冷震
濟(jì)寧供水集團(tuán)總公司

　　摘要： 分析了PE管的特性、水力計(jì)算公式和施工技術(shù)，通過兩個(gè)工程實(shí)例驗(yàn)證了其在一些特殊地段使用時(shí)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并提出了相應(yīng)建議。
　　關(guān)鍵詞： PE管； 特性； 工程實(shí)例； 斷裂伸長(zhǎng)率

　　給水用PE管（聚乙烯管）自20世紀(jì)50年代開始投入使用以來(lái)，得到了廣泛應(yīng)用，材料性能也不斷改進(jìn)。70年代后期至80年代末期，先后出現(xiàn)了PE80、PE100等材料，材料性能有了很大提高。我國(guó)自90年代以來(lái)尤其是近幾年，隨著外資和先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，PE管的生產(chǎn)日趨成熟，2000年5月1日頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(chǔ)。目前在給水工程中，PE管憑其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)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(gè)等級(jí)，是根據(jù)其原料樹脂對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度一般為12m，小口徑管材（63mm以下）一般以盤管來(lái)供應(yīng)。
　　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(shí)現(xiàn)了接頭與管材的一體化，試驗(yàn)證實(shí)，其接口的抗拉強(qiáng)度及抗爆破強(qiáng)度均高于管材本體，可有效地抵抗內(nèi)壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力及軸向的拉伸應(yīng)力。這就降低了PE管的正常運(yùn)行、維護(hù)和管理費(fèi)。
1.2 內(nèi)壁光滑，管道水力條件好，水頭損失小
　　PE管內(nèi)壁絕對(duì)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(shù)顯然高于PE管，并且會(huì)隨著時(shí)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(zhǎng)率350％以上，可隨地形變化，對(duì)基礎(chǔ)要求較低，增加了對(duì)管道基礎(chǔ)不均勻沉降的適應(yīng)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(chǎng)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(shù)，如頂管、定向鉆孔、襯管、裂管等方式進(jìn)行施工，這對(duì)于一些不允許開挖的地段是一個(gè)很好的選擇。
1.4 重量輕，運(yùn)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(shè)備，減輕了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此PE管一般在溝外焊接成長(zhǎng)長(zhǎng)的一段后一次放入溝內(nèi)，故可適當(dāng)減小管溝的寬度，降低土方工程費(fèi)用。
1.5 衛(wèi)生性能良好
　　PE管加工時(shí)不添加重金屬穩(wěn)定劑，材質(zhì)無(wú)毒性，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，不結(jié)垢，不滋生藻類和細(xì)菌，較好地解決了城市飲用水二次污染的問題。化學(xué)穩(wěn)定性好，抗各種酸、堿的腐蝕。
1.6 抗應(yīng)力開裂性能好
　　PE管具有較低的缺口敏感性、高的剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的抗痕能力，而且耐環(huán)境應(yīng)力開裂，耐老化性好。
1.7 價(jià)格適中
　　單從管材價(jià)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(dāng)，DN400以上大口徑由于擠壓成形的難度較大，生產(chǎn)成本相對(duì)較高，價(jià)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(zhì)輕，大大降低了安裝和土方費(fèi)用，從綜合造價(jià)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(jì)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(jì)算：

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

　　式中：l ——管段長(zhǎng)度，m；
　　　　　D——管道計(jì)算內(nèi)徑，m；
　　　　　Q——流量，m³/s；
　　　　　C ——謝才系數(shù)。

