浅析连续缠绕玻璃钢管在大口径污水管道工程的应用

 

       玻璃钢管以其耐腐蚀性佳、水力特性佳、接头柔性好、管材强度高等显著特点，适用于污水管道工程。如晋江市江南池店组团污水主压力管，采用缠绕玻璃钢管，DN1000，长13.4Km，工作压力0.25Mpa，至今已安全运行六年，工程质量相当稳定。大口径污水管道在管网系统中有十分重要地位，越来越受到各级部门的关注。环境污染严重，政府要求节能减排，各地建设大型污水处理厂及其配套管网，以完成年度减排任务，因此污水管道，特别是大口径市政污水管道在减排任务中，承担着转输绝大部分污水的作用。大口径污水管道在安装时，往往设计埋设深度较大，施工受到周围影响的因素多；运行期间，转输的污水量大，运行工况、受力情况相对于管内水头高低变化而变化，因此，对其管材选用有严格的要求。在业界，连续缠绕玻璃钢管，与普通的玻璃钢管相比，以其性能更加优越，在污水管道工程中，特别是大口径污水管道工程中的应用受到日益重视。因此，有必要通过应用案例，总结安装的特点、安装的经验，为其积极推广应用提供参考。现列举几个实例，说明连续缠绕玻璃钢管在大口径污水管道工程中的应用。 

 

一、明挖管道案例

 

 A污水管道，DN1400，位于晋江市东西走向的一条新建的市政道路，K0+045~K2+340，长2.295Km，设计埋深为6.534~8.718m，相对现状地面的埋深为5.096~5.255m，埋设在深厚淤泥质土层；软基处理后，钢板桩支护开挖敷设，设计管材为连续缠绕玻璃钢管。此段道路软基处理方式是水泥搅拌桩、振动沉管灌注桩等工艺，管道基础采用Φ500灌注桩，纵向间距2m，管道基槽的支护方式采用Ⅰ25号工字钢，长9m，钢板桩打入槽底约5m，两侧密打，6~8根/m，横撑为双排工字钢焊接的长方形框，每个长4m。 

 

       设计污水管道采用流水施工，在支护体系形成后开始挖土作业。首先，开挖管槽长16m，深度为管内底标高以下0.5m，同时砍桩帽，即管道基础的持力桩，振动沉管灌注桩的桩帽，挖土外运；其次，铺设厚20cm，中粗砂层，现场浇筑厚20cm钢筋砼底板做管道的基础垫层，待其初凝；再次，吊装、下管、安装，敷设一根长12m的连续缠绕玻璃钢管，唇形橡胶圈套筒接口连接；之后，回填海砂，并进行密实，特别是管腔两侧回填砂的密实，回填到设计路基高度；最后，拔钢板桩，重复使用。依此循环，进行下一根管道的施工。 

 

        然而，在特殊地质条件下的设计污水管道，其支护体系失稳，影响到管道的正常安装。这些管段，基础土层分别为旧河段、旧水塘等淤泥质土含水率偏高，加上振动沉管灌注桩施工后的土体挤压作用，压应力未完全释放，开挖管槽时，出现支护体系不稳定现象。现场采取二方面的措施，一方面，在管槽底部增铺厚20cm，长2m宽2m的预制钢筋砼板块，防止淤泥土隆起和钢板桩踢脚现象；另一方面，按照经过审批的施工组织设计要求，淤泥土质中管槽施工遵循“快速开挖，快速回填”的原则，现场采取进一步措施，落实这一原则。将长12m的污水管道切为三段，4m/根，普通管段长度的施工，分作三次开挖，三次敷设。缩短埋设管道长度，减少每次开挖管槽的时间，减少管道安装的时间，也压缩管槽回填、密实的时间，进而缩短基坑开挖暴露时长，较快地完成特殊地质条件下的污水管道的安装。由于管材连续性生产工艺的优势，切管简便，可以随意长度切管，切口横断面无毛刺、开裂等变形现象，短管性能与长管的一致，通过增设二个唇形橡胶圈套筒接口，三段短管安装后的质量达到12m长管段的安装质量。保障了安装进度，提高工程安装质量。考虑到土体的不稳定，此管段埋设完成后，对施打的钢板桩做不拔除处理，进一步保证安装管道的长期稳定。连续缠绕玻璃钢管具柔性管身，独特的唇形橡胶圈套筒接口是柔性接口，这种柔性接口和高强度管身可以较好地抗软土地基纵向、横向、竖向的变形，保障管道在极端受力情况下的安全。连续缠绕玻璃钢管生产工艺的连续性特点，为特殊地质条件下，大口径污水管道的安装，创造便利的施工方法，提高工程安装质量。 

 

二、非开挖顶管案例

 

 B污水管道，DN1200，位于晋江市陈埭镇南北方向一交通主干道，管材选用连续缠绕玻璃钢顶管，采用机械顶进工艺施工，埋深为4.7~5.6m，长2.413Km，其中沿市区内河护岸道路敷设长1.153 Km，过河倒虹吸管长0.204 Km，沿主干道平行敷设长1.056 Km，单根管节长为2.5 m，每次顶进的顶管长度在16~204 m之间。工作顶力为ㄑ250吨，环刚度为40KN/m 2，圆形橡胶圈套筒接头。由于顶管的接口平齐，精度高，外表面光滑，粗糙度小，摩擦阻力小，安装的管道整体纵向稳定性好，最长一段顶进长度达到204m，接收井的预留洞与施工的机头管准确相接。通过精心施工，各段施工的机头管被较好的利用起来，损耗管段累计仅2.5m，耗损率只有0.1%，大量地节约了材料。工程经过分段闭水试验，渗水量小于规定的要求；经过管腔摄像，内表面的套筒接头，无明显的渗水现象。连续缠绕玻璃钢顶管，管口精度高，整体纵向稳定性好，提高工程的施工质量。 

