选择强度有保障的管材，建议采用成品管道及配件

施工必备知识点

管道材料应选择强度有保证的管材。

1.管道材料选用条件

(1)强度应能承受各种外部荷载。由于给水排水管道通常是沿公路或铁路埋地敷设的,有的甚至需要穿越公路或铁路,为保证其运行安全,应选择强度有保证的管材。

(2)水密性好。管道水密性的好坏直接影响到管网的运行成本及运行安全。如果水密性较差,漏水会直接冲刷地层,泡软管道基础,水量损失较大,管网运行成本增加。

(3)内壁光滑。内壁光滑的管道摩擦系数小,则水流流经管道的水头损失相应降低,水泵扬程减少,管网运行所需电费也随之降低。

(4)价格低廉,使用寿命长,并要求具有一定的抗水、抗侵蚀能力。

(5)承压管材的选用应依据输配管网系统的布置、管径、工作压力、埋深、地质情况以及施工条件和运输条件,并结合运行维护管理进行技术经济比较来确定,做到因地制宜,便于选用。建议采用成品管道及配件,所选成品的制作应符合相关的国家标准或行业标准。

(6)输配水管道材质的选择,应根据管径、内压,以及外部荷载和管道敷设区的地形、地质、管材的供应,按照安全、耐久、减少漏损、施工和维护方便、经济合理以及清水管道防止二次污染的原则,进行技术、经济、安全等综合分析后确定。

(7)选用管材时,还应考虑节约能源、保护环境、尽可能采用技术成熟、抗腐蚀性强、节能性好的非金属新型管材。

2.管材要求

(1)铸铁管。铸铁管属于压力流水管道,即管道中的水是在压力的作用下进行流动的,故而其埋深只需满足冰冻线、地面荷载和跨越障碍物即可,对管道内部的水力要素没有影响。因此铸铁管的沟槽较浅,以放坡开槽为主,尽量不加支撑,便于用机械分散下管。由于铸铁管的管节较长,一般为5～6m,其接口间距也相应增大。为了减少开挖土方量,一般开挖的宽度较小,但接口部位必须满足接口施工工艺要求,应加宽和加深。

铸铁管一般可直接铺设在天然地基上,这就要求地基原状土不得被扰动,如果超挖,应用碎石或砂进行回填,并振捣密实。当沟槽为岩石或坚硬地基时,应按设计规定施工；若设计无规定时,为保证管身受力的合理性,防止管身防腐层的破坏,管身下方应铺设砂垫层。

(2)钢管。钢管按制造方法可分为焊接钢管和无缝钢管两种；以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型；按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。国内最大钢管直径可达DN4000,每节钢管的长度一般在10m左右。

保护层型钢管(主要指管道内壁)分为金属保护层型与非金属保护层型,金属保护层型常见的有表面镀层保护层型和表面压合保护层型。表面镀层保护层型中常见的是镀锌管,镀锌管也有冷镀锌管和热镀锌管之分。热镀锌管因为保护层致密均匀、附着力强、稳定性比较好,目前仍大量采用；而冷镀锌管由于保护层不够致密均匀、稳定性差,在生活给水管道中已禁止使用。

钢管应考虑防腐措施。钢管敷设在腐蚀性土中、电气化铁路附近或其他有杂散电流存在的地区时,为防止发生电化学腐蚀,应采取阴极保护措施,如外加电流阴极保护或牺牲阳极等。

(3)非金属管材

1)自应力钢筋混凝土管。自应力钢筋混凝土管采用离心工艺制造,依靠膨胀作用张拉环向和纵向钢丝,使管体混凝土在环向和纵向处于受压状态。该管材可在覆土不大于2.0m的离地给水管道上应用。在使用上,具有与预应力钢筋混凝土管相同的优点。

2)预应力混凝土管。预应力钢筋混凝土管是将钢筋混凝土管内的钢筋预先施加纵向与环向预应力后制成的双向预应力钢筋混凝土管,具有良好的抗裂性能,其耐土壤电流侵蚀的性能远较金属管好。

由于震动挤压(一阶段)工艺制造的预应力混凝土管所产生的预压应力在混凝土蒸养固结过程中的应力损失达20%～30%,且不稳定,故现在大多数国家已不生产和采用。在设计选材中应尽量选用管芯缠丝(三阶段)工艺制造的预应力混凝土管。预应力混凝土管均为承插式胶圈柔性接头,其转弯或变径部位采用特制的铸铁或钢板配件进行处理。可敷设在未经扰动的土基上,施工方便、价格低廉。

实践技能知识点

管道接口

刚性接口是承插铸铁管的主要接口形式之一,如图4-1所示。

刚性接口是向插口缝隙中填打油麻和填料。刚性接口填料分为内侧填料与外侧填料,内侧填料为接口内层填料,外侧填料为接口外层填料。过去外侧填料常用铅,现在多使用石棉水泥,粘接力很强。

1.内侧填料

图4-1 接口形式

1—内侧填料 2—外侧填料

内侧填料放置于管口缝隙的里侧,以保证管口严密、不漏水,并起扩圆作用和防止外侧填料(如水泥等)漏入管内。因此,内侧填料材料应柔软,有弹性和疏水性,常用的材料有油麻、橡胶圈等。

