玻璃钢夹砂管顶管方案

玻璃钢夹砂管顶管方案（精选2篇）

1.玻璃钢夹砂管顶管方案 篇一

关键词：玻璃钢夹砂管,强度,水力特性

随着船舶工业的发展, 玻璃钢管在船舶上的应用越来越广泛, 已经应用于各船舶系统, 并取得了良好的使用效果。本文主要从它的构成及其各方面特性, 辅以相关数据和计算, 作相关的分析, 为了更了解和更好的使用玻璃钢管作依据。下面就玻璃钢管的结构及一些特性作介绍。

1 玻璃钢管的定义

玻璃钢管简称GRP OR FRP (Fiberglass Reinforced Plastic) , 俗称玻璃纤维增强塑料管, 是一种新型的复合材料管, 主要由玻璃纤维纱作为增强材料和树脂作为基体构成, 玻璃钢夹砂管的结构见图1。

2 玻璃钢夹砂管的力学性能

(1) 玻璃钢夹砂管密度远小于钢管, 装卸方便, 易于安装。

(2) 因为玻璃钢中的连续纤维有较高的拉伸强度及弹性模量, 其机械强度可以达到或超过普通碳钢的水平。

(3) 根据表中参数, 玻璃钢的比强度是低碳钢的四倍以上且具有较低的树脂密度, 因此玻璃钢夹砂管具有轻质高强的性能, 这是金属材料和玻璃钢夹砂管无法相比的, 选择玻璃钢作为船舶管路将在满足强度的前提下, 将大大减少船舶的重量, 提高了船舶的性能, 可以装载更多的货物。

(4) 玻璃钢/复合材料的力学性能具有明显的方向性, 分环向和轴向, 这是与金属材料不同的, 金属材料不论在任何方向, 强度和弹性模量几乎完全相同。而对于玻璃钢管, 沿纤维方向的强度和弹性模量就比垂直于纤维方向上的要高得多, 而且在制作过程中, 可以人为地改变纤维的伸展方向和数量, 使玻璃钢与受力状态相匹配, 而钢管是无法实现的。

3 玻璃钢夹砂管的水力性能

玻璃钢管不但摩擦系数小, 输送能力大, 而且能显著地减少液体的水头损失, 提高液体输送能力, 玻璃钢管是光滑管, 流速系数较大, 在同样的管道内径情况下, 水流量比较大、或者在同样的水流量的要求下、可以采用较小的管直径, 具体可由管道的流量计算公式推导得出, 管道流体力学特性用埃赞·维利阿姆斯公式计算, 其管道直径与流量之间的关系见下式:

其中:d为管内径 (m) ;C为流速系数 (实际流速比理想流速小的一个折减系数) ;Q为流量m3/s;I为水流坡度 (单位距离损失的机械能) 。

对于玻璃钢管RPMP:C=160~165, 取C=1 5 0;

对于钢管:C=80~140, 取值C=100;

玻璃钢和钢管在同样使用条件下, 水流坡度I是一样的。

在同样的水流量Q下, 玻璃钢管RPMP和钢管内径比为drpmp/d钢=0.86, 管径是传统钢管的0.8~0.9倍, 因此在同样的水流量下, 可以采用比钢管内径小20%左右的玻璃钢管, 更加节省材料;

在同样的管内径d下, 玻璃钢管RPMP和钢管流量比为Qrpmp/Q钢=1.47, 玻璃钢夹砂管输水效率是传统钢管的1.4~1.5倍。

4 玻璃钢夹砂管RPMP和钢管的水力损失比较

根据管道水力公式哈森-威廉 (HazenWilliams) :

其中:hf为每1米管路摩擦水头损失 (米水柱/m水柱) ;

Q为流量 (m3/s) ;

C为流速系数150~155;

d为公称直径 (m) ;

对于玻璃钢管RPMP:C=160~165, 取C 1=1 50;

对于钢管:C=80~140, 取值C2=100;

在同样的水流量Q, 相同管径和相同管路长度下, 玻璃钢夹砂管和钢管压力损失比值为

所以玻璃钢管因摩擦损失的压头仅仅为钢管的47.23%, 压头损失差不多为钢管的一半多。

5 玻璃刚夹砂管RPMP和钢管的其他特性比较

(1) 玻璃钢夹砂管的配件制作较方便, 玻璃钢管的弯头、法兰、三通、变径管等都可外场制作, 玻璃钢法兰可以与同等压力同等管径的钢制法兰相连接, 而钢管弯头只有30°, 45°, 60°, 90°。

