冷震
濟寧供水集團總公司

　　摘要： 分析了PE管的特性、水力計算公式和施工技術，通過兩個工程實例驗證了其在一些特殊地段使用時的獨特優(yōu)勢，并提出了相應建議。
　　關鍵詞： PE管； 特性； 工程實例； 斷裂伸長率

　　給水用PE管（聚乙烯管）自20世紀50年代開始投入使用以來，得到了廣泛應用，材料性能也不斷改進。70年代后期至80年代末期，先后出現了PE80、PE100等材料，材料性能有了很大提高。我國自90年代以來尤其是近幾年，隨著外資和先進技術的引進，PE管的生產日趨成熟，2000年5月1日頒布了國家標準《給水用聚乙烯管（PE）管材》（GB/T13663-2000），這為PE管的普及推廣奠定了良好的基礎。目前在給水工程中，PE管憑其自身獨特的優(yōu)勢，越來越受到用戶們的青睞。

1 PE管的特性

　　給水常用PE管一般分PE63、PE80、PE100三個等級，是根據其原料樹脂對應的長期靜液壓強度MRS劃分的：PE63為6.3MPa，PE80為8.0MPa，PE100為10.0MPa。PE63管材不宜用于埋地管道，因此城鎮(zhèn)給水管道一般選用PE80、PE100管材。管材重量為950～960kg/m³，管徑規(guī)格20～1000mm，直管標準長度一般為12m，小口徑管材（63mm以下）一般以盤管來供應。
　　與其它管材相比，PE管具有如下特性：
1.1 連接可靠、不泄漏
　　PE管道主要采用熱熔連接或電熔連接，保證接口與管體本身的同一性，實現了接頭與管材的一體化，試驗證實，其接口的抗拉強度及抗爆破強度均高于管材本體，可有效地抵抗內壓力產生的環(huán)向應力及軸向的拉伸應力。這就降低了PE管的正常運行、維護和管理費。
1.2 內壁光滑，管道水力條件好，水頭損失小
　　PE管內壁絕對粗糙度K＝0.01，而新的鋼管、球墨鑄鐵管K＝0.06，金屬管道的摩阻系數顯然高于PE管，并且會隨著時間的推移而逐漸增加，而PE管的K值變化很小。PE管這種光滑的表面和非黏附特性降低了管路的壓力損失和輸水能耗。
1.3 柔韌性好
　　斷裂伸長率350％以上，可隨地形變化，對基礎要求較低，增加了對管道基礎不均勻沉降的適應能力，并可節(jié)省大量的彎頭等配件。這種特性增加了它的使用場合和施工方法，除了采用傳統(tǒng)的開槽施工外，還可以采用非開挖技術，如頂管、定向鉆孔、襯管、裂管等方式進行施工，這對于一些不允許開挖的地段是一個很好的選擇。
1.4 重量輕，運輸、安裝方便
　　PE管比混凝土管道、鑄鐵管、鋼管輕，其施工不需大型吊裝設備，減輕了施工人員的勞動強度。因此PE管一般在溝外焊接成長長的一段后一次放入溝內，故可適當減小管溝的寬度，降低土方工程費用。
1.5 衛(wèi)生性能良好
　　PE管加工時不添加重金屬穩(wěn)定劑，材質無毒性，長時間運行后，不結垢，不滋生藻類和細菌，較好地解決了城市飲用水二次污染的問題?；瘜W穩(wěn)定性好，抗各種酸、堿的腐蝕。
1.6 抗應力開裂性能好
　　PE管具有較低的缺口敏感性、高的剪切強度和優(yōu)異的抗痕能力，而且耐環(huán)境應力開裂，耐老化性好。
1.7 價格適中
　　單從管材價格看，DN400以下PE管低于鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管，與鋼套筒混凝土管相當，DN400以上大口徑由于擠壓成形的難度較大，生產成本相對較高，價格高于鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼套筒混凝土管。但由于PE管質輕，大大降低了安裝和土方費用，從綜合造價看，DN400以下PE管低于鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、鋼套筒混凝土管，管徑越小，越明顯；DN400以上PE管低于或接近于鋼管、球墨鑄鐵管，稍低于玻璃鋼管、鋼套筒混凝土管。

2 水力計算

2.1 沿程水頭損失
　　PE管沿程水頭損失可按海曾－威廉（A.Hazen，G.S.Willams）公式計算：

　　h=(10.67Q^1.852l/C^1.852D^4.87)　　　　　　　　　　（1）

　　式中：l ——管段長度，m；
　　　　　D——管道計算內徑，m；
　　　　　Q——流量，m³/s；
　　　　　C ——謝才系數。

　　PE管謝才系數C取150，則（1）變?yōu)椋?/p>

　　h=9.95×10^-4(Q^1.852l/D^4.87)　　　　　　　　　　（2）

2.2局部水頭損失
　　為簡化計算，局部水頭損失可按管道沿程水頭損失百分比計算：
2.2.1 政管道按8～15％，長距離輸水管線時取低限值；
2.2.2住宅小區(qū)、生產區(qū)管網按10～20％，根據規(guī)模、地形等因素確定百分比的大小。

