玻璃鋼夾砂排水管在西安咸陽國際機場的應用

趙俊峰

(西安咸陽國際機場擴建工程建設指揮部 712035咸陽)

1、前言

    排水管道一般采用混凝土管、鋼筋混凝土管、 UPVC管等，由于混凝土管強度低、管徑小、現在很少采用，鋼筋混凝土管制造工藝簡單，價格較低、曾是我國排水管道的主要管材，但因承壓有限、易滲漏、笨重運輸施工不便，近年來隨著新型節能管材的興起，有逐漸被玻璃鋼管(大口徑)和UPVC管(小口徑)取代的趨勢。

    玻璃鋼管開發應用已有幾十年的歷史，目前我國引進和開發的生產線主要有纖維纏繞玻璃鋼管、纖維纏繞玻璃鋼夾砂排水管(以下稱玻璃鋼夾砂管)和離心成型玻璃鋼管。玻璃鋼管具有強度較高，密度小、耐腐蝕、內表面光滑、使用壽命長等優點，夾砂纏繞后的玻璃鋼管大大提高了強度，可以滿足明敷、直埋、頂管的施工需要，西安咸陽國際機場擴建工程排水工程中全部使用了玻璃鋼夾砂管，取得了成功，玻璃鋼夾砂管是一種較好的排水管材，具有廣闊的推廣前景。

2、性能及特點介紹

    2.1基本結構：

    管壁的構造：由拉伸強度很高的玻璃纖維起骨架增強作用，耐磨耐壓性較強的合成樹脂則作為基體材料粘接纖維和石英砂，使其共同起到成型和承載作用。

    內襯層、外保護層：管壁的內外表面，由玻璃纖維毯、表面毯和耐腐蝕、高強度的樹脂組成，其中纖維重量約占10％，樹脂重量約占90％。內襯層使管道形成一層密實、光滑、堅硬的外殼，以增加管道的防滲性、耐久性和耐腐蝕性。

    結構層：由交叉纏繞的玻璃纖維粗紗和分散均布的樹脂石英砂作為增強骨架、以聚酯樹脂作為粘結基體。

    2.2性能特點：

    強度：玻璃鋼管道的比重為l．75～1．90，管的環向拉伸強度為500MPa，軸向拉伸強度為320MPa，玻璃鋼管每節長度可達l2米，比混凝土管可減少三分之二的接頭，采用膠圈密封承插連接，安裝快速簡便，且免除安裝鋼管所需的焊接和除銹等煩瑣工序，施工工期縮短。

    剛度：可達1250Pa、2500Pa、3750Pa、5000Pa、10000Pa及以上。

    輸水能力：摩阻力小，輸送能力強，玻璃鋼管的內壁非常光滑，水流摩阻損失系數f=0．000915，混凝土管f=0．00232，輸送能力提高20％以上。因此，在輸送能力相同時，工程可選用內徑較小的玻璃鋼管，從而降低一次性的工程投入，具有明顯的節能效益。

    耐腐蝕：玻璃鋼管能抵抗酸、堿、鹽、海水、污水、腐蝕性土壤等，在一般情況下，鋼管使用年限為15年，鑄鐵管為30年，混凝土管為50年，玻璃鋼管為50年。

    重量輕、運輸方便：為同口徑鋼管重量的l／4，為同口徑混凝土管重量的l／10，裝卸運輸方便。

    老化：易老化是非金屬管道的共同缺陷，玻璃鋼夾砂管也不例外，在紫外線、風砂雨雪作用下可導致性能下降。

    耐溫：一般玻璃鋼夾砂管不要輸送高溫介質，因為通用性樹脂在60度以上強度明顯下降，如選用高溫樹脂制作，管道長期工作溫度可至200～300度。    層間剪切強度低：層間剪切強度靠樹脂來承擔，所以剪切強度低，但可以使用偶聯劑來提高層間黏結力，應盡量避免層間受剪。