(2) 和钢管相比, 玻璃钢管段长度一般都在6 m~12 m, 管段长度大, 总的结头数量变小, 不仅现场安装方便, 节省了附件降低了成本, 而且更降低了管路的局部阻力。

(3) 钢管经过不同环境管壁其表面在安装之前要加不同的表面处理, 要么酸洗要么镀锌或其他的, 玻璃钢管内外表面都为树脂, 其表面本身就有耐腐蚀的性能, 不需要其他涂层, 避免了烦琐的酸洗或镀锌处理等过程。

(4) 玻璃钢现场安装不需要动火焊接, 采用胶水粘制而成, 安装既安全又快捷。

(5) 玻璃钢热膨胀系数很小, 在整个管线安装过程中, 几乎不需要布置伸缩器, 而钢管一般每隔20~30 m需安装一个膨胀节, 以增加整个管路的安全系数。

玻璃钢夹砂管主要成分是树脂, 具有塑料管的特性, 因此具有较强的可燃性, 尽量避免和油脂类有机物接触, 也不要将玻璃钢管放置在阳光下, 这些是它的缺点, 在船厂堆放或安装过程中, 都应该注意。

6 结语

玻璃钢管同时具有塑料管和钢管的特性, 强度和水力特性好, 管道摩擦损失小, 具有很好的经济适用性, 在船舶管路系统中, 应大力推广使用。

参考文献

2.玻璃钢夹砂管顶管方案 篇二

玻璃钢 (简称FRP) 夹砂管是一种新型的复合管材, 采用不饱和聚酯树脂、玻璃纤维、石英砂三种主要原料缠绕或离心浇铸、固化而成。其中, 玻璃纤维是一种增强材料, 它被镶嵌或包裹在热固性树脂中, 热固性树脂经加热或其它方法固化后变成本质上不溶的一类塑料, 而石英砂作为一种骨料, 提高其结构刚性。其生产工艺成型方法主要有离心浇铸法和缠绕法。

1981年美国供水协会 (AWWA) 推出了应用于市政供水与配水的玻璃钢管道产品标准AW-WAC950, 被美国国家标准协会 (ANSI) 批准为美国国家标准。在二十世纪八十年代后期, 我国先后从不同国家引进了多条玻璃钢管道生产线, 玻璃钢管道开始在国内应用, 国内试用的玻璃钢夹砂管道产品质量、设计、施工及验收规范基本上是参照上述美国标准制定的。

玻璃钢夹砂管由于具有轻质高强, 造价适宜, 安装方便的诸多优点, 已在大型市政给排水工程中得到了广泛应用, 最大的管道直径达到3000mm及以上。

2 工程概况

湖南某城市大型市政给水的原水分配及输送工程, 干管总长16公里, 管径DN2400～DN1400多中管径不等, 全程重力流输送, 总设计输水流量54.8万吨/天。管材选用以PCP预应力混凝土管为主, 辅以钢管和玻璃钢夹砂管。其中部分供水支线段采用的玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管 (简称FRP玻璃钢夹砂管) , 管径为DN2000, 管长2340m, 转输流量32.8万吨/天;另一支线管径为DN1500, 管长2460m, 转输流量22万吨/天, 工程场地主要地质为山坡林地、农田及鱼塘。

3 大口径市政管道类型的分析比较与选择

大口径给水管道常用的有钢管、三阶段管芯缠丝预应力混凝土管 (PCP) 和预应力钢筒混凝土管三类。FRP玻璃钢夹砂管为一种新型管材, 其主要成份为玻璃纤维丝、热固性树脂、石英砂及填料, 设计时与其它市政给水管道一并进行了综合比较。

从综合造价和管道性能比较来看, 大口径市政给水管道采用玻璃钢夹砂管的技术经济布局优势是十分明显的。

4 FR P玻璃钢夹砂管道设计要点

4.1 玻璃钢管道水力计算

作为给水压力管, 应按满流条件进行水力计算, 一般用海曾-威廉公式:

式中:

hs———沿程水头损失 (m) ;

Q———设计流量 (m3/s) ;

C———海曾-威廉系数, C=155;

d———管道直径 (m) 。

4.2 内衬层要求

对输送饮用水或原水的玻璃管道, 其内衬层必须符合卫生毒理学上的要求, 设计通常要求采用食品级树脂。

4.3 管道结构技术指标

影响玻璃钢给水管道结构设计的主要参数有流体工作压力 (内压) 、外载 (含静载与动载) 、刚度与屈曲强度。

刚度衡量玻璃钢管承受外界载荷、抵抗变形的能力, 是玻璃钢管道的一个重要性能指标。其物理表达式如下:

式中:

E———管壁环向弯曲弹性模量;