(1)油麻

1)油麻的制作。采用松软、有韧性、清洁、无麻皮的长纤维麻加工成麻辫,浸放在5%石油沥青、95%的汽油配制的溶液中浸透、拧干,并经风干而成。油麻具有较好的柔韧性,不会因敲打而断碎。

2)填麻深度及用量。油麻的填塞深度与外侧填料的性质有关,以石棉水泥为外侧填料时,填麻深度约为承接口总深度的1/3；以铅为外侧填料时,其填麻深度约距承口水线里缘5mm为宜,如图4-2所示。不同管径的承插铸铁管接口的填麻深度及用量如表4-1所示。

图4-2 填麻深度

a)以石棉水泥为外侧填料 b)以铅为外侧填料

表4-1 不同管径的承插铸铁管接口的填麻深度及用量

注:麻的用量是指每个接口的用量值。

3)油麻的优缺点。油麻具有很多优点,但在管内长时间承受水压后,石油沥青将从麻中脱出,并沿管壁与石棉水泥间渗出,从而减弱管壁与石棉水泥间的附着力。此外油麻为进口黄麻制成,货源紧张而且打麻操作费事费力。

4)填麻施工。油麻应在填塞前在石油沥青溶液中(5%的石油沥青和95%的汽油)浸透,进行防腐处理,晾干后使用。油麻使用前应消毒。接口时,拧紧的麻辫直径约为缝隙宽度的1.5倍,以保证接口填塞严密。

填麻前,先将承口、插口用毛刷蘸清水刷洗干净,然后用铁牙将环形间隙背匀,如图4-3所示。

图4-3 油麻打填

将粗细为承接口间隙1.5倍左右的油麻按一定方向拧紧,其长度应大于管外壁周长50～100mm,绕在承接口外侧,然后用錾子将油麻塞入接口。塞麻时,需要不断移动铁牙,以保证间隙均匀,直到第一圈油麻打实后再卸下铁牙。打麻时应一錾挨一錾,以防漏打。打麻所用水锤一般重1.5kg。填麻后,在进行下层外侧填料时,应将麻口重打一遍,以油麻不再移动为合格。

在打套管(揣袖)接口填麻时,一般比普通接口多填1～2圈,第一圈稍粗,可不用捶打,将麻塞至插口端约10mm处为宜,防止油麻掉入管口内；第二圈油麻填打用力不宜过大。其他圈填打方法与普通接口相同。

(2)橡胶圈(www.xing528.com)

1)目前除油麻外,内侧填料还经常采用橡胶圈。橡胶圈的弹性、水密性都比油麻好,也是一种良好的阻水材料,但价格较高。橡胶圈通常采用丁苯合成橡胶或天然橡胶制成圆形截面(O形圈),用模具做成整圈或采用热粘法及化学法粘接而成。

2)橡胶圈外观应粗细均匀,椭圆度在允许范围内,质地柔软,无气泡、无裂缝、无重皮,接头平整牢固,橡胶圈内环径一般为插口外径的85%～90%。当管径不大于300mm时为85%,管径大于300mm时则为90%。

橡胶圈直径是按压缩率为37%～48%的幅度选用的,也可按下式计算确定:

式中 d₀——橡胶圈面直径(mm)；

e——接口环向间隙(mm)；

K_R——环径系数,取0.85～0.90；

ρ——压缩率,铸铁管取34%～40%,预应力、自应力钢筋混凝土管取35%～45%。

3)橡胶圈填塞。下管前,应先将橡胶圈套在插口上,然后将承插口工作面用毛刷清洗干净,对好承口,用铁牙背好环形间隙,然后自下而上移动铁牙,用錾子将橡胶圈填入承口。第一遍先填塞至承口水线位置,錾子贴插口壁,使胶圈沿着一个方向依次均匀滚入承口水线。为防止出现“麻花”,可再分2～3遍将橡胶圈填塞至插口小台,每遍不宜将橡胶圈塞入过多,以免出现“闷鼻”或“凹兜”。如出现上述弊病,可用铁牙将接口适当撑大,进行调整。对于承插口无小台的管材,橡胶圈可填塞至距插口边缘10～20mm处,防止橡胶圈掉入管缝。

2.外侧填料

外侧填料要保证接口有一定强度,并能承受冲击和少量接口弯曲(接口借转),可采用石棉水泥及铅等。

(1)石棉水泥

1)石棉水泥是目前常用的外侧填料。油麻-石棉水泥或橡胶圈-石棉水泥接口有较高的抗压强度,能承受1～2MPa的水压。石棉纤维对水泥颗粒有较强的吸附能力,水泥中掺入石棉纤维可提高接口材料的抗拉强度。石棉纤维可阻止水泥在硬化过程中的收缩,提高接口材料与管壁的附着力和接口的水密性。但是石棉水泥为刚性接口,接口承受弯曲应力和温度应力的性能较差,接口经养护硬化后才能通水试压,作业的劳动强度大。