 

三、倒虹吸管案例

 

C污水主干管，DN1400，高程上与石狮市自来水厂二根源水管道交叉，平面上为斜交，自来水的管径为de1200；根据自来水公司意见为保证供水安全，管道两侧一定范围内禁止打桩、开挖等，此处局部管段设计为下穿的倒虹吸管，DN1200，设计埋深10.4m，相对现状地面的埋深为6.8 m，管长10m，管道纵断面位于深厚淤泥质土层。C污水主干管基础全线采用Φ500振动沉管灌注桩，此倒虹吸管前后检查井基础采用Φ600钻孔灌注桩，而交叉处的管段没有条件进行基础处理。为安全考虑，设计采用“外套钢卷板管+连续缠绕玻璃钢管”的方案，由大开挖施工改为先顶管后穿管，施工顺序为人工顶进钢卷板管DN1420×12后，安装连续缠绕玻璃钢管DN1200。人工顶管的上下游检查井，四周采用钻孔灌注桩，Φ600mm，间距2.5m/根，深度达到强分化持力层，冠梁支撑，确保后续施工时源水管基础的稳定与安全；钻孔灌注桩支护体系形成后，进行明挖，至井底设计标高，砍桩帽，即管道基础振动沉管灌注桩桩头，分别制作上下游钢筋砼检查井底板；由于二座井的设计尺寸较小仅1.5×2.0m，设计支护桩之间平面净尺寸为3.4×4.4m，检查井基坑形成后，钢卷板管分段顶进，分段焊接；同样的，连续缠绕玻璃钢管具有连续性特点，分作三段下管，依次为3.4m、3.4m、3.2m，二次安装接头，完成倒虹吸管的连接；进而制作两个完整的钢筋砼检查井。此倒虹吸管已完工，路面通车一年多，源水管道安全运行；先顶管后穿管施工方法有效地保证了供水安全。可见，在较深的倒虹吸管施工中，连续缠绕玻璃钢管具有明显的便捷安装优势。

 

四、HDPE排水管道病害案例

 

 D污水管道，管径DN1800，管材为HDPE钢带增强缠绕管；2008年完工，2009年投入使用，至今5年；为一污水处理厂提升泵站前的主干管，埋设在开发区新建的道路正中央。其中20m管段路面出现下陷事故，引起关注。此管段地面标高5.274m，管内底标高为-0.856m，埋深为6.13m，塌陷严重的范围为直径8m，深2.5m坑洞。事故路段原为河道出口周边的水塘，未进行软基处理；地质结构方面，管道基础以下为淤泥夹砂层，含水率高，管道回填为中粗砂，至管顶以上0.5m，路床填素土。此路段地面塌陷，约120m3的砂、素土等流到下游污水管道和检查井中。由于地基软弱，工后沉降不均匀，管段纵向缠绕带接缝出现脱节，局部钢带裸露，转输的污水COD浓度高，具有较强的腐蚀性，钢带被腐蚀；一定时间后，环刚度达不到要求，管段出现变形；经过污水不断的渗透，被腐蚀的范围纵向逐渐延长，管道缠绕带之间的薄弱连接进一步受到破坏，横断面上的变形，引起纵断面的变形。这样，管道顶部局部凹陷，导致整根管段出现凹陷，回填砂与素土在较高水头的作用下，被浸泡、液化、流失，路基慢慢地形成漏斗现象，引起路面塌陷事故。 

 

       此管道病害，主要是受外力影响，钢带与HDPE材质之间的黏结产生缝隙，在投入使用后，污水渗透，钢带被腐蚀。主要原因有区间道路不均匀沉降，且工后沉降过大；也有管道材质问题。对于管材方面，应该有重新的认识。尽管环刚度等物理指标合格，但是，材料的纵向结构无法克服不均衡受力，未有足够的安全系数克服不利的地质条件下相对集中的应力。而连续缠绕玻璃钢管，生产时其管壁是由长的玻璃钢纤维与短的纤维通过连续淋砂黏结而成，具有均匀的纵向结构，随意切割的短管，仍具有一致的管口，物理性能不变。独特的唇形橡胶圈套筒接口，以及管身的结构特点，对软土地基的不均匀工后沉降，横向、竖向、纵向均有一定程度的抗变能力，不易发生断管、管壁开裂等变形。在大口径污水管道工程常用的管材中，相比HDPE钢带增强缠绕管，连续缠绕玻璃钢管具有明显的性能优势。 

 

通过三个完工的工程案例，说明在不同工程背景下，连续缠绕玻璃钢管均可应用于支护开挖管道、非开挖顶管以及倒虹吸管等大口径污水管道工程。特别是在深厚淤泥质土层的、或埋设较深的污水管道，连续缠绕玻璃钢管以其连续性生产工艺的特点，更有利于工程的灵活、便捷安装，确保工程质量和长期安全。以上工程尽管已经完工，仍有待于时间的检验。通过工程病害案例的分析，进一步证明连续缠绕玻璃钢管具有明显的性能优势，相比较其他类似管材，大口径污水管道更适合选用连续缠绕玻璃钢管。

 

       连续缠绕玻璃钢管具有突出的性能优势，在大口径污水管道工程应用具有较好安全性和适应性，建议优先选择。以上结论为设计、施工、业主等选用管材时提供参考。