3 管道施工

3.1 管道連接
　　管道連接技術的優(yōu)劣，直接關系到管道系統(tǒng)的運行效果和使用壽命。PE管有熱熔連接、電熔連接和鋼塑連接三種連接方式。
3.1.1 熱熔連接
　　熱熔連接是采用熱熔焊機將兩根待連接管道的端面進行加熱，使其熔化，然后迅速將其貼合，保持一定的壓力，經冷卻后達到熔接的目的。該方法經濟，連接費用低，安全可靠，由于接口處壁厚增加，其接口在承壓和承拉時均比管材本身強度高。各種管徑的PE管均可采用這種連接方式，但焊接設備費用高。
3.1.2 電熔連接
　　電熔連接是通過對預埋在電熔管材內的電熱絲通電使其加熱，從而使其內外表面分別被熔化連接，冷卻后達到焊接的目的。該方法連接方便、迅速、接頭質量好，外界干擾小。但這種連接方式造價高，因管材內必需預置地熱絲，一般用于口徑較小的管道上（直徑小于或等于63㎜的管材）。
3.1.3 鋼塑連接
　　PE管道在和其它管材或閥門等附件連接時，采用鋼塑過渡接頭或鋼塑法蘭連接。對于小口徑的管道（直徑小于或等于63㎜），一般采用一體式鋼塑過渡接頭，對于大口徑的管道（直徑大于63㎜），一般采用鋼塑法蘭連接。
3.2 管道敷設
　　敷設時應充分利用其良好撓性，在地面上連接，然后用軟帶吊具直接放入溝槽內。由于PE管材料本身的線膨脹系數較大，受地溫的影響管材長度會發(fā)生較大變化，因此d_n110以下的埋地管道宜蜿蜒狀敷設，以抵消熱脹冷縮的影響，但d_n110以上的管道有充分的土壤阻力抵消溫度變化應力，可直接敷設，無需預留管長。利用管材柔性自然彎曲改變走向時，其彎曲半徑不應小于25倍的管材外徑。穿越鐵路、公路、河流、城市主要道路的管道，穿越施工前應對連接好的管道進行強度試驗和嚴密性試驗。管道在現場拖動時，尤其是非開挖定向鉆孔施工時，一定要保證最大拖曳力（牽引力）不得大于（3）式計算出的F值，否則應考慮減少管道拖動長度（即焊接長度），或加大管材強度：

　　F=(14πd_n²)/(3×SDR)（3）

　　式中：F——最大拖曳力，N；
　　 d_n—— 管道公稱外徑，m；
　　　　　SDR——標準尺寸比，即管材公稱外徑與壁厚的比值。

　　SDR反映了管材的強度，管材外徑一定的情況下，管壁越厚，SDR值越小，強度越大。
3.3 溝槽開挖與回填
　　由于管道在地面上連接，可減小管溝底部的開挖寬度，d_n315（包括d_n315）以下的管道槽底最小寬度可按d_n＋400mm開挖，d_n315以上的管道槽底最小寬度可按d_n＋500mm開挖。溝槽深度應按設計標高開挖，管道基礎不用墊砂，原土層即可，但溝底如遇有塊石等堅硬物體時，應挖至設計標高以下150～200mm，然后鋪上砂或細狀原土，整平夯實。
　　管道安裝完成后，經隱蔽工程驗收，應及時分層夯實回填?；靥钜话阌猛诔龅脑?，管道外側及管頂以上0.5m內的回填土不得含有碎石、磚塊等硬物，此段必須人工回填，管頂0.5m以上的回填土可采用機械回填?；靥蠲軐嵍炔粦∮?0％。管道試壓合格后的大面積回填，應在管道內充滿水的情況下進行，管道敷設后不宜長時間處于空管狀態(tài)。
3.4 施工中的注意事項
3.4.1 PE管相對于金屬管道剛性低，在運輸、安裝過程中注意文明施工，避免材料損傷。
3.4.2 由于PE管耐候性差，尤其是未加炭黑等紫外線吸收劑的管材，在陽光的直接照射下容易老化。因此應在施工時盡量避免高溫下施工，如果無法避免，應在管道安裝試壓后立即回填。
3.4.3　PE管的密度小于水的密度，當溝槽積水時極易發(fā)生浮管問題，因此在雨季或地下水位以下施工時，應做好溝槽的排水工作。
3.4.4 熱熔對接時焊接面要平行，管材切割要平整，圓度不夠或壁厚不均勻時，焊接的管道不在同一軸線上的焊口在管道運行時容易泄漏。因此，焊接前要仔細檢查管材，除圓度和壁厚，還要檢查管材內不應有斷絲或燒絲不均現象。
3.4.5 所有的PE焊接接頭，均應自然冷卻。冷卻期間，不允許移動管接頭，移走夾具，不應對管接頭施加任何外力。
3.4.6 在定向鉆孔牽引管道（牽引非開挖施工）前一定要根據（3）式計算牽引管道的最大牽引力是否小于PE管相應標準尺寸比對應的最大拖曳力F，如果大于最大拖曳力，則應采用強度更高的PE管或變換牽引位置等措施，否則即使管道牽引過去，但管道的結構已受損，強度降低，埋下了事故隱患。

