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[摘要] 高密度聚乙烯（HDPE管）广泛应用于城市排水、电力、石化等领域，是钢筋混凝土、铸铁管的理想换代产品。本文根据南方某电厂的HDPE管实际应用，提出HDPE在南方地区的设计、施工的一些建议。
[关键字]HDPE管 高密度聚乙烯
[中图分类号]TM6 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-205-1
1 前言
高密度聚乙烯（HDPE管），是一种内壁光滑，外壁为螺形状加强肋，由螺旋卷绕工艺制成的异形结构壁管材，属柔性管材，属绿色环保材料管材。HDPE管具有水力条件好，柔韧性好，能适应地基较差条件下的施工及地基沉降；密封性好，可采用电容焊接技术，实现零渗漏；耐腐蚀，抗老化性能好；耐磨损；强度高，整体性好，使用寿命可达50年以上；质量轻，安装方便等优点。该产品被广泛应用于城市排水、电力、石化等领域，是钢筋混凝土、铸铁管的理想换代产品。
本文根据南方某电厂的HDPE管实际应用，提出HDPE在南方地区的设计、施工的一些建议。
2 工程概况
南方某电厂四期扩建2X660MW机组，全厂雨水管道，雨水管道干管最大直径经计算，采用DN1800 HDPE管道。管道上部覆土不大于8米。场地地貌上处于Ⅱ级阶地，地形稍有起伏，地势相对较为平缓开阔。厂区范围内地基土主要由第四纪更新统粘性土组成和新近回填粉煤灰。
3 管道环刚度的选择
假定环刚度为Sp采用8 KN/M2，埋深8米，管道土弧基础中心角2α设为120度，设计地面动载100T；根据《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》（CECS 164：2004）第5部分管道结构设计中的第5.2、5.3、5.4、5.5条的规定及公式进行验算：
第一步，求静载：由Fsv.k=γs×Hs×D1 （5.2.2） 重力密度γs取18KN/M3，HS覆土高度，D1管外径，可知管道上的静载：Fsv.k=18×8×1.8=259.2kN/m
第二步，求动载：由qvk=μdQvk/（a+1.4Hs）（b+1.4Hs）（5.2.4-1）Qvk单个轮压标准值，本处取1/4车辆荷重为25T，按1T=1000KG、1KG=9.8N折算为245KN， a单轮着地长度取40CM，b单轮着地宽度取50CM，μd车载动力系数埋深大于0.7米取1.0，可得出管道长的动载：
qvk=（1.0×245）/（0.4+1.4×8）（0.5+1.4×8）=1.81kN
第三步，管道环截面变形验算：
根据管道环截面变形验算公式：
式中Kd管道变形系数，按2α为120度角，取值0.083，D1变形滞后效应系数取中间偏小值1.3，ψq準永久值系数取0.5，Sp环刚度取8 KN/M2，Ed管侧土的综合变形模量，由于Ed=ζ×Ee， ，管沟底开挖宽度按管道两侧各加800mm施工，管侧回填土为砂砾、砂卵石（细粒土含量不大于12%），压实度为95%，槽侧原状土同管侧回填土，查表C.0.2-1、C.0.2-2取管侧回填土变形模量Ee、槽侧原状土变形模量En均为7MPa，α1、α2取值0.435、0.565，其中1MPa≈980 KN/M2，得出Ed=7/（α1+α2）=7 MPa≈6860 KN/M2
把上述数值代入公式（5.3.2-2）得出Wd.max=1.3×0.083（259.2+0.5×1.81×1.3）/（8×8+0.061×6860）=0.058m
则管道坚向直径变形率ε= Wd.max /D1×100%=0.058/1.6=0.036<0.05，小于规范第5.3.3要求的允许变形率5%。
4 现场施工现状及管道情况
全厂雨水管道主要埋设在两类不同地质土壤中，第一类主要为第四纪更新统粘性土，第二类主要为新近回填粉煤灰。埋设在第一类土质中管道，埋深较浅，管顶覆土不大于4m，施工现场基坑较干燥，采用原状土分层回填。管道回填数月后管道变形较小。埋设在第二类土质中管道，一部分管道管顶覆土在4～6m之间，此部分管道由于基坑较浅，地下水较少，回填采用粉煤灰土回填，由于现场赶工期，回填较随意，分层回填没有按设计的300mm一层，实际按1m左右分层回填，该部分管道在回填一月后，管道有较大变形，DN1800管道管顶大致有200mm变形，数月后，变形较缓，基本稳定；另一部分管道管顶覆土在6～8m之间，此部分由于基坑较深，地下水较多，管道第一次铺设时，施工单位未进行有效排水，导致管道基坑淤泥较多，管道回填时较随意，几乎没有分层回填。管道回填一月后，管道变形非常大，DN1800管道管顶变形在400mm以上，中间一部分管道最终破裂。最终，变形较大部分管道重新铺设。破裂处采用增设雨水检查井方式。
