韓成東

（吉林電力管道工程總公司）

預應力混凝土輸水管線分段水壓試驗方案設計

韓成東

（吉林電力管道工程總公司）

在輸水管線安裝工程施工過程中，為檢驗已安裝管道的強度、嚴密性是否滿足設計要求，確保工程質(zhì)量，必須分段進行水壓試驗，避免整體通水運行后管線滲漏、爆裂。因此，必須按照施工圖紙及圖紙的要求，進行水壓試驗方案的設計，以指導水壓試驗全過程，達到試驗目的。

輸水管線；分段；水壓試驗方案

在某預應力混凝土輸水管線安裝工程施工過程中，主管道為DN3200的PCCP管（預應力混凝土鋼襯筒管）或鋼管，試驗段管道設計工作壓力1.6MPa，根據(jù)合同文件及規(guī)范GB50268相關要求，確定水壓試驗壓力為1.9MPa。按設計及規(guī)范要求，試驗長度不大于1km。要求試壓前管道內(nèi)無水并經(jīng)過清掃，對每道管口接口質(zhì)量、管材質(zhì)量全面進行聯(lián)合檢查。

水壓試驗計劃需時25天。

一、管道上下游止推力設計

1.設計參數(shù)

管道與土壤摩擦系數(shù)取0.2。地下水位按管底標高下0.5m考慮（如管底水位高，安裝標止推段需進行降水），土壤容重ω取1.8t/m3。試驗壓力為1.6+0.3Mpa。

管道統(tǒng)一按最小壁厚260mm考慮重量。管道按壁厚260mm，雙纏絲管道計算，外徑Bc=（3200+260*2+7*2*3+25*2）=3812mm；管道重量Wp=π*[（3.812/2）2-(3.2/2）2) ]*2.4=8.09噸/m。

水壓試驗時，止推段管道內(nèi)充滿水，水重Ww=π*(3.2/2)2*1=8.042t/m

管道上部覆土按1.5m考慮，管道上部覆土重量We=3.812*1.5*1.8=10.29t/m。

2.設計計算

管道水壓試驗采用兩側(cè)已安裝完成的管道作為止推靠背，止推段管內(nèi)按照無水計算。

（1）打壓管處推力T=PA

其中T：打壓管處不平衡推力

P：壓力，本工程取用檢驗壓力，工壓+0.3Mpa

A：管道過水面積

（2）止推段每米管道的摩擦力為f

每米管道上下側(cè)所受土壤摩擦力為f，不平衡推力為T

則有：f=μ（2We+Ww+Wp）

其中：μ：管道與土壤摩擦系數(shù)，取0.2

We：管道所受土荷載，

Ww：管內(nèi)水重，取0

Wp：管道重量，

為保證管線安全：f≥T

所以，打壓管一側(cè)止推段管道限制長度L ，L≥PA/μ（2We+Ww+Wp）

3.計算成果

L≥(190/0.98*8.042)/(0.2*(2*10.29+0+8.09)

L≥271.915m，按照每節(jié)管道5m計算，單側(cè)需確保止推管道55節(jié)。

二、PCCP接口允許最大壓力計算

允許最大壓力按CECS246-2008《給水排水工程頂管技術規(guī)程 》并參考美國標準ASCE27-00《預制混凝土管頂管設計規(guī)范》,假定頂力存在偏心，管道截面壓應力呈三角形分布，管道一側(cè)為0，另一側(cè)受力最大，公式如下：

式中：

Fdc：允許頂力設計值（N）

f1：混凝土材料受壓強度折減系數(shù)，取0.9；f2：偏心受壓強度提高系數(shù)，取1.05；

f3：材料脆性系數(shù)，取0.85；

f5：混凝土強度標準調(diào)整系數(shù)，取0.79；

Qd ：活載分項系數(shù)，取1.0；

γQd：活載分項系數(shù)，取1.0；

水壓試驗時僅考慮用PCCP外圈混凝土（不考慮保護層）來平衡頂推力PCCP承壓面外直徑， Dw：=管芯外徑=3400+2*255=3910mm

PCCP承壓面內(nèi)直徑， Dn：=承口導坡直徑=3553+2*10=3573mm

fc：混凝土軸心抗壓設計強度（MPa），C50級砼， fc=23.1MPa

經(jīng)計算，允許頂力F =23260kN（2326噸）＞T=14872.1 kN

另外，水壓試驗時接口灌縫的砂漿實際強度應不低于：

f砂漿=14872.1×1000÷（（39102-35732）/4×π）=7.5MPa

三、水壓試驗實施過程

試驗前，必須將試壓段管道兩側(cè)至管頂以上500mm的土方回填分層夯實，管線的鎮(zhèn)墩與錨固結(jié)構(gòu)等均完成并達到強度后才能進行。確保試驗壓力和試驗方法均符合《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》。

