（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

某海外項(xiàng)目坐落于波斯灣岸邊，地下水位較高且含鹽度高腐蝕性強(qiáng)，同時(shí)項(xiàng)目中設(shè)有海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，對(duì)輸送管道有很高的耐腐蝕要求?？紤]到以上現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及介質(zhì)因素，一般國(guó)內(nèi)石化項(xiàng)目中常見的碳鋼管道無(wú)法使用，所以按照沙特當(dāng)?shù)氐氖?xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范，埋地管道及海水管道均采用了FRP管[1]。FRP管國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱為玻璃鋼管，具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 耐腐蝕性，能有效抵抗酸、堿、鹽等介質(zhì)的腐蝕；② 抗老化性能和耐熱性能好；③ 重量輕、運(yùn)輸與安裝方便，施工費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)；④ 內(nèi)壁光滑、輸送能力強(qiáng)，不結(jié)垢、不生銹、水阻小，可以有效降低運(yùn)行成本。本項(xiàng)目中FRP管輸送介質(zhì)包括海水循環(huán)水、消防水、生活污水和生產(chǎn)污水等。以下本文將分析埋地FRP管道設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)。

1 FRP管道溝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

埋地FRP管道需要鋪設(shè)在符合要求管溝內(nèi)，為了防止土壤不均勻地沉降、地下大塊巖石或其他基礎(chǔ)以及路面載荷對(duì)FRP管道造成破壞。

1.1 管溝的寬度與深度

管溝的斷面形狀可以視土質(zhì)情況確定為矩形或梯形。當(dāng)遇到土質(zhì)較密實(shí)或管溝較淺的地區(qū)，可以采用矩形斷面以減少土方量；若遇到土質(zhì)較差、含水率較高或管溝較深的地區(qū)，一般采用梯形截面[2]。本項(xiàng)目中要求FRP管道埋深需至少有1.5 m，管溝深度為1.7～4 m 且地下水較多，故采用梯形截面。管溝寬度應(yīng)保證足夠的工作空間，以便于管道鋪設(shè)和安裝以及壓實(shí)回填材料。管溝與管道之間的最小凈距應(yīng)符合表1的要求。

表1 管溝與管道之間凈距Tab.1 Trench clearance

1.2 管溝底基礎(chǔ)

管道底部的構(gòu)造應(yīng)能為全部埋地管道提供牢固、穩(wěn)定和均勻的支撐。通常情況下，當(dāng)原有土壤均勻穩(wěn)定時(shí)，管溝底部可以作為管道基礎(chǔ)的頂部，管道墊層材料放置在任何基礎(chǔ)的頂部。

當(dāng)溝底有巖石、硬質(zhì)土層或其他硬物時(shí)應(yīng)移除并用粒狀材料填充并壓實(shí)以提供合適的基礎(chǔ)，其厚度至少為300 mm。

當(dāng)管溝底部是不穩(wěn)定土層時(shí)應(yīng)挖掘額外的深度，開挖后回填砂、砂礫等材料并壓實(shí)至95%的壓實(shí)度并使用土工布以防止FRP管道底部支撐力的流失，形成一個(gè)牢固、穩(wěn)定和受力均勻的基礎(chǔ)，避免產(chǎn)生不均勻沉降。

1.3 管溝排水

在鋪設(shè)和回填FRP管道之前，應(yīng)確保管溝中沒(méi)有積水并在管溝開挖區(qū)域和鄰近區(qū)域采取持續(xù)排水措施，保持開挖區(qū)域持續(xù)干燥。本項(xiàng)目采用井點(diǎn)排水系統(tǒng)，地下水位以下開挖的管溝每隔一段距離便設(shè)置一個(gè)深井，并用排水泵將井內(nèi)的地下水排至雨水收集系統(tǒng)，以確保管道墊層材料可以充分壓實(shí)。回填材料應(yīng)放置到足夠的高度以防止管道漂浮之前，保持排水操作[3]。

1.4 管道凈距

FRP管道由于放坡、設(shè)計(jì)走向局限等原因可能會(huì)非常靠近其他地下結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)埋地管道與基礎(chǔ)及其他地下結(jié)構(gòu)的最小凈距應(yīng)為300 mm。如果不能滿足最小凈距的要求，可以使用混凝土保護(hù)塊、水泥穩(wěn)定砂或其他緩沖材料作為適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。

