的管道在脫模前，采取滾動(dòng)風(fēng)冷方式對(duì)管道整體進(jìn)行降溫冷卻，使其冷卻至常溫。HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管連接形式采用承插式電熔連接，生產(chǎn)成型過(guò)程中，在管道承口端預(yù)埋嵌入電熱熔絲，現(xiàn)場(chǎng)施工管道連接時(shí)，使用焊接機(jī)連接管道上電熔絲正負(fù)極，通過(guò)熱熔接口使兩根管道本體連接，杜絕了管道的滲漏。

1 工程實(shí)例

北京環(huán)球主題公園建成功后是世界上第五個(gè)，也是最大一個(gè)集主題游樂(lè)和城市休閑度假于一體的國(guó)際旅游度假區(qū)。項(xiàng)目坐落于北京市通州區(qū)南部，主體公園占地約65 萬(wàn)km2，北京環(huán)球影城涉及道路工程、自來(lái)水工程、排水工程、中水工程、雨水工程、冷熱水工程、消防工程、燃?xì)夤こ?、綜合管廊工程、室外強(qiáng)弱電工程，設(shè)計(jì)使用年限50 年。

排水管線沿園區(qū)外圍周圈布置，全長(zhǎng)1 990 m，管徑DN200～DN630，全部采用HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管，接口為承插式電熔連接方式。

2 HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管與HDPE 雙壁波紋管對(duì)比

表1 HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管與HDPE 雙壁波紋管指標(biāo)對(duì)比

2.1 生產(chǎn)工藝

HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管道的生產(chǎn)工藝，是由主擠塑機(jī)擠出高密度聚乙烯平板帶，副擠塑機(jī)同步擠出高密度聚乙烯U 形帶，包裹PP 加強(qiáng)骨架管，在熱熔狀態(tài)下，依次同步纏繞在滾筒模具上成型，后釆用滾動(dòng)自然風(fēng)冷卻方式逐步冷卻降至常溫。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，由全自動(dòng)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及監(jiān)控，屬熱熔狀態(tài)纏繞成型工藝，見圖1、第136 頁(yè)圖2。

圖1 管道生產(chǎn)纏繞工藝圖

圖2 管道生產(chǎn)滾筒磨具加熱

HDPE 雙壁波紋管生產(chǎn)工藝，通過(guò)直接擠出管道內(nèi)、外徑兩個(gè)大小不同的同心管胚，經(jīng)吸塑成型的管材，屬擠出成型工藝。

2.2 管徑及環(huán)剛度

HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管，管道壁厚均勻、無(wú)焊縫、結(jié)構(gòu)壁無(wú)內(nèi)應(yīng)力。該工藝可生產(chǎn)較大管徑管材，管徑DN300～DN4000；管材外壁采用U 形帶包裹骨架管加強(qiáng)形式，很大程度上增大了管材的環(huán)剛度，全管徑環(huán)剛度≥16 kN/m2，對(duì)于DN1200 的管道環(huán)剛度可達(dá)29 kN/m2。

HDPE 雙壁波紋管擠出成型工藝受到設(shè)備成本限制，所以只能生產(chǎn)較小管徑管材。主要以DN600及以下管徑為主，雖然有一些管材生產(chǎn)廠家能夠生產(chǎn)DN800～DN1200 的雙壁波紋管，但目前在實(shí)際工程施工中基本沒(méi)有使用大管徑雙壁波紋管的案例；其次，由于雙壁波紋管內(nèi)、外管壁采用擠出成型整體聯(lián)接程度較差，在受到外力擠壓時(shí)容易出現(xiàn)管道內(nèi)、外壁剝離，形成兩層皮現(xiàn)象，且外層加強(qiáng)肋為薄壁空心結(jié)構(gòu)，抵抗外力性能差，受到外部擠壓時(shí)容易出現(xiàn)破損、凹陷等現(xiàn)象，管徑越大，該情況越嚴(yán)重。因此，該種結(jié)構(gòu)形式的管道環(huán)剛度較低，DN600 及以下管徑環(huán)剛度≥8 kN/m2，DN800 管材環(huán)剛度≥4 kN/m2。

