预应力混凝土输水管线分段水压试验方案设计

2015-04-07韩成东

四川水泥 2015年10期

关键词：渗水量输水管线水压试验

韩成东

（吉林电力管道工程总公司）

预应力混凝土输水管线分段水压试验方案设计

韩成东

（吉林电力管道工程总公司）

在输水管线安装工程施工过程中，为检验已安装管道的强度、严密性是否满足设计要求，确保工程质量，必须分段进行水压试验，避免整体通水运行后管线渗漏、爆裂。因此，必须按照施工图纸及图纸的要求，进行水压试验方案的设计，以指导水压试验全过程，达到试验目的。

输水管线；分段；水压试验方案

在某预应力混凝土输水管线安装工程施工过程中，主管道为DN3200的PCCP管（预应力混凝土钢衬筒管）或钢管，试验段管道设计工作压力1.6MPa，根据合同文件及规范GB50268相关要求，确定水压试验压力为1.9MPa。按设计及规范要求，试验长度不大于1km。要求试压前管道内无水并经过清扫，对每道管口接口质量、管材质量全面进行联合检查。

水压试验计划需时25天。

一、管道上下游止推力设计

1.设计参数

管道与土壤摩擦系数取0.2。地下水位按管底标高下0.5m考虑（如管底水位高，安装标止推段需进行降水），土壤容重ω取1.8t/m3。试验压力为1.6+0.3Mpa。

管道统一按最小壁厚260mm考虑重量。管道按壁厚260mm，双缠丝管道计算，外径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吨/m。

水压试验时，止推段管道内充满水，水重Ww=π*(3.2/2)2*1=8.042t/m

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

2.设计计算

管道水压试验采用两侧已安装完成的管道作为止推靠背，止推段管内按照无水计算。

（1）打压管处推力T=PA

其中T：打压管处不平衡推力

P：压力，本工程取用检验压力，工压+0.3Mpa

A：管道过水面积

（2）止推段每米管道的摩擦力为f

每米管道上下侧所受土壤摩擦力为f，不平衡推力为T

则有：f=μ（2We+Ww+Wp）

其中：μ：管道与土壤摩擦系数，取0.2

We：管道所受土荷载，

Ww：管内水重，取0

Wp：管道重量，

为保证管线安全：f≥T

所以，打压管一侧止推段管道限制长度L ，L≥PA/μ（2We+Ww+Wp）

3.计算成果

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

L≥271.915m，按照每节管道5m计算，单侧需确保止推管道55节。

二、PCCP接口允许最大压力计算

允许最大压力按CECS246-2008《给水排水工程顶管技术规程》并参考美国标准ASCE27-00《预制混凝土管顶管设计规范》,假定顶力存在偏心，管道截面压应力呈三角形分布，管道一侧为0，另一侧受力最大，公式如下：

式中：

Fdc：允许顶力设计值（N）

f1：混凝土材料受压强度折减系数，取0.9；f2：偏心受压强度提高系数，取1.05；

f3：材料脆性系数，取0.85；

f5：混凝土强度标准调整系数，取0.79；

Qd ：活载分项系数，取1.0；

γQd：活载分项系数，取1.0；

水压试验时仅考虑用PCCP外圈混凝土（不考虑保护层）来平衡顶推力PCCP承压面外直径， Dw：=管芯外径=3400+2*255=3910mm

PCCP承压面内直径， Dn：=承口导坡直径=3553+2*10=3573mm

fc：混凝土轴心抗压设计强度（MPa），C50级砼， fc=23.1MPa

经计算，允许顶力F =23260kN（2326吨）＞T=14872.1 kN

另外，水压试验时接口灌缝的砂浆实际强度应不低于：

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

三、水压试验实施过程

试验前，必须将试压段管道两侧至管顶以上500mm的土方回填分层夯实，管线的镇墩与锚固结构等均完成并达到强度后才能进行。确保试验压力和试验方法均符合《给水排水管道工程施工及验收规范》。

（一）试压前的准备工作

1.水源选择

必须选择符合相关标准或设计要求的水压试验用水，同时确保水源的供水量，水压长度为1000m，PCCP管道DN3200，需水量为8038m3。

2.注水升压地点及方法

选择排气三通或靠背打压管件处。打压设备连接完成后，采用水泵通过注水点注水球阀向管内注水，同时打开各个排气球阀，使管内空气排出。管内注满水后，关闭排气球阀，将升压泵与注水球阀连接，进行升压注水。

3.水泵的选型

根据进度要求选择5台4寸水泵（1台备用）、型号为WQX12.5-100/7.5。为减少余留空气量及水锤压力，充水流量均控制在小于0.5m3/s。升压时采用150QJ10-250/31-13水泵进行。供电设备选择2台50kw柴油发电机。

4.测压表安装位置

压力表采用弹簧压力计，精度不低于1.5级，量程为0-3.0MPa，表壳的公称直径150mm，共准备压力表4套，使用前需到当地质量监督部门进行率定确保合格。在排气三通上各安装压力表一个，安装孔均设置球阀，以防止压力表出现故障。各个压力表读数需按照所处高程进行相应换算，以确保试验压力的统一。

5.封堵措施

采用20mm厚国标钢板进行封堵（盲板），在上水管适当位置安装水表，作为计量补水器具。管道安装检查合格后,对整个水压试验系统进行检查,发现问题及时整改，确保试压系统的严密性。

（二）试验方法

根据合同要求，按照《给排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)，采用允许压降值法和渗水量法同时检查水压试验结果。

1.允许压降值法

水压试验强度试验与严密性试验同时进行，严密性试验即确定检查管道的强度试验。严密性试验分为预试验阶段和主试验阶段。

（1）预试验阶段

在管道注满水并经过72h浸泡后开始，升压需缓缓逐级升至试验压力，并稳压30min（为保持压力允许向管内注水），检查接口、配件、管身等无破损及漏水现象。

（2）主试验阶段

在预试验阶段结束停止注水补压后，稳压15min压力下降不超过0.03Mpa时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。

2.渗水量法

采用渗水量作为最终合格判定依据时，使用注水法进行渗水量检测。注水法试验应按下列程序进行：水压升至试验压力后开始计时。每当压力下降，应及时向管道内补水，但降压不得大于0.03MPa，使管道试验压力始终保持恒定，延续时间不得少于2h，计量恒压时间内补入试验管段内的水量；根据规范最大渗水量为7.92L/(min·km)。