HDPE中空壁缠绕管施工工艺.docx

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HDPE中空壁缠绕管施工工艺

HDPE中空壁缠绕管施工工艺

在广州工程施工中，我们使用了高密度聚乙烯（HDPE——highdensitypolyethylene）中空壁缠绕管，管道最大直径为DN1800mm。

该管材属柔性接口，具有重量轻，不需制作管道砼基础，可缩短工期等特点。

施工中，根据大口径管道的接口应力大、接口易渗漏的特点及HDPE材料热膨胀系数大，管口易变形等新型管材性能，管沟挖深大、地下水丰富等环境条件，采取了内外热收缩带密封，外电热熔带连接密封，管道地面拼接、整体吊装的施工方案，减少了地下水对接口工艺的影响，保证了施工进度和安装质量。

1.工程概况

广州，安装了排水管道19780m，采用了国内新型的HDPE对接排水管道。

地区年降雨量达1800-1900mm,管沟开挖深，地下水丰富，整个施工过程均采取了排降水措施。

2.HDPE中空壁缠绕管

2.1HDPE管道的结构形式：

高密度聚乙烯又称为低压聚乙烯，是乙烯在催化剂存在下聚合制得，可采用注射、剂出、吹塑等方法成形，具有良好的耐热性和耐寒性，力学性能优于低密度聚乙烯，耐磨性及化学性良好，能耐多种酸、碱、盐类腐蚀，吸水性和水蒸汽渗透性很低。

本次施工中使用的主要材料高密度聚乙烯排水管，是以HDPE为主要原料，以相同或不同材料作为辅助支撑结构，经热缠绕成型工艺制成的结构壁管材，对接管口、最大直径1800mm。

因管道口径大，现场地质条件复杂，供货厂商亦无安装经验可供指导。

管道壁断面图

2.2HDPE管道的物理试验性能如下表：

序号    项目    指标    实验方法

1    环刚度KN/m2    ≥8    GB/T9647

2    扁平实验（40％）   不分裂，龟裂，破损的两壁不脱开    GB/T9647

3    纵向尺寸收缩率％    ≤3    GB/T6671.2

4    落锤冲击试验    管内壁不破裂，两壁不脱开    GB/T14152

5    液压实验    不破裂，不渗漏    GB/T6111

6    连接部位密封实验    无泄漏现象    GB/T6111

环刚度，又叫环向弯曲刚度，是管道抵抗环向变形能力的量度，用测试方法或计算方法定值，单位为N/m2。

一般取直径3%变形时的测量值。

扁平试验，在径向加连续载荷，当试样在垂直方向内径变形量为原内径的40%时立即卸荷，试验过程中，载荷应没有减少，试样应无破裂。

纵向收缩率，也叫纵向回缩率，是管材试样在110℃烘箱试验后的纵向收缩比率，HDPE管道的线膨胀系数较大，该项目作为管材的一个检测项目。

以上三项试验为检测该类新型排水管性能而定的，落锤试验、液压试验为流体输送管道的常规检测项目。

3．施工工艺的确定

因工程中使用的HDPE管道型号比较低多，现以工程初期安装的DN1600mm管道作为论述对象。

3.1分析HDPE管材的特性

①管道制造时保证管道内径，平口管材，对接管口，使用电热熔联接；

②重量轻，中空壁高密度聚乙烯管约为同等长度水泥管重量的1/8；

③柔性管材及接口，不要求制作砼基础。

3.2选定安装工艺

选定确保管材连接强度和密闭性要求的连接工艺，确定管道地面连接整体吊装的施工方案。

在沟槽边平地连接管道，整体吊装就位，减少沟槽内施工条件恶劣，水、泥砂等对连接效果造成不良影响，质量控制重点放在管口的连接及处理上。

3.3确定施工流程

确定按以下工序施工：

测量放线——管沟开挖——基础砂垫层制作——检查井制作——管道拼接——管道安装——管道与井口连接——管道压腰——闭水试验——回填土

4.管道安装施工工艺

4.1沟槽开挖

管沟最深开挖达4m，土壤条件差，地下水位高，按分层组合槽开挖，将管基夯实平整，铺垫200mm的砂层，增大管道底部与基础接触面积，保护管道。

管沟开挖图

4.2管道地面拼接

4.2.1接口连接方式

HDPE中空壁缠绕管，管道接口内外使用热收缩带粘接密封，外部用电热熔固定带连接，保证接口的密闭性和足够的连接强度。

接口见下图：

管口连接图

4.2.2地面拼接

在管沟边较平坦的部位顺管沟摆放管道，并根据两井间距切割相应的长度。

管道切割可用木工切割锯，管道端部用木工刨刨平。

在管道连接部位下挖300mm深，比电热熔带宽200mm操作坑。

4.2.3热收缩带连接

管道调平对齐。

要求管道水平对正，两管道之间中线相对偏移量不大于7mm，对口间隙不大于10mm。

①准备燃汽加热装置:

液化汽罐、胶管及喷枪。

②管道连接部位擦净，管端800mm内要求无泥砂尘土。

③管道连接部位要用燃气喷枪均匀加热到80~90°C。

④将固定带胶面加热熔融后贴在管道上部，即对口缝应在管道的中部以上。

⑤将收缩带的胶面稍微加热一下，目的是去除潮气并使胶软化，收缩带的三角形尖端在定位的2/3处粘接好并压实，要求从管底部沿中间圆周加固定带，同时要加热胶面以加强胶的粘接。

收缩带的一端加成工成三角形是为了增大收缩带与管道的接触面积。

⑥当加热到尖端固定片另一尖端时，要加密封胶条将其封闭以加固收缩带端部。

⑦加热后，固定带的边缘应有少量的胶溢出，未达到此效果则应继续加热。

内壁热收缩带的操作方法同以上各步骤。

4.2.4电热熔固定带连接

①电源采用50kW发电机（DN800以下用30kW发电机），供电电缆为10mm2电缆（DN1200及以上用12mm2）。

②管道连接部位擦净，管端500mm内不得有泥砂及水气。

如有水滴、水气应使用棉布擦净，再用燃气喷枪烘干。

③将电热熔带围在管道连接位置上，有连接线的一端在里面，带的中心线与管道中心线垂直，并不得偏出接口10mm。

④用尼龙扣带（DN900以上使用）或钢扣带将电热熔带紧固在管道上。

同时将PE棒插在紧靠电热熔带的里端头部，管径在DN450以上的插入90—100mm，DN400以下的插入50mm，紧固时尽量缩小该部位空隙。

插入PE棒的目的是为了保证电热熔收缩带的端部密封严密，起填充作用。

⑤根据环境温度设置加热时间，加热曲线经检测汇总如下图：

⑥选择档位与电流

项

      目

管直径    挡位    电流范围    焊机

200~400    1（小）    12~16    PE—2004X

450~600    1（小）    16~25    

600~1000    2（大）   20~35    

1100~2000    ——    26~40    PE—2002

⑦热熔焊机通电加热。

⑧焊接完毕切断电源，摘下输出线夹子，检查带周围边与管子的间隙，然后再夹紧1/4到1/2圈。

⑨20℃以上冷却15~20分钟，20℃以下冷却10~15分钟后松开扣带。

⑩焊接完成后约10~15小时，焊接部位完全冷却固化，可移动管道，在焊接过程中或完全冷却之前移动管道将会影响焊接质量。

4.3管道吊装就位

对DN1400mm~DN1800mm管道，每次连接6m长的管道4根，共24m，可用2辆吊机抬吊就位。

吊装时，要用尼龙吊带，吊点加固，防止管道断裂。

24米DN1800mmHDPE管道重量约为2.5t，吊机的起重量及起重力臂均能满足吊装要求。

4.4沟槽内管道连接

沟槽内管道连接同前述地面上连接一样，不同点是要注意有地下水及时排除，在接口时要严禁泥、水进入接口部位。

水位应保持在管底300mm以下。

槽底部经平整后铺200mm厚的中砂或粗砂，用震动夯夯实。

管顶800mm以上用压路机分层碾压。

4.5管道与井连接

管道施工各工序中，先做好检查井，预留出管道的安装位置。

管道就位后，找正中心线及标高，用半干石棉绒水泥及油麻沿管道周围包裹宽100mm的长度，用凿子锤打密实，其余管段用C30水泥砂浆摸实。

管道与检查井连接图

4.6管沟回填

HDPE的线膨胀系数约为56×10-6/℃，约为钢材的5倍，温差较大时容易因胀缩而使尚未完全冷却固定的连接部位受到较大应力而影响连接效果，在管道安装后尽快回填压腰，在连接前后在管道上搭草帘子避免日光直晒，白天浇水降温，以减少管道长度变化。