　　PE管謝才系數(shù)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(jiǎn)化計(jì)算，局部水頭損失可按管道沿程水頭損失百分比計(jì)算：
2.2.1 政管道按8～15％，長(zhǎng)距離輸水管線時(shí)取低限值；
2.2.2住宅小區(qū)、生產(chǎn)區(qū)管網(wǎng)按10～20％，根據(jù)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(shù)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到管道系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)將兩根待連接管道的端面進(jìn)行加熱，使其熔化，然后迅速將其貼合，保持一定的壓力，經(jīng)冷卻后達(dá)到熔接的目的。該方法經(jīng)濟(jì)，連接費(fèi)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(shí)均比管材本身強(qiáng)度高。各種管徑的PE管均可采用這種連接方式，但焊接設(shè)備費(fèi)用高。
3.1.2 電熔連接
　　電熔連接是通過對(duì)預(yù)埋在電熔管材內(nèi)的電熱絲通電使其加熱，從而使其內(nèi)外表面分別被熔化連接，冷卻后達(dá)到焊接的目的。該方法連接方便、迅速、接頭質(zhì)量好，外界干擾小。但這種連接方式造價(jià)高，因管材內(nèi)必需預(yù)置地?zé)峤z，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(shí)，采用鋼塑過渡接頭或鋼塑法蘭連接。對(duì)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(duì)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(shè)
　　敷設(shè)時(shí)應(yīng)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(nèi)。由于PE管材料本身的線膨脹系數(shù)較大，受地溫的影響管材長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生較大變化，因此d_n110以下的埋地管道宜蜿蜒狀敷設(shè)，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(yīng)力，可直接敷設(shè)，無(wú)需預(yù)留管長(zhǎng)。利用管材柔性自然彎曲改變走向時(shí)，其彎曲半徑不應(yīng)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(yīng)對(duì)連接好的管道進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。管道在現(xiàn)場(chǎng)拖動(dòng)時(shí)，尤其是非開挖定向鉆孔施工時(shí)，一定要保證最大拖曳力（牽引力）不得大于（3）式計(jì)算出的F值，否則應(yīng)考慮減少管道拖動(dòng)長(zhǎng)度（即焊接長(zhǎng)度），或加大管材強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)尺寸比，即管材公稱外徑與壁厚的比值。

　　SDR反映了管材的強(qiáng)度，管材外徑一定的情況下，管壁越厚，SDR值越小，強(qiáng)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(yīng)按設(shè)計(jì)標(biāo)高開挖，管道基礎(chǔ)不用墊砂，原土層即可，但溝底如遇有塊石等堅(jiān)硬物體時(shí)，應(yīng)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下150～200mm，然后鋪上砂或細(xì)狀原土，整平夯實(shí)。
　　管道安裝完成后，經(jīng)隱蔽工程驗(yàn)收，應(yīng)及時(shí)分層夯實(shí)回填。回填一般用挖出的原土，管道外側(cè)及管頂以上0.5m內(nèi)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(jī)械回填。回填密實(shí)度不應(yīng)小于90％。管道試壓合格后的大面積回填，應(yīng)在管道內(nèi)充滿水的情況下進(jìn)行，管道敷設(shè)后不宜長(zhǎng)時(shí)間處于空管狀態(tài)。
3.4 施工中的注意事項(xiàng)
3.4.1 PE管相對(duì)于金屬管道剛性低，在運(yùn)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(yáng)光的直接照射下容易老化。因此應(yīng)在施工時(shí)盡量避免高溫下施工，如果無(wú)法避免，應(yīng)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(dāng)溝槽積水時(shí)極易發(fā)生浮管問題，因此在雨季或地下水位以下施工時(shí)，應(yīng)做好溝槽的排水工作。
3.4.4 熱熔對(duì)接時(shí)焊接面要平行，管材切割要平整，圓度不夠或壁厚不均勻時(shí)，焊接的管道不在同一軸線上的焊口在管道運(yùn)行時(shí)容易泄漏。因此，焊接前要仔細(xì)檢查管材，除圓度和壁厚，還要檢查管材內(nèi)不應(yīng)有斷絲或燒絲不均現(xiàn)象。
3.4.5 所有的PE焊接接頭，均應(yīng)自然冷卻。冷卻期間，不允許移動(dòng)管接頭，移走夾具，不應(yīng)對(duì)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(jù)（3）式計(jì)算牽引管道的最大牽引力是否小于PE管相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸比對(duì)應(yīng)的最大拖曳力F，如果大于最大拖曳力，則應(yīng)采用強(qiáng)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(jié)構(gòu)已受損，強(qiáng)度降低，埋下了事故隱患。