2.3 連接方式

HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管，采用“承插式電熔連接”接口方式，見圖3；承口端預(yù)埋電熔絲，見圖4，另一端為普通平面插口。管道對(duì)接時(shí)，使用手動(dòng)葫蘆，按常規(guī)方式將插口裝入承口，焊機(jī)連接電熔絲進(jìn)行焊接，管道承插口融為一體，管道連接后整體性非常好，猶如一根整管。這種連接方式優(yōu)點(diǎn)十分突出。

圖3 管道接口示意圖

圖4 管道承口內(nèi)電熔絲

1）管道承插口處經(jīng)過(guò)電熔絲加熱融化后完全融合，前后兩根管道形成一個(gè)整體，即管材自身本體連接，見圖5，連接處物理性能與管材本身一致。管道在外力作用下產(chǎn)生形變，可將外力作用及形變通過(guò)接口部位流暢地傳遞到整段管道上，不會(huì)像膠圈連接形式，在接頭處形成集中應(yīng)力。在地質(zhì)狀況較為復(fù)雜、軟弱地基、不良地基區(qū)域，管道基礎(chǔ)容易發(fā)生不均勻沉降，采用此種連接方式將管道進(jìn)行本體連接形成整體，充分發(fā)揮其密封性和柔性等特點(diǎn)，適應(yīng)地質(zhì)變化。另外，HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管有更強(qiáng)的抗沖擊能力，在頻繁重交通道路下使用更加可靠。

圖5 電熔后管道接口切割斷面

2）HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管采用承插式電熔接口連接，能夠加快施工速度。首先，施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境復(fù)雜，開挖影響周邊建筑、交通及人員安全，地質(zhì)條件較差容易塌方，施工區(qū)域有地下水無(wú)法排除情況下，采用此種管道，能夠做到溝槽開挖、管道安裝、溝槽回填同步進(jìn)行；其次，因?yàn)榻涌跒楣艿辣倔w連接，抗變形能力、抵抗外力能力都較強(qiáng)，可以在管溝上將幾段管道連接后，將該段管道整體放入溝槽；最后，此種管道施工回填壓實(shí)度與其他管道要求相同，其他要求，如溝槽寬度、坡度、平整度等指標(biāo)的要求都要低一些。

目前普遍使用的HDPE 雙壁波紋管，采用的是承插口膠圈連接[1]。管道本身采用高密度聚乙烯材質(zhì)，耐腐蝕、耐老化性良好，但由于接口處采用與管道不同的橡膠材質(zhì)，管道整體在有較大溫差的環(huán)境下，接頭處因不同材質(zhì)膨脹系數(shù)的不同會(huì)造成漏水或變形，從而影響整個(gè)管道系統(tǒng)的流通能力和密閉性。另外，橡膠材料使用一段時(shí)間后產(chǎn)生老化，也將失去密封作用，造成漏水現(xiàn)象。

2.4 使用年限

HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管主要由高密度聚乙烯材料制成，接口處采用承插式電熔連接的管道本體連接方式，接口處無(wú)需其他密封材料，管道使用年限達(dá)50 年。

而HDPE 雙壁波紋管，雖管道主體同樣采用高密度聚乙烯材料，接口采用的是承插口膠圈連接。密封橡膠圈耐腐蝕差、容易老化，老化后變硬、無(wú)彈性、碎爛。橡膠一般使用年限為15 年，因此，整體管道系統(tǒng)的使用年限也隨之降低至15 年。

3 HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管道連接工藝流程

3.1 承插式電熔連接工藝流程

檢查清理管材承插口標(biāo)記插入深度→安裝管道檢查插入深度→設(shè)定設(shè)備焊接參數(shù)、安裝漲緊器（大管徑管道在承口處設(shè)置內(nèi)支撐環(huán)）→承口熔接觀察熔化程度、漲緊→冷卻至規(guī)定時(shí)間、取出工具。

