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玻璃钢夹砂顶道选用及施工的注意事项

时间:2011-10-27T15:19:26   浏览次数:5183   暂无相关下载
玻璃钢夹砂顶管道是继钢筋混凝土顶管、钢管之后又一种迅速发展的新型顶管管材,它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、顶力小、单坑顶进距离长等多种优点,但由于发展时间短,很多采购商和施工队对其了解甚少,在采购与施工中出现很多问题。从生产工艺上分,常见的玻璃钢夹砂顶管主要有离心浇注玻璃钢夹砂顶管(HOBAS 顶管)和定长缠绕玻璃钢夹砂顶管两种,因离心浇注玻璃钢管道生产线国内存在量很少,顶管产量小,这里以定长缠绕玻璃钢夹砂顶管以主(以下简称玻璃钢夹砂顶管)。

    在采购玻璃钢夹砂顶管时,采购商与顶管施工队应根据管道工作与铺设环境,确定玻璃钢夹砂顶管的形式、性能及顶进工艺,顶管的工作与铺设环境包括环境腐蚀性、土壤类型及地下水状况、管顶敷土深度、管道内压等,需确定的玻璃钢夹砂顶管的顶进工艺方案包括单坑计划顶进长度、泥浆润滑、曲线顶管的曲率半径等,需确定的玻璃钢顶管形式及性能包括顶管的接头形式、管道的环刚度、管道的最大轴向允许顶力、顶管的轴向抗压强度、管道铺设后初始变形量及最大长期挠曲变形、承插口处允许的最大偏转角、管道的内、外直径及偏差、管材的耐腐蚀性能等。因很多人对玻璃钢夹砂顶管不太熟悉,我现把几个注意事项简述如下:

一、玻璃钢夹砂顶管管材

1. 玻璃钢夹砂顶管接头形式

    玻璃钢夹砂顶管的接头形式主要有“T”接头与“F”型接头,其中以“F”型接头为主,根据套环材料不同,又可分为防腐碳钢套环、不锈钢套环与玻璃钢套环(套环与管道为一体)三种。

 对一个工程而言,套环材料一般根据管道内介质与管道外土壤溶液腐蚀能力的强弱确定,套环厚度一般根据套环的腐蚀速度与管内介质压力等确定。碳钢套环虽内外进行防腐,但在顶进过程中,碳钢套环的外防腐层往往破坏严重,在使用过程中腐蚀速度较快,不锈钢套环耐腐蚀能力强,但造价较高,因玻璃钢夹砂顶管的设计寿命一般不低于50年,所以以上两种形式均可能出现管道与套环不同寿命现象,碳钢套环与不锈钢套环形式因套环承压能力弱,多用于管道内压在0.25Mpa以下的情况,套环厚度一般在3mm—10mm间。玻璃钢套环耐腐蚀能力强,可与管道同使用寿命,同时可与玻璃钢夹砂顶管一次成型,接头配件少,可能的渗漏点少,此外玻璃钢套环的厚度可根据管内压力设计,非常适用于压力管道顶管,此种接头形式有很大的优越性与推广性,压力管道的接口形式用户在选择接头形式时,应充分考虑环境腐蚀性及管道承压情况。

2. 玻璃钢夹砂顶管尺寸及偏差

    玻璃钢夹砂顶管内径主要是根据管道的流量需求确定,但用土压平衡与泥水平衡法施工时,有时参照市场顶管工具头的情况,在外径与最大许用顶力满足要求的情况下,对顶管内径往往进行适当调整,一般取大值,所以定长缠绕法生产的玻璃钢夹砂顶管虽属内径系列,但很多情况下内径不是标准的整数值。玻璃钢夹砂顶管比开槽法安装的玻璃钢夹砂管道外径、内径尺寸控制要严格,所以不可用中华人民共和国建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》JC/T838—1998中对管道内径最大偏差的规定来衡量玻璃钢夹砂顶管,内径系列管道所用模具均带有一定锥度,但生产出的顶管内径最大偏差要严格控制,一般不可超过63mm,这是因为在保证管道外径的情况下,如内径上偏差较大,则管端部的壁厚较薄,承载面积将减小,管道承载顶力的能力将下降,这对小直径、管壁较薄的顶管影响相当突出,如对厚度为35mm的DN1200顶管,当内径为DN1206时,其承载能力下降9.11%;如内径下偏差较大,则管道壁厚增加,材料成本上升,造成浪费,现在很多生产厂的模具锥度为1:1000,模具长度约为12400mm,即管道内径偏差约为66mm,这种模具一般不能用于玻璃钢夹砂顶管生产。玻璃钢夹砂顶管外径偏差直接影响管道顶力的大小,这是因为在不超挖的顶管中,如外径较小的管段在前,后面外径较大的管段会产生挤土现象,增加管表面阻力;在有工具头的顶管中,虽土壤与管外径有一定间隙,但若土壤下塌,管线锯齿型的表面也会增大土壤阻力。外玻璃钢夹砂顶管外径一般偏差控制在0—5mm范围内,在生产过程中,往往采用反锥度工艺与勤测量等方法进行控制管道外径。

玻璃钢夹砂顶管端面要与管道轴线垂直,且平面度高,只有这样在顶管过程中,顶力才可以均匀的分布在管道的端面上,不致于引起严重的应力集中,管端面的平面度与垂直度一般不大于2mm。玻璃钢夹砂顶管单根长度一般为3m,但其长度可根据工作井的大小、千斤顶及顶铁的顶距、综合造价的高低等确定,如为4.5m、6m或其他任意长度,采购商与生产厂可协商决定。