4 應(yīng)用工程實(shí)例

　　正是由于PE管的良好特性，使其在供水工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其在一些特殊地段、特殊場(chǎng)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(tuán)里彥電廠二期續(xù)建補(bǔ)水工程，北起王因水源地，南至濟(jì)鄒公路，管線絕大部分在農(nóng)田，中間穿越幾個(gè)村莊，全長(zhǎng)15161米，管徑DN600，其中從王因水源地到雪花集團(tuán)4727米，管材采用球墨鑄鐵管，從雪花集團(tuán)到濟(jì)鄒公路10434米，管材采用PE100管，壓力等級(jí)0.60MPa。工程2002年施工，從綜合造價(jià)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?yàn)閺难┗瘓F(tuán)到濟(jì)鄒公路這一地段全屬挖煤區(qū)，將來(lái)有局部地表塌陷的可能，根據(jù)地礦部門提供的資料，最大塌陷可達(dá)2米。這一地段設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)波紋補(bǔ)償器（或金屬波形軟管），法蘭連接，但是波紋補(bǔ)償器造價(jià)高，每個(gè)7000元左右，管道、管件焊接工作量大，安裝工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工期長(zhǎng)，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(duì)基礎(chǔ)適應(yīng)能力強(qiáng)，斷裂伸長(zhǎng)率350％以上，管基發(fā)生不均勻沉降和錯(cuò)位時(shí)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(jīng)得到了驗(yàn)證，適合煤區(qū)塌陷區(qū)；并且內(nèi)壁光滑，水頭損失小，降低了水源地水泵揚(yáng)程，節(jié)省了動(dòng)力費(fèi)用。此段管材最終選用PE管。2003年5月工程竣工后，管線運(yùn)行較好，無(wú)事故發(fā)生。
4.2 濟(jì)寧九九大道過洸府河管道工程
　　工程位于濟(jì)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(shè)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(shè)，工程選用了定向鉆孔非開挖法，其效率高，工期短，造價(jià)低，能精確地控制管道的方向、埋深。首先采用水平定向鉆機(jī)在二灘處開始鉆孔，通過河床底部，到達(dá)對(duì)岸的二灘，然后采用切割刀進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，接著將準(zhǔn)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(jí)1.0MPa。在地面將其熱熔焊接成長(zhǎng)長(zhǎng)的管段后，一次入坑牽引，管線全長(zhǎng)360米，牽引部分長(zhǎng)180米，從施工和后來(lái)運(yùn)行的效果看，都很理想。

5 建議

5.1 嚴(yán)格控制管材進(jìn)貨質(zhì)量
　　目前生產(chǎn)PE管的廠家很多，市場(chǎng)不規(guī)范，質(zhì)量良莠不齊，價(jià)格差別也較大。很多業(yè)主招標(biāo)時(shí)有過這樣的經(jīng)歷，同一規(guī)格的管材，有時(shí)廠家報(bào)價(jià)差距很大，甚至有的低的離譜，這樣的廠家生產(chǎn)的管材質(zhì)量很難保證，因此價(jià)格和質(zhì)量應(yīng)一并考慮。根據(jù)筆者了解，有一些廠家規(guī)模很小，中標(biāo)后無(wú)力生產(chǎn)，只能買其它的廠家管材，再轉(zhuǎn)手賣給業(yè)主。因此招標(biāo)前，業(yè)主、設(shè)計(jì)等部門最好能對(duì)投標(biāo)廠家進(jìn)行實(shí)地考察，了解廠家的規(guī)模、實(shí)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(jià)格，又保證了管材質(zhì)量。
5.2 敷設(shè)警示帶
　　為避免在日后運(yùn)行中，不受到人為的意外破壞（道路或其它工程施工開挖時(shí)不慎破壞），應(yīng)在管道的上方設(shè)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(shè)在管道上方0.5米處，寬度200㎜左右。警示帶可為布質(zhì)，涂刷（或浸泡）樹脂或采用化學(xué)方法處理，能抗擊土壤中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
5.3 敷設(shè)金屬跟蹤線
　　由于PE管是絕緣體，不能象金屬管道一樣進(jìn)行地下管線的探測(cè)，為方便日后維護(hù)管理工作，在PE管鋪設(shè)時(shí)，宜隨著管道走向埋設(shè)金屬跟蹤線，以便將來(lái)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(shè)，也可單獨(dú)敷設(shè)。

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