3.2 檢查管材承插口并清理

檢查承口端電熔絲完好情況，是否有斷絲、短路、脫落等現(xiàn)象；承插安裝前，先將承口、插口接觸面表面清理干凈，不得有任何雜物、淤泥、液體等影響承插和電熔的污物，并在插口端口劃出插入深度標(biāo)線[2]。

3.3 安裝管道檢查插入深度

用手動(dòng)葫蘆將管拖拽管道，將插口緩慢插入承口內(nèi)，直至深度標(biāo)線位置，并檢查尺寸配合情況。

施工環(huán)境溫度較低，承插口產(chǎn)生溫度形變，難以插入或無(wú)法插至標(biāo)線位置時(shí)，需對(duì)承口進(jìn)行預(yù)熱，以便將插口順利推進(jìn)至承口內(nèi)。通電前，調(diào)直焊接管道，使之保持同一軸線。

3.4 設(shè)定設(shè)備焊接參數(shù)、安裝漲緊器

管道承插式電熔焊接連接，采用220 V 專用B型管焊機(jī)操作，根據(jù)管徑、天氣、環(huán)境溫度及廠家提供參數(shù)，設(shè)定焊接電流、焊接時(shí)間、冷卻時(shí)間等參數(shù)，見表2。

表2 焊接參數(shù)表

同時(shí)安裝管道接口漲緊器、內(nèi)支撐環(huán)（大管徑），見圖6、圖7。

圖6 漲緊器安裝

圖7 管道內(nèi)支撐環(huán)

3.5 承口熔接觀察熔化程度、漲緊

焊機(jī)連接管道承口電熔絲正負(fù)極，通電開始焊接，電熔過(guò)程中，觀察焊口處管道熔化程度及熔料外溢情況對(duì)承插口進(jìn)行緊固，一般情況下緊固3 次，直至熔料均勻從承插口縫隙中溢出，見第138 頁(yè)圖8。

圖8 管道焊接作業(yè)

3.6 冷卻至規(guī)定時(shí)間，取出工具

電熔完成后，斷開電源，讓管道接口自然冷卻，冷卻時(shí)間參照表2。管道冷卻期間，應(yīng)注意不得移動(dòng)管、拆除漲緊器和支撐環(huán)，待管道達(dá)到冷卻時(shí)長(zhǎng)后，拆除漲緊器取出內(nèi)支撐環(huán)。

最后，按照規(guī)范要求進(jìn)行管道閉水試驗(yàn)，檢測(cè)管道變形率。

4 質(zhì)量分析

4.1 受力變形對(duì)比分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管道變形率與管頂回填層數(shù)進(jìn)行實(shí)際量測(cè)，HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管受力抗變形能力明顯優(yōu)于普通HDPE 雙壁波紋管，見表3。

表3 HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型與HDPE雙壁波紋管指標(biāo)對(duì)比 （%）

4.2 閉水一次合格率對(duì)比分析

對(duì)于排水工程，判定施工質(zhì)量的另一個(gè)主要方式，也是最直觀的方式就是閉水試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄，排水工程共91 個(gè)井段，閉水試驗(yàn)一次合格88 個(gè)井段，一次合格率96.7%。與其他采用HDPE 雙壁波紋管的排水工程進(jìn)行對(duì)比，合格率有顯著提高，見表4。

表4 閉水一次性合格率對(duì)比表

5 結(jié)束語(yǔ)

以北京環(huán)球主題公園項(xiàng)目為案例，對(duì)兩種管材進(jìn)行對(duì)比，HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管生產(chǎn)工藝、管徑、最大環(huán)剛度，尤其在連接方式方面較HDPE 雙壁波紋管都有著巨大優(yōu)勢(shì)。提高了排水管道閉水通過(guò)率，同時(shí)，解決了長(zhǎng)久以來(lái)排水管道滲漏的普遍問(wèn)題。HDPE 纏繞結(jié)構(gòu)壁B 型管作為成熟的產(chǎn)品在國(guó)外早已得到廣泛應(yīng)用，目前通州核心區(qū)排水工程也全部使用該種管道，相信這種新型管材將逐步取代目前普遍使用的HDPE 雙壁波紋管，在排水工程建設(shè)中起到重要作用。