硬聚氯乙烯
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硬聚氯乙烯（pvc
[摘要]本文介绍了埋地硬聚氯乙烯排水管道设计及施工中涉及的主要问题，并提出了具体意见。
[关键词]硬聚氯乙烯排水管道
中图分类号：tv 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）20-027-01
一、引言
硬聚氯乙烯（pvc-u）管材的材料为pvc-u混配料。
混配料应以pvc树脂为主，其中加入为生产达到本部分要求的管材所必需的添加剂，所有添加剂应分散均匀。
pvc树脂应符合gb/t 5761-1993，树脂的k值应大于64，氯乙烯单体含量应小于5mg/kg，任何添加剂的加入不应引起感官不良感觉、损害产品的加工和粘接性能及影响到本部分规定的其他性能。
该管材具有重量轻、强度高、耐腐蚀、管壁光滑水力阻力系数小、施工安装方便及水密性能好等特点。
用于埋地排水管道不仅施工速度快、周期短，还能更好地适应管道的不均匀沉降。
二、硬聚氯乙烯排水管主要类别
城镇埋地排水管道多为重力流，主要是承受外压荷载。
国内目前可用于排水管道的pvc-u管有4种可供选择：
1.双壁波纹管：管壁截面为双层结构，内壁的表面光滑、外壁为等距排列的空芯封闭环肋结构。
2.加筋管：是一种管壁光滑、外壁带有等距排列的环肋的管材。
这种管材既减薄了管壁厚度又增大了管材的刚度，提高了管材承受外荷载的能力，可比普通直壁管节约30%以上的材料。
3.肋式卷绕管（亦称螺旋管）：该产品是新一代塑料管材，制管分2阶段进行。
第1阶段先将原材料制成带有等距排列的t型肋的带材，第2阶段再将带材通过螺旋卷管机卷成不同直径的管材。
管材的公称直径以管内径表示。
这种管材的特点是可以把带材运到管道施工现场。
就地卷成所需直径的管材，大大简化了管材的运输、管材长度可以任意调整。
4.直壁管：管壁截面是实心的，管壁截面相等的管材，公称直径以管外径表示。
管材接口有软接接口和橡胶圈接口。
橡胶圈接口的严密性较好。
这种管材承受内压外压的性能都很好，多用于建筑给排水和城镇给水管道，用于排水管道与异形管相比价格相对较高。
三、管道设计
1.水力计算： pvc-u排水管道的流速、流量通常按下式计算：式中：v为流速（m/s）；n为管壁粗糙系数；r为水力半径（m）；i为水力坡降；q为流量（m3/s）；a为水流有效断面面积（m2）。
管壁粗糙系数n与管道的水力条件及管子表面的光滑程度及管接头的间隙、数量等诸多因素有关。
美国在实验室试验和实际应用中发现pvc-u管的n值为0.007～0.011，uni-bell pvc管协会推荐采用0.009，日本下水道协会标准则采用0.01。
天津市政工程研究院用dn200mm双壁波纹管在底坡1～6‰，流速0.5～1.5m/s清水条件下试验的n值为0.00789～0.00891，考虑污水环境恶劣及管接头
影响留有余地正在编制的规程中拟采用0.01。
pvc-u排水管的最低流速不宜低于0.6m/s。
管子埋入地下椭圆变形对流量的影响可忽略不计，按管道允许直径变形率5%计算，对流量的减少仅0.6%，影响甚微。
2.管道强度计算：pvc-u管系按柔性管的理论，靠管土共同工作来承受荷载。
管周两侧的土体承受了大部分荷载，柔性管仅承受一小部分。
对重力流管道，管子的安全使用状态实际上是以变形控制，欧美等国对重力流管通常只计算管子的变形。
日本下水道协会标准jswas k-1依图1假定的荷载图形按下式计算管子的环向应力：
σ=m/w=（r2/w）（k1p1+k2p2）