4 應用工程實例

　　正是由于PE管的良好特性，使其在供水工程中應用越來越廣泛。尤其在一些特殊地段、特殊場合使用了PE管，收到了非常理想的效果。
4.1 山東里彥電廠輸水管線工程
　　山東里彥電廠輸水管線工程是山東里能集團里彥電廠二期續(xù)建補水工程，北起王因水源地，南至濟鄒公路，管線絕大部分在農田，中間穿越幾個村莊，全長15161米，管徑DN600，其中從王因水源地到雪花集團4727米，管材采用球墨鑄鐵管，從雪花集團到濟鄒公路10434米，管材采用PE100管，壓力等級0.60MPa。工程2002年施工，從綜合造價上說，PE管要比球墨鑄鐵管高，之所以采用兩種管材，未全部采用球墨鑄鐵管，是因為從雪花集團到濟鄒公路這一地段全屬挖煤區(qū)，將來有局部地表塌陷的可能，根據地礦部門提供的資料，最大塌陷可達2米。這一地段設計時考慮了兩種方案：方案一是采用焊接鋼管，每隔50米安裝一個波紋補償器（或金屬波形軟管），法蘭連接，但是波紋補償器造價高，每個7000元左右，管道、管件焊接工作量大，安裝工作量大，勞動強度高，工期長，并且鋼管不耐腐蝕。方案二是采用PE管。PE管屬于柔性管道，可撓性好，對基礎適應能力強，斷裂伸長率350％以上，管基發(fā)生不均勻沉降和錯位時也不易損壞，這在云南保山地震、大姚地震、日本神戶地震及西北濕陷性黃土地區(qū)已經得到了驗證，適合煤區(qū)塌陷區(qū)；并且內壁光滑，水頭損失小，降低了水源地水泵揚程，節(jié)省了動力費用。此段管材最終選用PE管。2003年5月工程竣工后，管線運行較好，無事故發(fā)生。
4.2 濟寧九九大道過洸府河管道工程
　　工程位于濟寧市九九大道洸府河凱賽大橋北6米，大橋兩邊的管道兩年前已鋪設完成，均為DN600球墨鑄鐵管，但在洸府河處一直未貫通。由于規(guī)劃部門不同意采用管橋高架管道，只能地下穿河敷設，工程選用了定向鉆孔非開挖法，其效率高，工期短，造價低，能精確地控制管道的方向、埋深。首先采用水平定向鉆機在二灘處開始鉆孔，通過河床底部，到達對岸的二灘，然后采用切割刀進行預擴孔，接著將準備好的管道回拖牽引，即完成，牽引軌跡呈圓弧形。由于牽引的弧度比較大，河底管道最深處距二灘管道高差6米，要求管材具有較好的柔韌性，通過各種管材的性能比較，只有PE管比較適合，故管材選用了PE100管，壓力等級1.0MPa。在地面將其熱熔焊接成長長的管段后，一次入坑牽引，管線全長360米，牽引部分長180米，從施工和后來運行的效果看，都很理想。

5 建議

5.1 嚴格控制管材進貨質量
　　目前生產PE管的廠家很多，市場不規(guī)范，質量良莠不齊，價格差別也較大。很多業(yè)主招標時有過這樣的經歷，同一規(guī)格的管材，有時廠家報價差距很大，甚至有的低的離譜，這樣的廠家生產的管材質量很難保證，因此價格和質量應一并考慮。根據筆者了解，有一些廠家規(guī)模很小，中標后無力生產，只能買其它的廠家管材，再轉手賣給業(yè)主。因此招標前，業(yè)主、設計等部門最好能對投標廠家進行實地考察，了解廠家的規(guī)模、實力，而不要只相信廠家提供的宣傳材料，只有這樣，才能既控制了價格，又保證了管材質量。
5.2 敷設警示帶
　　為避免在日后運行中，不受到人為的意外破壞（道路或其它工程施工開挖時不慎破壞），應在管道的上方設立一條警示帶，警示帶宜為黃色，其上寫有醒目的提示字樣，鋪設在管道上方0.5米處，寬度200㎜左右。警示帶可為布質，涂刷（或浸泡）樹脂或采用化學方法處理，能抗擊土壤中化學物質的腐蝕。
5.3 敷設金屬跟蹤線
　　由于PE管是絕緣體，不能象金屬管道一樣進行地下管線的探測，為方便日后維護管理工作，在PE管鋪設時，宜隨著管道走向埋設金屬跟蹤線，以便將來方便尋找管道。目前金屬跟蹤線一般采用電線等包覆金屬絲，可以與警示帶一起敷設，也可單獨敷設。

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