多根FRP管道安裝時(shí)管道之間的最小間距可用式（1）確定，但不得小于壓實(shí)回填材料所需的最小間距或最大管道直徑所規(guī)定的最小管溝寬度。

式中C—— 管道之間的最小凈空間距；

R——第一根或較大管道的管徑；

r——第二根或較小管道的管徑。

2 FRP管道在管溝中的布置要點(diǎn)

2.1 管道墊層

管道墊層應(yīng)能牢固、均勻地支撐全部管道，應(yīng)放置在施工完畢的管道基礎(chǔ)頂部并充分壓實(shí)。管道墊層所用的材料應(yīng)與管區(qū)回填的材料相同。墊層的最小厚度取管道直徑的25%或150 mm 兩者的較小值。

2.2 管道安放和連接

承插連接的FRP管道應(yīng)在管溝中組裝。膠粘連接的FRP管道可在管溝旁邊組裝，并在粘接材料冷卻固定后按照制造商的施工手冊(cè)中要求的程序放入管溝中，避免對(duì)管道施加過(guò)大應(yīng)力。

在將管道和配件放置在管溝之前，應(yīng)先測(cè)量校對(duì)標(biāo)高、坡度及管道坐標(biāo)是否正確。在管道的連接處應(yīng)開挖操作坑，以確保管道位于墊層上受力均勻并便于管道連接操作。在完成管道連接后，用墊層材料回填操作坑并夯實(shí)。

2.3 管道回填和夯實(shí)

FRP管道回填做法參見圖1所示。當(dāng)管道連接安裝完畢后，管溝應(yīng)及時(shí)回填并夯實(shí)，防止管道浮動(dòng)和熱膨脹變形，但接口部位在試壓前應(yīng)外露。

圖1 管溝回填Fig.1 Trench backfilling

FRP管區(qū)回填的范圍為從墊層頂部至管頂上方至少300 mm 處。在此區(qū)域內(nèi)使用的回填材料，且應(yīng)與墊層的回填材料相同，在本項(xiàng)目中采用礫石作為初始回填的材料。管溝回填時(shí)應(yīng)在FRP管道兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，對(duì)于墊層頂部和管道底面之間的腋角區(qū)域，應(yīng)使用鈍器將材料推入，并人工壓實(shí)。每層回填厚度根據(jù)回填材料、壓實(shí)密度和回填方法來(lái)確定，本項(xiàng)目采用每層回填300 mm 厚礫石?；靥顣r(shí)需注意避免過(guò)度壓實(shí)，否則可能導(dǎo)致管道隆起、扁平和局部變形。為避免接觸和意外損壞管道，機(jī)械壓實(shí)設(shè)備不得接觸管道，并確保對(duì)管道進(jìn)行適當(dāng)壓實(shí)，應(yīng)考慮在管道周圍150 mm區(qū)域內(nèi)進(jìn)行手動(dòng)夯實(shí)。

FRP 非管區(qū)回填區(qū)域?yàn)閺墓軈^(qū)頂部至地面。在該區(qū)域內(nèi)，可選擇回填普通場(chǎng)地填充或原始土壤。只要材料的單位重量不大于管區(qū)所使用回填材料且壓實(shí)良好，最終回填材料對(duì)管道性能的影響很小。在本項(xiàng)目中采用場(chǎng)地中的粗顆粒砂土作為非管區(qū)回填的材料。

當(dāng)存在地下水或地表水沖刷到地下的情況時(shí)，需要用土工布鋪設(shè)在管區(qū)上方以防止非管區(qū)回填材料中的細(xì)粒遷移到管區(qū)回填的材料縫隙中。

在進(jìn)行回填材料夯實(shí)時(shí)，管道周圍150 mm的范圍內(nèi)回填工作必須采用人工夯實(shí)，在距離管道大于150 mm的范圍內(nèi)可以使用手動(dòng)平板夯實(shí)機(jī)，輕型機(jī)械振動(dòng)夯實(shí)機(jī)只可用于距離管道大于600 mm的回填區(qū)域。管溝回填最終的壓實(shí)度應(yīng)大于95%。

2.4 交通荷載保護(hù)

FRP管道在施工期間通常都要受到比在正常使用過(guò)程中更為苛刻的載荷壓力。一般在施工期間為埋地FRP管道提供的保護(hù)措施有：在交通繁忙的車道下的管道使用混凝土保護(hù)塊或套管，管道上方安裝荷載承受板，在管道附近增加臨時(shí)支撐，以盡量減少管道上的荷載。