    玻璃鋼夾砂管接頭為柔性接頭，施工簡單易操作，管體和接口以后修補方便，混凝土剛性結構接頭施工時要做混凝土墊層和幫帶，施工周期長，以后漏水下沉后維修非常困難。

    2．3管材單價比較(2002年5月市場價)    尋／M

    2.4可根據需要進行設計、適應性強：可對纏繞角度進行設計，使管道具有不同的縱向和環向強度分配；可對壁厚進行設計，使管道承受不同的內外壓；可對材料進行設計，使管道達到不同的耐腐、阻燃、絕緣等性能；可對接頭方式進行設計，適應不同的安裝條件，可對產品形狀進行設計，滿足特殊的敷設要求，個別地方可以進行手工現場制作，非常方便；可對剛度進行設計，滿足不同的荷載要求。

3、在機場使用情況

    3.1使用緣由：咸陽機場地處三級自陷性黃土地區，場區以前曾經使用過混凝土管、鋼筋混凝土管、鑄鐵管，由于接口采用了石棉水泥接口，因荷載、管基、雨水等原因，多次出現因管接口滲水、漏水導致管道上面的路面下陷坍塌、井室周圍嚴重下陷，影響了道路和建筑物的正常使用，在機場擴建工程排水管道項目中，經過認真調查研究，放棄了傳統管材的使用，全部選用了新型的玻璃鋼夾砂管管材。

    3.2用途：咸陽機場擴建工程雨污水收集管道全部采用玻璃鋼夾砂管，直埋施工的采用剛度為7500Pa的管材，管長6米、最長用至l2米，管徑DN300～ DNl200，總共使用14公里；管道穿過道路和埋深大難以大開挖施工的地方，采用了頂管施工，采用剛度為10000Pa，管徑DNl000一DN2000，管長3米~4米，總共使用l．5公里。

    3.3施工：

    3.3.1直埋：

    A．管道基礎：采用300mm厚3：7灰土，15cm粗砂基礎(粗砂塢膀至管頂)。

    B．接口：管道和管道間采用承插接口，雙膠圈密封；管道和井(構筑物)的接頭采用雙道遇水膨脹橡膠圈密封；由于管道和井(構筑物)之間一般均有較大的沉降差，因此，為保證管線的安全運行，在構筑物外邊緣設置了短管，以抵消沉降。

    c．回填：安裝完成后，應及時回填，減少露槽時間，第一防止雨季雨水所造成的漂管發生，第二起隔溫和保護的作用，防止環境溫度、和外界破壞管道。為了減小管道的豎項變形，應采用粒狀材料且應能達到一定的密實度的材料，這樣管區回填土就具有較高的壓縮模量，粒狀回填材料最好選用中粗砂、礫石粉、粉煤灰、碎石屑等，由于中粗砂容易得到、粒徑容易控制，機場采用了中粗砂材料回填至管道頂面，禁止采用淤泥、有機土、動土、及粒狀大于l0mm的碎石和磚塊(回填應留出接口處)。

    D．管道變形：管道埋設覆土到設計標高后，應在24小時內測量檢驗管道的初始的變形。

    管道豎向變形可按以下公式計算：

    δ(Dn一Dnl)／(D。+t)

    式中：Dn管道內直徑，mm；

    Dnl-管道變形后的豎向內直徑，mm； t-管壁厚度，mm。

    當豎向變形超過8時，應更換成新管材再按規定重新安裝回填；當豎向變形超過3小于8時，應挖出管子檢查，管子有損傷應進行修復或更換后再按規定重新安裝回填。

    E．灌水試驗：由于機場使用的管道管徑比較大、管線長、同時開工的管段多，如果按排水管道施工規范，需要逐段做灌水試驗，這樣需要大量的施工用水且施工周期長，玻璃鋼夾砂管采用承插接口，雙膠圈密封，我們要求每根管材在出廠前通過水壓滲漏試驗且埋設安裝后無明顯損傷，對單口進行水壓試驗，試驗壓力為0．2MPa，管道和井室連接處，封堵井內管口，單井注水試驗，24小時連接處無滲點為合格。