管道压腰的另一个作用是因为该排水管相对重量较轻，抗浮性能差，要避免地下水位上升太高时漂管。

检查井间管道段的最后一个接口的连接应在早晨或傍晚，按施工要求检查管道连接及管道与检查井的连接外观质量，将土回填至管道外径的2/3高处，回填土按设计图纸进行。

  5.运行质量情况

进行闭水试验前，必须将管道接口部位的中下部及时回填密实。

作为柔性管道，悬臂结构会对管道产生巨大的径向变形，这是在实验时要避免的。

本次工程中安装的排水系统经过闭水试验，管道泄漏量低于规范规定，目前管道运行良好。

6．几点体会

在广州工程中，充分利用了HDPE中空壁排水管的各种性能，合理地安排了施工工艺及施工工序，克服了种种不利的施工环境及因素：

序号    管材性能    施工应用    备注

１    平口管材，使用电热熔联接    地面连接    减少水、泥砂等对连接效果造成不良影响

２    重量轻    整体吊装    加快进度

３    柔性管材及接口    不要求制作砼基础    两个检查井位间管段只留一个接口在沟槽内连接

４    新工艺    内外热收缩带，外加电热熔带加强密封。

HDPE管属柔性管道，与刚性管道施工中回填土要求相比无明显差异。

但对于刚性管道，通常被视为一个独立的承力结构，强度上须承受全部的内外压力；而柔性管则是“管道与填土作用”系统承力结构，即管道与填土之间，由于力的相互协调，HDPE管的回填土与管体形成个系统承力结构，胸腔回填土的密实度大于８５％，即管道与填土之间，形成双向压力，力的相互协调，使二者结合成一个高度有效的整体结构，要求胸腔回填土的密实度大于８５％。

施工中，考虑管底垫层及管道胸腔回填土的密实度，要求回填土压实到规定的密实度，即按设计或规范、标准施工，这决定了“管与土”系统的负载能力及管的径向变形率，可保证工程安全运行，这一点对于大直径管道施工尤为重要。