I———管壁惯性矩, I=t3/12 (t为壁厚) ;

D———管道直径。

从上式可以看出, 刚度与管壁厚度及管型向弯曲弹性模量为正向相关关系, 与管道直径为反向相关关系。

目前国内玻璃管道刚度有1.25kPa, 2.45kPa, 5kPa, 10kPa几个等级, 刚度为1.25kPa级的管道太软, 不能用作埋地管道。玻璃钢管道刚度的校验通常采用平行板荷载试验, 其刚度计算公式如下:

式中:

F———在管道上施加的平行板荷载;

△Y———荷载作用下管道的竖向挠曲变形量;

D———管道平均直径。

将△Y=Dx5%时对应的F值代入上式计算得到的刚度值即为对应管道的校验刚度。校验刚度不应低于设计刚度, 否则为刚度不合格管材。

4.4 其它性能指标

为保证玻璃钢管质量, 管道轴向拉伸强度、环向拉伸强度、轴向压缩强度、巴氏硬度、内表面粗糙度等技术性能指标均应满足相关标准的要求, 目前国内执行的主要有两个行业标准, 即《中华人民共和国城镇建设行业标准-CJ/T3079-1998-玻璃纤维增强塑料夹砂管》和《中华人民共和国建材待业标准-CJ/T838-1998-玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》。

由于可用于生产玻璃钢管道的树脂和玻璃纤维种类较多, 设计时应根据相关标准进行注明, 原材料是保证玻璃钢管质量最重要的因素之一。

4.5 注意事项

⑴玻璃钢管道为轻质管道, 应特别注意各种工况下的抗浮验算。

⑵尽量少使用大角度弯管, 应特别注意管道支墩及附件联接处等需加固部位的处理。

5 FR P玻璃钢夹砂管安装施工技术要点

在保证质量、安全的前提下, 使人力、物力、机具设备达到最佳组合, 用最简便方法、最快速度, 进行管道安装和水压试验, 以达到最好的经济效益。

5.1 施工准备

刚度检验用预制配重块进行, 即根据管道的刚度等级预制1.2倍的配重块, 配重块在管子上均匀分布, 逐渐增加。试验前测量一次管子的圆度;压好配重块后测量一次管子的圆度;静置30min后, 再测量一次管子的圆度。管子的椭圆度要在规范允许的范围内。

自检:管材外壁应光滑, 管身不得有裂缝、凹陷等缺损, 管口不得有破损、裂口、变形等缺陷。

送检:管材及橡胶圈抽取样品送往卫生检验防疫部门, 检验其是否符合卫生标准。

5.2 FR P玻璃钢夹砂管安装施工

5.2.1 施工工艺流程

FRP玻璃钢夹砂管安装施工工艺流程如图1:

5.2.2 沟槽开挖及施工排水

⑴根据设计提供的管线定位点和桩号进行测量放线, 用推土机修筑施工道路, 修路用土取于沟槽线内 (不良地质段外调土方) , 施工沟槽相对位于道路一侧并保持2m的安全距离。

⑵用挖掘机进行沟槽开挖, 沟底标高预留20cm, 人工清底, 其坡比i值见表1。

⑶局部段落沟槽遇有地下水, 采用明沟排水法, 每65m设一集水井, 使用污水泵排水。

5.2.3 管道铺设与安装

⑴管节运至施工现场后逐根进行外观质量检查, 将检查结果做详细记录。管节有损伤但不严重的用树脂修补, 并对管节进行编号, 无编号者施工时不准使用 (一般为损伤严重的) 。

⑵下管对口前在沟槽底部逐节挖接口工作坑, 这样既便于接口操作, 又能使管基均匀承受管体重量, 增加其稳定性。因管基采用砂石垫层, 留出的工作坑同时考虑换填垫层厚度。

⑶用液压汽车吊下管, 吊绳用一根安全系数为8的钢丝绳 (三套倒用) , 选用一个吊点便于调整插口位置。根据距插口处的距离在管身上标出管重心线, 使用一根标杆度量。吊装时起落应平稳, 防止碰撞损伤承插口及管身。

⑷在下节管时保证其轴线、标高、位置与设计的一致, 承口朝向与水流方向相反, 管道接口操作程序为: (1) 待装管插口套上胶圈 (胶圈在插口胶圈槽内, 不能出现扭曲现象) , 承口内沿及插口胶圈部位均匀涂刷润滑剂, 并与承口内沿均匀接触; (2) 对待装管施加轴向力, 胶圈在插口工作面上; (3) 插口进入承口, 胶圈同时进入承口工作面, 从而达到密封作用。