式中：σ为管壁的环向弯曲应力；m为管壁上的弯矩；r为管子的平均半径；w为管壁的截面模量；k1为管道竖向静土压力作用的弯矩系数；k2为管道在地面活荷载作用下的弯矩系数；p1为作用在管顶的静土压力；p2为作用在管顶的活荷载。
经对不同管径管材的砂箱试验实测结果，管壁应力与按上述公式计算的结果甚为接近，计算值略大于实测值，因之上式可以采用。
3.管道的变形计算：埋地柔性管的变形计算国内外多采用spangler推导的依何华公式，该公式的推导假定管道受垂直荷载作用产生椭圆变形，使土体产生抗力，抗力大小与管子在土中的变形成正比，呈抛物线分布。
经推导形成修正的依何华公式
（1）
式中：δd为管道在组合荷载作用下的直径变形量；dl为变形滞
后系数，取1.2～1.5；k为基础垫层系数，与基础支承角有关，一般取0.1；w0为管顶单位长度上的荷载；r为管壁中心半径；e为管材的弹性模量；i为管壁截面单位长的惯性矩；e’为管两侧回填土的变形模量。
静土压力分布动土压力分布
图1
四、管道施工
1.管道基础：为保证管底与基础紧密接触并控制管道的轴线高程、坡度，pvc-u管道仍应做垫层基础。
对一般土质通常只做一层0.1m厚的砂垫层即可。
对软土地基，且当槽底处在地下水位以下时，宜铺一层砂砾或碎石，厚度不小于0.15m，碎石粒径5～40mm，上面再铺一层厚度不小于0.05m的砂垫层，以利基础的稳定。
基础在承插口连接部位应予先留出凹槽便于安放承口，安装后随即用砂回填。
2.管道安装：承插口管安装时应将插口顺水流方向，承口逆水流方向由下游向上游依次安装。
管材的长短可用手锯切割，但应保持断面垂直平整不得损坏。
小口径管的安装可用人力，在管端设木挡板用撬棍使被安装的管子对准轴线插入承口。
直径大于dn400mm的管子可使手搬葫芦等工具。
管道接口以橡胶圈接口居多，施工操作简便，但应注意橡胶圈的断面型式和密封效果。
圆型胶圈的密封效果欠佳，而变形阻力小又能防止滚动的异形橡胶圈的密封效果则比较好。
3.沟槽回填：柔性管是按管土共同工作来承受荷载，沟槽回填材料和回填的密实程度对管道的变形和承载能力有很大影响。
回填土的变形模量越大，压实程度越高，则管道的变形越小，承载能力越大，设计施工应根据具体条件慎重考虑。
沟槽回填除应遵照管道工程的一般规定外，还必须根据pvc-u管的特点采取相应的必要的措施，管道安装完毕应立即回填，不宜久停再回填。
从管底到管顶以上0.4m范围内的回填材料必须严格控制。
可采用碎石屑、砂砾、中砂粗砂或开挖出的良质土。
管道位于车行道下，且铺设后即修筑路面时，应考虑沟槽回填沉降对路面结构的影响，管底至管顶0.4m 范围内须用中、粗砂或石屑分层回填夯实。
为保证管道安全，对管顶以上0.4m范围内不得用夯实机具夯实。
回填的压实系数从管底到管顶范围应大于或等于95%；对管顶以上0.4m范围内应大于80%；其他部位应大于等于90%。
雨季施工还应注意防止沟槽积水，管道漂浮。
五、pvc-u排水管道的应用发展前景
因为pvc-u排水管道的优点：重量轻、强度高、耐腐蚀、施工安装简便快捷、相对低廉的价格、不断成熟的施工工艺，所以近10
年来发展迅速。
一些发达国家在dn500mm以下的排水管道中已成为主流，而dn500mm以下的管道均占管网总长的70%以上，目前pvc-u 排水管道已经在我国南方迅速普及，成由南向北发展的态势，而且满足我国迅速崛起的城市化建设的步伐，正在逐步代替原有的水泥管道，将会更加适应现代化的建设。
参考文献：
[1] pvc塑料管设计施工手册，uni-bell pvc管道协会编，建设部信息所译，1994年8月.
[2] 硬聚氯乙烯（upvc）加筋管工程应用研究报告，上海市政工程研究院，1997年9月.
[3] 聚氯乙烯塑料管应用于排水管道的研究，天津市政工程研究院，1994年12月.。