5 管道使用建议
高密度聚乙烯（HDPE管）为一种新型的柔性管材，有其明显的优点，也有其明显的缺陷。但在管道设计、施工时，应注意现场实际施工条件，才能发挥其优势。
5.1 环刚度的选择。管道环刚度的选择一般是根据《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》的规定及公式进行验算，但是，现场地质条件及施工条件，尤其是回填土质量很难达到设计理想值。在实际工程中，选择环刚度应在计算值的基础上，考虑现场施工情况，选择较高一标号环刚度管道。
5.2 管道基坑。HDPE管属于柔性管，在受外压负荷时，柔性管与刚性管的承受负载的机理是完全不同；柔性管在受压破坏之前可以有较大的变形，而刚性管不可能有，同样外压负载下柔性管管壁内的应力较小，它和周围的回填土共同承受负载，管土共同作用。南方地区一般地下水位较高，管道施工时，应尽量保持基坑的干燥。必要时，要进行井点降水。HDPE管道在受力均匀时，管道变形较小。若基坑淤泥较多，在管道回填后，管道底部变形较大，极易导致管道变形，损坏。管道埋深较深，且管道较大时，由于降水较困难，建议不采用HDPE管道或钢筋混凝土管道，而采用现浇混凝土涵洞。
5.3管道回填。HDPE管道和周围的回填土共同承受负载，管土共同作用。回填土的土质、回填质量对HDPE管的抵抗外压负荷的影响非常大。原则上来说，不得回填淤泥、有机物和冻土，回填土中不得含有石块、砖及其他杂硬物体。土质较细的原状粘土、细沙、粉煤灰均可作为HDPE管的回填土。沟槽回填应从管道、检查井等构筑物两侧同时对称进行，并确保管道和构筑物不产生位移。必要时宜采取临时限位措施，防止上浮。采用机械回填时应从管轴线两侧同时均匀进行，并夯实、碾压。回填时沟槽内应无积水，不得带水回填。
6 结束语
高密度聚乙烯（HDPE管）广泛应用于城市排水、电力、石化等领域。是钢筋混凝土、铸铁管的理想换代产品。但是，由于其柔性特点，在南方地区，特别是南方地下水位较高地区，在管道环刚度选择、施工要求方面，均应考虑地下水对管道抗压能力的影响。
[关键字]HDPE管 高密度聚乙烯
[中图分类号]TM6 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-205-1
1 前言
高密度聚乙烯（HDPE管），是一种内壁光滑，外壁为螺形状加强肋，由螺旋卷绕工艺制成的异形结构壁管材，属柔性管材，属绿色环保材料管材。HDPE管具有水力条件好，柔韧性好，能适应地基较差条件下的施工及地基沉降；密封性好，可采用电容焊接技术，实现零渗漏；耐腐蚀，抗老化性能好；耐磨损；强度高，整体性好，使用寿命可达50年以上；质量轻，安装方便等优点。该产品被广泛应用于城市排水、电力、石化等领域，是钢筋混凝土、铸铁管的理想换代产品。
本文根据南方某电厂的HDPE管实际应用，提出HDPE在南方地区的设计、施工的一些建议。
2 工程概况
南方某电厂四期扩建2X660MW机组，全厂雨水管道，雨水管道干管最大直径经计算，采用DN1800 HDPE管道。管道上部覆土不大于8米。场地地貌上处于Ⅱ级阶地，地形稍有起伏，地势相对较为平缓开阔。厂区范围内地基土主要由第四纪更新统粘性土组成和新近回填粉煤灰。
3 管道环刚度的选择
假定环刚度为Sp采用8 KN/M2，埋深8米，管道土弧基础中心角2α设为120度，设计地面动载100T；根据《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》（CECS 164：2004）第5部分管道结构设计中的第5.2、5.3、5.4、5.5条的规定及公式进行验算：
第一步，求静载：由Fsv.k=γs×Hs×D1 （5.2.2） 重力密度γs取18KN/M3，HS覆土高度，D1管外径，可知管道上的静载：Fsv.k=18×8×1.8=259.2kN/m
第二步，求动载：由qvk=μdQvk/（a+1.4Hs）（b+1.4Hs）（5.2.4-1）Qvk单个轮压标准值，本处取1/4车辆荷重为25T，按1T=1000KG、1KG=9.8N折算为245KN， a单轮着地长度取40CM，b单轮着地宽度取50CM，μd车载动力系数埋深大于0.7米取1.0，可得出管道长的动载：