2.5 止推塊

由于止推塊和管道之間可能有不均勻沉降，應(yīng)盡可能減少止推塊的使用。如果FRP管線應(yīng)力計(jì)算后需要止推塊，則應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸安裝?；炷翂K應(yīng)保證的受力完全傳遞到承載土壤。支墩應(yīng)包裹住管件，或包裹住至少300 mm的長(zhǎng)或直徑（取較大者）一半的管道。在支墩末端的管道周圍應(yīng)包裹橡膠以減少應(yīng)力。在混凝土完全固化之前，不得對(duì)管道進(jìn)行測(cè)試或?qū)⑵渫度胧褂谩．?dāng)管道鋪設(shè)縱向角度大于15°時(shí)應(yīng)自下而上安裝并進(jìn)行錨固[4]。

在本項(xiàng)目中的消防栓地下管道的設(shè)計(jì)中，F(xiàn)RP管道分支口均在彎頭下設(shè)有混凝土塊支座，以防止沉降、熱膨脹和開啟消防栓后的反作用力而導(dǎo)致的管道破損。

2.6 混凝土套管

當(dāng)使用混凝土套管時(shí)，應(yīng)通過(guò)用橡膠包裹FRP管道來(lái)減少接口處的應(yīng)力，防止管道機(jī)械損傷?？梢栽诨炷撂坠艿哪┒诉B接柔性接頭或提供適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)支撐，以減輕管道與套管間的不均勻沉降。

2.7 閥門井

當(dāng)FRP管道穿過(guò)閥門井時(shí)，井壁開孔尺寸應(yīng)大于管徑的150%并安裝柔性接頭。開孔口應(yīng)做到密封防水。閥門井內(nèi)應(yīng)設(shè)卡環(huán)、支墩等固定閥門的措施。

3 管道撓度檢測(cè)和壓力試驗(yàn)

3.1 管道撓度檢測(cè)

對(duì)于直徑較大（通常為大于等于1 200 mm）的FRP管道，應(yīng)在回填和排水系統(tǒng)拆除完成后的24 h內(nèi)測(cè)量垂直和水平撓度。應(yīng)在每根管道的中心、接頭處以及沿管道長(zhǎng)度每間隔不超過(guò)5 m 設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)。管道不允許出現(xiàn)隆起、扁平和局部變形。為了保障長(zhǎng)期撓度不應(yīng)超過(guò)2.5%，初始撓度不應(yīng)超過(guò)1.6%。

3.2 水壓試驗(yàn)

由于FRP管道的材質(zhì)與安裝的特殊性，其水壓試驗(yàn)的步驟與國(guó)內(nèi)鋼管試壓步驟不同。

在對(duì)系統(tǒng)加壓之前，地下FRP管道上應(yīng)有至少500 mm 厚度的回填土且所有接頭應(yīng)暴露，以便在水壓試驗(yàn)期間進(jìn)行檢查是否有泄漏或裂縫。在進(jìn)行水壓試驗(yàn)之前，應(yīng)對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)進(jìn)行清洗。本項(xiàng)目中FRP管道制造商所要求的出廠檢驗(yàn)報(bào)告中的試壓值大于管道設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，故取管道設(shè)計(jì)壓力的1.5倍為管道試壓值。管道水壓試驗(yàn)的步驟為：

（1）將壓力提高到0.5倍試驗(yàn)壓力，穩(wěn)定0.5 h，觀察無(wú)異常情況后繼續(xù)；

（2）將壓力提高到0.8倍試驗(yàn)壓力，穩(wěn)定0.5 h，觀察無(wú)異常情況后繼續(xù)；

（3）將壓力升高到最終測(cè)試壓力并保持至少4 h。加壓的速度不得超過(guò)每分鐘0.2 MPa。

在加壓過(guò)程中，所有管道中的空氣應(yīng)通過(guò)排氣閥排出。在管道排水過(guò)程中，排氣閥需保持打開，直到整個(gè)排水過(guò)程結(jié)束，以防止管道中出現(xiàn)真空情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

FRP管道憑借其優(yōu)秀的耐腐蝕性、低經(jīng)濟(jì)成本和運(yùn)行成本以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用在海外石化工程中，且均有良好的使用效果。相信隨著FRP管設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，將在國(guó)內(nèi)沿海地區(qū)和土壤腐蝕性較強(qiáng)的地區(qū)以及輸送海水等較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的工程項(xiàng)目中得到更廣泛的應(yīng)用。