    3.3.2頂管：傳統市政排水頂管的管材多采用鋼筋混凝土管，由于混凝土管的自重很大，在頂管過程中造成了許多的困難，輕質高強的玻璃鋼夾砂管，具有足夠的環向(500MPa)和軸向(320MPa)強度，并在同等管徑下，玻璃鋼夾砂管為鋼筋混凝土管重量的l／15—1／10，(如果考慮到同等流量，可采用比混凝土管小1-3個等級直徑的玻璃鋼管，則玻璃鋼管的重量比混凝土管的重量更輕)因此，采用玻璃鋼夾砂管頂管具有施工難度小、土方量小、頂進效率高、容易糾偏、一次頂進長度長等優點，機場頂管采用長度4米(也可根據需要制作長度)、剛度10000N／M2的管道，接口連接環采用3-8mm厚(D≤1200板厚3mm、1200< D≥2200板厚6mm、D>2200板厚8mm)，寬200—300mm的鋼板制作，管與管間采用5mm厚的橡膠墊，在管內對接頭處采用膠泥粘接封水，膠泥由樹脂、石英砂和碳酸鈣調制而成。

4、注意事項

    雖然玻璃鋼夾砂管有諸多優點，但因其有易老化、長期耐溫性差、層間剪切強度低的缺點，設計、施工應根據輸送介質、使用環境等條件具體問題具體分析，慎重選用和施工。

    4.1在輸送介質允許的前提下，設計是盡量采用埋地敷設，如要架空明設應在外面設計保護層；運輸、堆放時根據時間長短應采取防紫外線和雨雪措施，避免老化。

    4.2安裝前對每根管子和橡膠圈的逐個進行外觀檢查，檢查有無損傷和缺陷，同時應重視管端的橢圓度和管端膠圈槽。

    4.3在運輸和下管時要注意對管材的保護，避免被銳器和鈍器刺傷砸傷，回填時應根據管件剛度通過計算確定壓實機械的噸位，如不計算可按下述要求回填，在管道上方1米厚度范圍內不得采用重型機械進行夯實，可采用l00kg蛙式打夯機夯實，管上覆土l米以上且密實度達到要求時可用不超過l0噸的壓路機碾壓，速度控制在2Km／h，防止管道過度變形。

    4.4如果不進行灌水試驗，只做單I：1水壓試驗的工程，應要求供貨單位每根管材在出廠前必須進行水壓滲漏試驗，確保全部管道無滲漏。

5、結論

    玻璃鋼夾砂管在機場擴建工程經過一年的使用，未發現有斷裂、漏水的情況，使用效果滿意，在陜西省和民航總局組織的竣工驗收中該工程被評為優良工程。玻璃鋼夾砂管是一種新型的給排水管材，該管材與混凝土管、鑄鐵管和UPVC管相比具有較多的優點和突出特點，具有廣闊的發展前景。由于至今國家沒有有關施工和驗收規范，各地在一定工程范圍內摸索使用，玻璃鋼夾砂管在西安咸陽國際機場排水工程中的應用，為該管材在失陷性黃土地區推廣使用提供了成功的范例，也積累了一定的經驗，建議有關部門盡快出臺相關規范和國標，規范制造、設計和施工行為，使玻璃鋼管發揮更大的作用和社會效益。

參考文獻：

【1】《給水排水管道工程施工及驗收規范實施手冊》中國建筑工業出版社。

【2】《實用給水排水工程施工手冊》中國建筑工業出版社。

【3】《室外排水工程規范》中國建筑工業出版社。

【4】《玻璃纖維增強塑料夾砂排水管道施工及驗收規程》上海市市政工程管理局。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)