（一）試壓前的準備工作

1.水源選擇

必須選擇符合相關標準或設計要求的水壓試驗用水，同時確保水源的供水量，水壓長度為1000m，PCCP管道DN3200，需水量為8038m3。

2.注水升壓地點及方法

選擇排氣三通或靠背打壓管件處。打壓設備連接完成后，采用水泵通過注水點注水球閥向管內(nèi)注水，同時打開各個排氣球閥，使管內(nèi)空氣排出。管內(nèi)注滿水后，關閉排氣球閥，將升壓泵與注水球閥連接，進行升壓注水。

3.水泵的選型

根據(jù)進度要求選擇5臺4寸水泵（1臺備用）、型號為WQX12.5-100/7.5。為減少余留空氣量及水錘壓力，充水流量均控制在小于0.5m3/s。升壓時采用150QJ10-250/31-13水泵進行。供電設備選擇2臺50kw柴油發(fā)電機。

4.測壓表安裝位置

壓力表采用彈簧壓力計，精度不低于1.5級，量程為0-3.0MPa，表殼的公稱直徑150mm，共準備壓力表4套，使用前需到當?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門進行率定確保合格。在排氣三通上各安裝壓力表一個，安裝孔均設置球閥，以防止壓力表出現(xiàn)故障。各個壓力表讀數(shù)需按照所處高程進行相應換算，以確保試驗壓力的統(tǒng)一。

5.封堵措施

采用20mm厚國標鋼板進行封堵（盲板），在上水管適當位置安裝水表，作為計量補水器具。管道安裝檢查合格后,對整個水壓試驗系統(tǒng)進行檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時整改，確保試壓系統(tǒng)的嚴密性。

（二）試驗方法

根據(jù)合同要求，按照《給排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB50268-2008)，采用允許壓降值法和滲水量法同時檢查水壓試驗結(jié)果。

1.允許壓降值法

水壓試驗強度試驗與嚴密性試驗同時進行，嚴密性試驗即確定檢查管道的強度試驗。嚴密性試驗分為預試驗階段和主試驗階段。

（1）預試驗階段

在管道注滿水并經(jīng)過72h浸泡后開始，升壓需緩緩逐級升至試驗壓力，并穩(wěn)壓30min（為保持壓力允許向管內(nèi)注水），檢查接口、配件、管身等無破損及漏水現(xiàn)象。

（2）主試驗階段

在預試驗階段結(jié)束停止注水補壓后，穩(wěn)壓15min壓力下降不超過0.03Mpa時，將試驗壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進行外觀檢查若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗合格。

2.滲水量法

采用滲水量作為最終合格判定依據(jù)時，使用注水法進行滲水量檢測。注水法試驗應按下列程序進行：水壓升至試驗壓力后開始計時。每當壓力下降，應及時向管道內(nèi)補水，但降壓不得大于0.03MPa，使管道試驗壓力始終保持恒定，延續(xù)時間不得少于2h，計量恒壓時間內(nèi)補入試驗管段內(nèi)的水量；根據(jù)規(guī)范最大滲水量為7.92L/(min·km)。

四、試驗方案安全措施

由于水壓試驗壓力高，管徑大，危險很大，因此在操作過程中試驗區(qū)域必須注意安全。

1.成立水壓試驗安全領導小組

由項目經(jīng)理任組長，項目總工及生產(chǎn)副經(jīng)理任副組長，成員包括工程、質(zhì)檢、安全、施工工區(qū)等部門負責人。水壓試驗前做好培訓和安全技術交底。確定專人指揮。

2.加強試驗過程安全監(jiān)控

3.試驗過程結(jié)束后要先進行泄壓，完畢后方可排水。

TU7

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1007-6344（2015）10-0104-01