而对于小直径管道，则在施工时则容易的多，无须考虑回填土的密实度对管道的影响。

在现场做临时施工通道的排水时，曾用12m的DN400mm管道在不做任何基础处理，回填土不做夯实处理，埋深在400mm时，可通过重载工程车辆而保持完好。

HDPE管道从上世纪九十年代未开始从国外引进，结构形式和联接方式多种多样，本文中所提到的是其中生产工艺简单、制造成本低、易推广的一种管道。

HDPE管道使用寿命为50年，是水泥管的2倍多，大大降低了寿命周期成本，因此，在各类输排水施工中会得到广泛应用。

HDPE管道安装工艺的确定

HDPE管道的试验性能如下表：

序号    项目    指标    实验方法

1    环刚度KN/m2    ≥8    GB/T9647

2    扁平实验（40％）    不分裂，龟裂，破损的两壁不脱开    GB/T9647

3    纵向尺寸收缩率％    ≤3    GB/T6671.2

4    落锤冲击    管内壁不破裂，两壁不脱开    GB/T14152

5    液压实验    不破裂，不渗漏    GB/T6111

6    连接部位密封实验    无泄漏现象    GB/T6111

7    环境应力龟裂时间（50％龟裂时）h    ≥240

HDPE管道的物理性能：

管道壁断面图

规格

（mm）    内径mm/

外径mm    重量

（kg/m）    强度

（kgf/cm2）    5%变形量时外压

（ton/m）

300    300/338    8.4    4.0±0.3    2.7

350    350/394    12.2    4.0±0.3    3.3

400    400/450    16.9    4.0±0.3    3.7

450    450/508    21.2    4.0±0.3    4.2

500    500/562    24.2    4.0±0.3    4.6

600    600/678    32    4.0±0.3    5.5

700    700/788    50.7    4.0±0.3    6.5

800    800/900    65.9    4.0±0.3    7.4

900    900/1012    82.0    4.0±0.3    8.3

1000    1000/1124    104.2    4.0±0.3    9.2

1200    1200/1350    147.5    4.0±0.3    11.1

1500    1500/1690    211.5    4.0±0.3    14.0

1600    1000/1124    240.2    4.0±0.3    15.8

1800    1200/1350    298.7    4.0±0.3    17.1

施工工艺的确定

针对排水管道使用新材料和连接工艺进行调查研究，认真做好材料的进场检验工作，选定确保管材连接强度和密闭性要求的连接工艺，确定管道地面连接整体吊装的施工方案。

在沟槽边平地连接管道，整体吊装就位，两个检查井位间管段只留一个接口在沟槽内连接，减少沟槽内施工条件恶劣，水、泥砂等对连接效果造成不良影响。

  本工程基本确定按以下工序流程施工：

测量放线——管沟开挖——基础砂垫层制作——检查井制作——管道拼接——管道安装——管道与井口连接——管道压腰——闭水试验——回填土。

管道安装施工工艺

3.1沟槽开挖

管沟最深开挖达4m，土壤条件差，地下水位高，按分层组合槽开挖，挖方量大。

HDPE管属柔性管，可减少管道基础不匀沉降的影响，不采用砾石垫层或砼垫层，将管基夯实平整，铺垫200mm的砂层，增大管道底部与基础接触面积以保护管道。

管沟开挖图

3.2管道地面拼接

3.2.1接口连接方式

HDPE中空壁聚乙稀缠绕管，管道接口选用电热熔固定带连接，内外使用热收缩带密封粘接，保证接口的密闭性，并保证达到足够的连接强度。

接口见下图：

管口连接图

3.2.2地面拼接

在管沟边较平坦的部位顺管沟摆放管道，并根据两井间距切割相应长度的管道。

管道切割可用木工切割锯，管道端部用木工刨刨平。

在管道连接部位下挖300mm深，比电热熔带宽200mm操作坑。

管道调平对齐。

要求管道水平对正，两管道之间中线相对偏移量不大于7mm，对口间隙不大于10mm。

3.2.3电热熔固定带连接

①电源采用50kW发电机（DN800以下用30kW发电机），供电电缆为10mm2电缆（DN1200及以上用12mm2）。

②管道连接部位擦净，管端500mm内不得有泥砂及水气。

如有水滴、水气应使用棉布擦净，再用燃气喷枪烘干。

③将电热熔带围在管道连接位置上，有连接线的一端在里面，带的中心线与管道中心线垂直，并不得偏出接口10mm。

④用尼龙扣带（DN900以上使用）或钢扣带将电热熔带紧固在管道上。

同时将PE棒插在紧靠电热熔带的里端头部，管径在DN450以上的插入90—100mm，DN400以下的插入50mm，紧固时尽量缩小该部位空隙。

插入PE棒的目的是为了保证电热熔收缩带的端部密封严密，起填充作用。

⑤根据环境温度设置加热时间，加热曲线经检测汇总如下图：

⑥选择档位与电流

项

      目

管直径    挡位    电流范围    焊机

200~400    1（小）    12~16    

PE—2004X

450~600    1（小）    16~25    

600~1000    2（大）    20~35    

1100~2000    ——    26~40    PE—2002

⑦热熔焊机通电加热。

⑧焊接完毕切断电源，摘下输出线夹子，检查带周围边与管子的间隙，然后再夹紧1/4到1/2圈。

⑨20℃以上冷却15~20分钟，20℃以下冷却10~15分钟后松开扣带。

⑩焊接完成后约10~15小时焊接部位完全冷却固化，可移动管道，在焊接过程中或完全冷却之前移动管道将会影响焊接质量。

3.2.4热收缩带连接

①准备燃汽加热装置:

液化汽罐、胶管及喷枪。

②管道连接部位擦净，管端800mm内要求无泥砂尘土。

③管道连接部位要用燃气喷枪均匀加热到80~90°C。

④将固定带胶面加热融后贴在管道上部，即对口缝应在管道的中部以上。

⑤将外壁固定带的胶面稍微加热一下，目的是去除潮气并使胶软化，收缩带的三角形尖端在定位的2/3处粘接好并压实，要求从管底部沿中间圆周加固定带，同时要加热胶面以加强胶的粘接。

收缩带的一端加成工成三角形是为了增大收缩带与管道的接触面积。

⑥当加热到尖端固定片另一尖端时，要加密封胶条将其封闭以加固收缩带端部。

⑦加热后，固定带的边缘应有少量的胶溢出，未达到此效果则应继续加热。

内壁加强固定带的操作方法以上各步骤。

3.3管道就位

对DN1400~DN1800管道，每次连接6米上的管道4根，共24米，可用2辆吊机抬吊就位。

吊装时，要用尼龙吊带，并注意吊点的加固，防止管道断裂。

24米DN1800HDPE管道重量约为2.5t，吊机的起重量及起重力臂均能满足吊装要求。

3.4沟槽内管道连接

沟槽内管道连接同前述地面上连接一样，不同点是要注意有地下水及时排除，在接口时要严禁泥、水进入接口部位。

水位应保持在管底300mm以下。

槽底部经平整后铺中砂或粗砂厚200mm，用震动夯夯实。

水位应降至管底300mm以下，防止泥砂、水汽对管道连接质量的影响。

3.5管道与井连接

管道施工各工序中，要先做好检查井，预留出管道的安装位置。

管道就位后，找正中心线及标高，用半干石棉绒水泥沿管道周围包裹宽100mm的长度，用凿子锤打密实，其余管段用c30水泥砂浆摸实。

管道与检查井连接图

3.2.8管沟回填

HDPE的线膨胀系数约为56×10-6/℃，约为钢材的5倍，温差较大时容易因胀缩而使尚未完全冷却固定的连接部位受到较大应力而影响连接效果，在管道安装后尽快回填压腰，在连接前后在管道上搭草帘子避免日光直晒，白天浇水降温，是此类管道安装操作的一个要点。