⑸用手动倒链拉进待装管, 插口到达工作位置后取消轴向力时, 检查双胶圈承插是否到位及密封效果 (使用手动压力泵向承口上位于双胶圈中间的检查孔注水打压试验) , 完毕后安装下一节管。施加轴向力时, 待装管承口端一定要把稳, 不能因扭动导致胶圈扭曲。

⑹在沟槽底部一侧用经纬仪测量, 每10m打一控制桩确定工作坑位置, 控制桩上拉一根控制线, 操作人员用标准尺杆测量承口端管腰, 用水平仪控制管顶高程, 以保证管道安装平直。

⑺管道拐角点多为混凝土支墩, 支墩后背土不能为虚土, 支墩做法设计选用03S505图集, 打支墩混凝土时可掺不大于总体积25%的清洁毛石。

5.2.4 管道转弯或跌落

一般情况下, 玻璃钢夹砂管管道转弯或跌落在场地条件允许的条件下, 不做弯头即可达到要求。管道曲线铺设时.井不是靠一根管转弯就能达到弯度的要求, 而是要多根管转多次才能实现。施工条件不允许时, 可把每根管的长度做的短一点。管道曲线铺设允许偏转角度见表1, 每个接口的最大允许偏转角度不得超过表L巾管道曲线铺设允许偏转角度巾的规定。管道转弯或跌落在场地条件不允许且转弯或跌差的角度较大时, 有两种处理办法:

⑴做钢制转换接头6转换接头按照玻璃钢夹砂管的尺寸, 一头做成承口, 一头做成插口, 中间部分用同管径的钢管可做成各种角度的弯头, 钢制转换接头做法见图2。

⑵用玻纤布和食品树脂现场加工弯头, 直接把两根管道的转弯或跌落连起来。

5.2.5 水压试验

⑴水压试验采用强度和渗水量双控检验方法, 试验程序和标准按GB50268-97给排水管道工程施工及验收规范进行。

⑵分段试压, 每段长度宜为1km, 在适当位置处设置钢管内焊堵板构成分段串联水压试验。

⑶钢隔板在钢管制作时同时完成, 完成水压试验后割掉带隔板的一段钢管并置换一段钢管 (如在排气阀处, 则可直接置换排气阀) 或直接割除, 先用气焊切割, 不得损伤管内壁, 再铲掉割余部分, 并用砂轮磨修, 最后补做内防腐。

⑷相邻几个试压段同时灌水浸泡, 升压时, 压差保持在0.1～0.2MPa, 达到试验压力满足强度要求后用水表记录放水量。

⑸DN2000管道每千米允许渗水量为4.30L/min, (注:试压段长度不等于1km时, 允许渗水量可按比例增大或减小) 。

⑹试压钢靠背的面积按下式确定:

其中, F为靠背面积, m2;N为地耐力, kPa;D为管道内径, m;P为试验压力, MPa。

5.2.6 沟槽回填

沟槽回填除按GB50268—97规范有关条款执行外, 还要做到以下几点:,

⑴沟槽回填分3区进行 (见图3) ;

⑵为防止雨季沟槽内集水过多, 管道漂浮和沟槽坍塌, 沟槽回填在管道接口完毕水压试验前完成I, Ⅱ部分, 试压完成后回填Ⅲ部分;

⑶I部位管道两侧土方回填同管道安装同时进行, 人机混填分层夯实, 密实度达原土的90%, Ⅱ部位土方密实度达85%, Ⅲ部位土方机械回填, 密实度达80%。

5.2.7 管道冲洗

⑴所施工管试验完毕并构成系统后, 进行管道冲洗, 供水点设在泵站, 在管线终端设排水点。

⑵开启管道上所有控制阀、泄水阀及排气阀。排气阀无气后关闭, 泄水阀见清水后关闭。

⑶冲洗水压与冲洗时间分别为:1/3工作压力时冲洗6h, 2/3工作压力时冲洗8h, 在工作压力下冲洗至终端排水点见清水 (一般为6h) 。

6 结语

综上所述, 该市政给水工程已竣工验收近一年, 从试运行的结果来看, 均达到设计要求, 两支线段玻璃钢夹砂管道运行正常, 其经济技术指标同其它管道相比十分优越, 它的长使用寿命及低运行成本是其他管道无法相比的。另外, 从施工过程来看, 同等级的大口径玻璃钢管安装难度比混凝土类管道大大降低, 尤其在城市市区里施工空间受限的条件下其优点更为突出。

参考文献

[1]中华人民共和国城镇建设行业标准-CJ/T3079-1998玻璃纤维增强塑料夹砂管.

[2]中华人民共和国建材行业标准-JC/T838-1998玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂管.