2)填料制作。应采用具有一定纤维长度的机选4F级温石棉和强度等级在42.5以上的硅酸盐水泥。使用之前应将石棉晒干弹松,不应出现结块现象,其施工配合比为石棉∶水泥=3∶7,加水量为石棉水泥总质量的10%左右,视气温与大气湿度酌情增减。

拌和时,先将石棉与水泥干拌,拌至石棉水泥颜色一致后将水徐徐倒入,随倒随拌,拌匀为止。实际操作中,以拌料能捏成团、抛能散开为准。也可集中拌制成干拌料,装入桶内,每次干拌料不应超过一天的用量。使用时随用随加水湿拌成填料,加水拌和的石棉水泥应在1.5h内用完,否则会影响接口质量。

3)填料施工。在已经填好油麻或橡胶圈的承接口内,用捻灰錾将拌和好的石棉水泥自下而上向承口内填塞,每遍均应按规定填塞均匀。气温低于-5℃以下时,不宜进行石棉水泥接口作业,必须进行接口作业时,可采取保温措施。

管径小于300mm时,一般每个管口安排一人操作；管径大于300mm时,可两人操作。

管道通水试压时,如发现接口局部渗漏,可用剔口錾子将局部填料剔除,剔除深度以见到嵌缝油麻或橡胶圈为准,淋湿后补填石棉水泥填料。

为了提供水泥的水化条件,接口作业完毕之后,应立即在接口处浇水养护1～2天。养护方法是春秋两期每天浇水两次；夏期在接口处盖湿草袋,每天浇水四次；冬期在接口抹上湿泥,覆土保温。

(2)铅接口

1)铅接口应用很早,由于铅的成本高、来源少,现在已较少使用。但由于铅接口具有一定的柔性,有较好的抗震、抗弯性能,水密性好,容易维修,接口完毕后可立即通水等优点,目前仅在特殊情况及个别地方还有应用,例如用于水厂和泵站进、出站水管管件部位,以及河道穿越管道、铁路穿越管道、地基易产生不均匀沉降地段的管道、管路转弯和管径在DN600以上的管道、管道抢修等场合管道的接口。此外,管道接口渗漏时,由于铅的柔性,使其不必剔口,只需将铅口重新敲击紧密即可堵漏,所以它也是管道抢修常用的接口方法。

2)填料。常用的铅填料为6号铅,其纯度应在99%以上,经加热熔化后灌入接口内。铅的熔化温度在320℃左右,当熔铅呈紫红色时,即为灌铅适宜温度。

3)灌铅。在灌铅前检查内侧填料填打情况,承口内擦洗干净,保持干燥,然后将特制的布卡箍或石棉绳贴在承口外端。上方留一灌铅口,用卡子将布卡箍卡紧,卡箍与管壁接缝处用湿粘土抹严,以防漏铅,其装置如图4-4所示。雨期禁止灌铅,否则易引发溅铅或爆炸。

图4-4 灌铅装置

熔铅及灌铅人员应佩戴石棉手套和眼镜,灌铅人员应站在灌铅口承口一侧,使铅液从接口一侧倒入,以便排气。每个接口应一次连续灌完,铅液凝固后方可卸下布卡箍和卡子。

3.柔性接口

刚性接口的抗弯性能较差,受外力作用时外侧填料容易产生裂缝,造成漏水事故,尤其在松软地基和地震区,接口破坏率较高。因此,可采用柔性接口方式,以减少漏水事故的发生。常用的柔性密封材料多为橡胶圈,由于铸铁管材的种类不同而具有多种形式。

图4-5 承插口楔形橡胶圈接口

a)起始状态 b)插入后状态

(1)楔形橡胶圈接口。当管道承口的内壁为斜槽形时,插口端部可做成坡形,此时可在承口斜槽内嵌入起密封作用的楔形橡胶圈,如图4-5所示。由于斜槽的限制作用,橡胶圈在管内水压的作用下与管壁压紧,具有自密性,使接口对于承插口的椭圆度、尺寸公差、插口轴向相对位移及角位移具有一定的适应性。工程实践表明,此种接口抗震性能良好,并且可以提高施工速度,降低劳动强度。

(2)其他橡胶圈接口。随着铸铁管管材种类的不同,橡胶圈接口也有多种形式,常见的有螺栓压盖形、中缺形、梯唇形和圆形橡胶圈接口,如图4-6所示。

(3)柔性接口安装。不论采用何种形式的承插铸铁管或何种形式的橡胶圈,都必须做到承插口形状与合适的橡胶圈配套,不得盲目选用,否则不是无法使用,就是造成接口漏水。

1)橡胶圈的选择。应根据铸铁管管材种类的不同选择适当的橡胶圈,各类像胶圈特点见表4-2。

图4-6 其他橡胶圈接口形式

a)螺栓压盖形 b)中缺形 c)梯唇形 d)圆形

表4-2 各类橡胶圈的特点

2)橡胶圈的安装。橡胶圈的安装步骤如图4-7所示。

图4-7 橡胶圈的安装

图4-8 嵌入橡胶圈