管道压腰的另一个作用是因为该排水管相对重量较轻，抗浮性能差，要避免地下水位上升太高时漂管。

检查井间管道段的最后一个接口的连接应在早晨或傍晚连接。

按施工要求检查管道连接及管道与检查井的连接外观质量，将土回填至管道外径的2/3高处，回填土按设计图纸进行。

    HDPE管属柔性管道，与刚性管道施工中回填土要求相比较无明显差异。

但对于刚性管道，通常被视为一个独立的承力结构，强度上须承受全部的内外压力；而柔性管则是“管道与填土作用”系统承力结构，即管道与填土之间，由于力的相互协调，使二者结合成一个高度有效的整体结构，要求胸腔回填土的密实度大于８５％。

施工中，主要考虑管底垫层及管道胸腔回填土的密实度，这决定了“管与土”系统的负载能力及管的径向变形率，要求回填土压实到规定的密实度，即按设计或规范、标准施工，可保证工程安全运行，这一点对于大口径管道施工尤为重要。

而对于小口径管道，则在施工时则容易的多，无须考虑回填土的密实度对管道的影响。

在现场做临时施工通道的排水时，曾用12米的DN400管道在不做任何基础处理，回填土不做夯实处理，埋深在400mm时，可通过重载工程车辆而保持完好。

4 运行质量情况

进行闭水试验时，必须将管道接口部位的下部及时回填密实。

作为柔性材料，悬臂结构会对管道产生巨大的径向剪切力，这是在实验时要避免的。

本次工程中安装的排水系统经过闭水试验，管道泄露量低于规范规定，目前管道运行良好。

5几点体会

①HDPE管作为新型管道，除了符合公众日益关注的环保要求，材料本身抗腐蚀、耐老化，其有效寿命可达50年，生产制造过程采用热挤塑缠绕成型工艺，内壁光滑，减少摩擦，排水流通性好，缠绕增强管内壁糙率N=0.009，与同类型其它管材相比可获得较大的设计流量和小的比摩阻。

与同管径的水泥排水管相比，通过能力强，不结垢。

HDPE管多采用PE80级的高密度聚乙烯管材原料，是无毒性原料，对土地无害，并且完全能再生使用。

②重量轻：

高密度聚乙烯增强管其特有的增强结构和较轻的重量，是水泥管重量的1/8，便于运输、施工，可减少大型机械费用，本工程可实现了管道连接后整体吊装。

③适用性强

HDPE管道的施工因其本体及接口的柔性，增加了对不良地质的适应性，特别对港口、码头堆场等地质条件变化较大，不需制作砼基础及包管砼，可缩短施工周期，其施工质量控制重点应放在管口的连接及处理上。

④开挖土方回填的密实度保证

如前所述，HDPE管的回填土与管体形成个系统承力结构，胸腔回填土的密实度大于８５％，即管道与填土之间，形成双向压力，力的相互协调，使二者结合成一个高度有效的整体结构。

6国内同类管材发展近况及技术经济比较

我国地域广阔，各地区的地质、地形、自然状况、经济形势和应用管材的习惯等都不一样，从上世纪九十年代未，出现了多种非金属管道，除本文提到的HDPE管道外，还有低密度聚乙烯管（LDPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、玻璃钢、铝塑复合管、钢塑复合管等，形成了输水工程管材的多样性。

这类管道的基本特征为内表面光滑、外部异型增强结构，并能工厂化生产相应的套、配套管件，适用于城市污水排放，远距离低压输水及农田水利灌溉等工程，该产品可用于地面敷设下和地下埋设，埋深适用于于0.5m至20m间。

管道联接可采用热熔接头、热缩接头号、承插接头号、同材质电熔接、活套法兰等多种联接技术，接口质量高，施工简便快捷，管道系统可实现零渗漏。

该类材料为环保、安全、节能型产品，使用寿命长，重量轻、便于施工安装，是水泥，钢材的理想替代产品，适用于各种地理和地质条件的不同土壤环境以及特殊的地面敷设，适用于远距离低压输水和城市给排水、农田灌溉及管道及管道修复等公用工程，还可用于制作低压工艺容器、通风管道、储料仓以及特殊的厚