qvk=（1.0×245）/（0.4+1.4×8）（0.5+1.4×8）=1.81kN
第三步，管道环截面变形验算：
根据管道环截面变形验算公式：
式中Kd管道变形系数，按2α为120度角，取值0.083，D1变形滞后效应系数取中间偏小值1.3，ψq準永久值系数取0.5，Sp环刚度取8 KN/M2，Ed管侧土的综合变形模量，由于Ed=ζ×Ee， ，管沟底开挖宽度按管道两侧各加800mm施工，管侧回填土为砂砾、砂卵石（细粒土含量不大于12%），压实度为95%，槽侧原状土同管侧回填土，查表C.0.2-1、C.0.2-2取管侧回填土变形模量Ee、槽侧原状土变形模量En均为7MPa，α1、α2取值0.435、0.565，其中1MPa≈980 KN/M2，得出Ed=7/（α1+α2）=7 MPa≈6860 KN/M2
把上述数值代入公式（5.3.2-2）得出Wd.max=1.3×0.083（259.2+0.5×1.81×1.3）/（8×8+0.061×6860）=0.058m
则管道坚向直径变形率ε= Wd.max /D1×100%=0.058/1.6=0.036<0.05，小于规范第5.3.3要求的允许变形率5%。
4 现场施工现状及管道情况
全厂雨水管道主要埋设在两类不同地质土壤中，第一类主要为第四纪更新统粘性土，第二类主要为新近回填粉煤灰。埋设在第一类土质中管道，埋深较浅，管顶覆土不大于4m，施工现场基坑较干燥，采用原状土分层回填。管道回填数月后管道变形较小。埋设在第二类土质中管道，一部分管道管顶覆土在4～6m之间，此部分管道由于基坑较浅，地下水较少，回填采用粉煤灰土回填，由于现场赶工期，回填较随意，分层回填没有按设计的300mm一层，实际按1m左右分层回填，该部分管道在回填一月后，管道有较大变形，DN1800管道管顶大致有200mm变形，数月后，变形较缓，基本稳定；另一部分管道管顶覆土在6～8m之间，此部分由于基坑较深，地下水较多，管道第一次铺设时，施工单位未进行有效排水，导致管道基坑淤泥较多，管道回填时较随意，几乎没有分层回填。管道回填一月后，管道变形非常大，DN1800管道管顶变形在400mm以上，中间一部分管道最终破裂。最终，变形较大部分管道重新铺设。破裂处采用增设雨水检查井方式。
5 管道使用建议
高密度聚乙烯（HDPE管）为一种新型的柔性管材，有其明显的优点，也有其明显的缺陷。但在管道设计、施工时，应注意现场实际施工条件，才能发挥其优势。
5.1 环刚度的选择。管道环刚度的选择一般是根据《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》的规定及公式进行验算，但是，现场地质条件及施工条件，尤其是回填土质量很难达到设计理想值。在实际工程中，选择环刚度应在计算值的基础上，考虑现场施工情况，选择较高一标号环刚度管道。
5.2 管道基坑。HDPE管属于柔性管，在受外压负荷时，柔性管与刚性管的承受负载的机理是完全不同；柔性管在受压破坏之前可以有较大的变形，而刚性管不可能有，同样外压负载下柔性管管壁内的应力较小，它和周围的回填土共同承受负载，管土共同作用。南方地区一般地下水位较高，管道施工时，应尽量保持基坑的干燥。必要时，要进行井点降水。HDPE管道在受力均匀时，管道变形较小。若基坑淤泥较多，在管道回填后，管道底部变形较大，极易导致管道变形，损坏。管道埋深较深，且管道较大时，由于降水较困难，建议不采用HDPE管道或钢筋混凝土管道，而采用现浇混凝土涵洞。
5.3管道回填。HDPE管道和周围的回填土共同承受负载，管土共同作用。回填土的土质、回填质量对HDPE管的抵抗外压负荷的影响非常大。原则上来说，不得回填淤泥、有机物和冻土，回填土中不得含有石块、砖及其他杂硬物体。土质较细的原状粘土、细沙、粉煤灰均可作为HDPE管的回填土。沟槽回填应从管道、检查井等构筑物两侧同时对称进行，并确保管道和构筑物不产生位移。必要时宜采取临时限位措施，防止上浮。采用机械回填时应从管轴线两侧同时均匀进行，并夯实、碾压。回填时沟槽内应无积水，不得带水回填。
6 结束语
高密度聚乙烯（HDPE管）广泛应用于城市排水、电力、石化等领域。是钢筋混凝土、铸铁管的理想换代产品。但是，由于其柔性特点，在南方地区，特别是南方地下水位较高地区，在管道环刚度选择、施工要求方面，均应考虑地下水对管道抗压能力的影响。