3.  玻璃钢夹砂顶管强度

    定长缠绕法生产的玻璃钢夹砂顶管两管端为含特殊织物的纯玻璃钢段,中间为结构层含夹砂层的管身段,这样既可以增强管端的轴向抗压强度,又可以节约成本。经试验室测量,管端的轴向抗压强度均大于100Mpa,管身的轴向抗压强度均大于62Mpa,这远远高于钢筋混凝土顶管的30Mpa,,DN2270与DN2500的顶管管端材料轴向抗压强度分别为116.6Mpa与117Mpa,管身材料轴向抗压强度分别为84.3Mpa与97.8Mpa,但在实际中,管道脱模不久后,因树脂完全固化仍需要一段时间,管端与管身轴向抗压强度并不能马上达到100Mpa和62Mpa以上,我们曾做过对比试验,从同一块管材上取下相同两组试样,一组在试验室烘箱中烘24小时后进行压缩试验,一组直接进行压缩试验,烘过的试样管端轴向抗压强度均大于110Mpa,但未烘过的试样管端轴向抗压强度有的只有92Mpa;对管身材料轴向抗压强度,烘过的试样强度均高于未烘试样,但差距不大,数值均大于62Mpa,所以建议生产出的玻璃钢夹砂顶管应放置几天后才可安装,如遇到管道固化期短、气温较低情况,承载力计算应采用安全值。

玻璃钢夹砂顶管的最大轴向允许顶力是一个非常重要的指标,很多采购商在采购时只提出刚度要求,不提出管道最大轴向允许顶力,这是个非常严重的错误,因顶管的刚度值主要反映管道在垂直载荷作用下,抵抗变形的能力,不同生产厂因生产工艺、选用原材料、接头设计等不同,在同等环刚度下,顶管的最大轴向允许顶力往往不同,所以同样环刚度管道不代表有同样最大轴向允许顶力,最大轴向允许顶力直接影响顶进长度。玻璃钢夹砂顶管的最大轴向允许顶力一般按照最小承载面积计算,管端与管身均需计算,以最小为准。
    玻璃钢夹砂顶管的轴向弹性模量一般在7000Mpa—13000Mpa,而钢筋混凝土顶管的轴向弹性模量一般在30000Mpa,较小的轴向弹性模量使玻璃钢夹砂顶管更加适合于曲线顶管,它与钢筋混凝土顶管相比,有更小的顶管曲率半径。因玻璃钢夹砂顶管的轴向弹性模量较低,在相临两管节有少量偏角时,管道靠自身的弹性,依旧可以传递顶力,不会出现间隙,所以相临两玻璃钢顶管管节间没有必要垫木垫片,但工具管、中继间刚性较大,管道与它们相邻的地方,还需垫木垫片。

二、玻璃钢夹砂顶管的施工

    玻璃钢夹砂顶管与钢管、钢筋混凝土管管材性能不同,所以施工也有不同之处。

1. 顶铁要求

    玻璃钢夹砂顶管轴向抗压强度数值在钢筋混凝土管与钢管中间,在相同最大轴向允许顶力下,壁厚比钢筋混凝土顶管壁厚薄,比钢管壁厚厚,在选择顶铁时,为保证提供足够顶力,避免管端被压溃,有必要核算顶铁与管端的接触面积。如要充分发挥玻璃钢夹砂顶管的全部承载能力,就必须选用与管端接触面积较大的环状顶铁,且在满足操作要求的条件下,环状顶铁的边缘与玻璃钢夹砂顶管套环的间隙尽量小。另外,顶铁要有足够刚性,在施加顶力的时候不变形,与管端有较好的平面接触,能够把顶力均匀分配到管端。顶铁选择非常重要,很多管道顶破事故均是因为顶铁接触面积过小,或顶力分配不均造成的。

2.  玻璃钢夹砂顶管的变形与回弹

    玻璃钢夹砂顶管的环向弹性模量与轴向弹性模量相对钢管、钢筋混凝土管道均较小,所以在顶进过程中,玻璃钢夹砂顶管的轴向与环向均发生一定的变形,在环向方向,玻璃钢夹砂顶管在垂直载荷的作用下,会环向弯曲,在上下或左右纠偏力的作用下,玻璃钢夹砂顶管会上下或左右变扁,在轴向顶力作用下,也发生一定形变。在轴向方向,玻璃钢夹砂顶管在顶力作用下,会轴向变形,因玻璃钢夹砂顶管外壁光滑,土壤摩擦力小,当撤掉千斤顶的顶力时,不论玻璃钢夹砂顶管或工具管前面有无土壤或泥水压力,均会发生与顶力方向相反的回弹,该回弹量往往随时间、顶进长度的增加而增大,到一定时间后才稳定,所以在顶进过程中,千斤顶撤回顶力的时间应尽量短,在吊装顶管时,工作井应尽量多留些空间,以防工作井的操作空间不够。此外,玻璃钢夹砂顶管虽轴向弹性模量小,顶力偏离轴线不大情况,相临两管节轴线有少量夹角时,不用垫木垫片,管节间也不会出现缝隙,但当曲线顶管顶进曲率半径较小,作用力偏离轴线过多时,管节间也会出现缝隙,传递的顶力大减,此时夹角、传递顶力应详细计算。

 此外,玻璃钢夹砂顶管外壁光滑,无吸水性,不易与土壤粘接,所以玻璃钢夹砂顶管的土壤抱管力小,不易产生钢筋混凝土管那样大的闷顶力,同时在采用泥浆润滑时,泥浆的水分不易流失。

    因玻璃钢夹砂顶管在国内的发展时间短,尚没有一个统一的国家或行业标准,管材生产厂的设计、制造、质量控制水平也参差不齐,所以采购商与施工队应慎重,应多向相关专家请教,并尽量采用设计、制造、质量控制水平较高,可提供技术指导的厂家产品。

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