1 概述
　　
　　玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂夾砂管(簡(jiǎn)稱玻璃鋼夾砂管RPMP),是一種新型的復(fù)合管材。采用飽和聚酯樹(shù)脂、玻璃纖維、石英砂三種主要原料繞或離心澆鑄、固化而成。其中,玻璃纖維是一增強(qiáng)材料,它被鑲嵌或包裹在熱固性樹(shù)脂中,熱性樹(shù)脂經(jīng)加熱或其它方法固化后變成本質(zhì)上不的一類塑料。而石英砂作為一種骨料,提高其構(gòu)剛性。其生產(chǎn)工藝成型方法主要有離心澆鑄和纏繞法。玻璃鋼夾砂管是上世紀(jì)70年代在世界上出現(xiàn)的一種新型管道,我國(guó)自1988年開(kāi)始研制和生產(chǎn),其后又從大利、美國(guó)、日本等國(guó)引進(jìn)工藝設(shè)備和技術(shù),相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已出版并不斷完善之中。目前玻璃夾砂管的研制開(kāi)發(fā)應(yīng)用還沒(méi)有得到廣泛的推廣,致使許多應(yīng)用部門對(duì)其性能、質(zhì)量及應(yīng)用沒(méi)有得到充分認(rèn)識(shí)。另外,國(guó)內(nèi)許多企業(yè)生產(chǎn)能力也未達(dá)到飽和,所以玻璃鋼夾砂管在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用市場(chǎng)還有待開(kāi)拓,尤其在市政排水管道中的應(yīng)用[1]。
　　
2 性能特點(diǎn)
　　
　　結(jié)合鄭州市工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等特點(diǎn),針對(duì)鄭州市政排水管網(wǎng)工程中大口徑管道較多,管材的輸水能力、能耗、抗外壓負(fù)載能力、工程綜合造價(jià),尤其是在舊排水管網(wǎng)改造過(guò)程中工期緊、工程量較大的問(wèn)題等方面對(duì)合理選擇管材就顯得尤為重要,選擇一種合適的管材通過(guò)其優(yōu)異的耐腐蝕性能、輕質(zhì)高強(qiáng)、輸送流量大、安裝方便、施工周期短及綜合投資低等優(yōu)點(diǎn),能夠在市政排水工程廣泛應(yīng)用,玻璃鋼夾砂管是一種最佳的選擇。
　　2.1玻璃鋼夾砂管質(zhì)輕、管道安裝快捷
　　玻璃鋼夾砂管材質(zhì)輕,同管徑同壓力玻璃鋼夾砂管的重量是混凝土管的1/15～1/10,致使運(yùn)輸、吊裝輕便,在排水管鋪設(shè)、安裝施工中容易糾偏,確保了管道軸線、標(biāo)高定位準(zhǔn)確及施工的可靠性。排水管道接口采用承插式“O”型――雙密封圈連接,接頭柔韌拉伸力性能優(yōu)于混凝土,因而對(duì)軟弱淤泥層地基適應(yīng)性強(qiáng)。管道地基處理費(fèi)用較混凝土管道大幅度降低,無(wú)需象混凝土管那樣去安裝鋼模、綁扎鋼筋和澆筑混凝土,減輕了施工勞動(dòng)強(qiáng)度,較大地縮短了施工工期[2]。
　　2.2玻璃鋼夾砂管剛度高、抗彎強(qiáng)度大、壽命長(zhǎng)
　　玻璃鋼夾砂管通過(guò)在管壁中間層增加夾砂層來(lái)提高剛度,可滿足用戶提出的任何合理的剛度要求。玻璃鋼夾砂管剛度特性的另一優(yōu)點(diǎn)是抗彎變形的能力很強(qiáng),比如,5000Pa剛度的玻璃鋼夾砂管在變形達(dá)20%的情形下,不產(chǎn)生分層損壞,并在卸載后能恢復(fù)原狀,而混凝土管由于不能承受較大變形有可能產(chǎn)生斷裂破壞玻璃鋼夾砂管其表觀環(huán)向抗彎強(qiáng)度150MPa～450MPa之間,而混凝土管抗彎強(qiáng)度的抗拉和抗壓部分分別由鋼筋和混凝土承擔(dān),其表觀抗彎強(qiáng)度仍遠(yuǎn)低于玻璃鋼夾砂管,僅為玻璃鋼夾砂管的8.5%～26%。一般排水玻璃鋼夾砂管的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)50年以上,是鋼筋混凝土管道等排水管材的2倍以上。
　　2.3玻璃鋼夾砂管具有優(yōu)良的腐蝕性能
　　與傳統(tǒng)管材相比具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能,可以耐酸、堿、鹽、氧化劑、有機(jī)溶劑、各類油脂、污水等。它的內(nèi)襯采用耐腐蝕的性能優(yōu)良的樹(shù)脂作為原材料,所以不需要任何防腐。并經(jīng)長(zhǎng)期使用不結(jié)垢,不會(huì)被污水中的微生物和雜物沉積而沾污蛀附,以致增大粗糙率而減少過(guò)水?dāng)嗝婊蚨氯艿馈Ｓ捎诓Ａт搳A砂管的破壞壓力是按工作壓力的4倍以上安全系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,有足夠的安全系數(shù)。
　　2.4玻璃鋼夾砂管綜合造價(jià)低,長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益好
　　以鋼筋混凝土管道為例,玻璃鋼夾砂管道對(duì)于同種相同口徑的管材,玻璃鋼夾砂管道在單位造價(jià)上略高,但若考略管道長(zhǎng)期使用的維護(hù)及檢修費(fèi)用,并考慮管道的使用年限及運(yùn)輸能力等因素。玻璃鋼夾砂管道的綜合效益要遠(yuǎn)高于鋼筋混凝土管道等排水管材。
　　2.5玻璃鋼夾砂管水力學(xué)性能優(yōu)異
　　由于玻璃鋼夾砂管內(nèi)壁光滑,水流摩阻小,無(wú)藻類等水生衍生物附著,可有效地增強(qiáng)輸水能力。玻璃鋼夾砂管等塑料管的管壁粗糙系數(shù)n1=0.0084～0.009,鋼筋混凝土管等傳統(tǒng)管材的管壁粗糙系數(shù)n2=0.013～0.014。
　　通過(guò)水力學(xué)中的達(dá)西公式Q=AC(Ri)0.5與曼曼寧公式C= 1/n/R1/6的關(guān)系,可求得:
　　Q=k/n D 8/3i0.5
　　式中:Q-流量;D-管徑;i-水力坡度;n-管道的粗糙系數(shù);K=(π/4)×( 1/42/3)。
　　(1)當(dāng)管道輸水流量、水頭損失一定時(shí),則:D2/D1=(n2/n1)3/8;
　　(2)當(dāng)管道內(nèi)徑、水頭損失一定時(shí),則:D2/D1=n2/n1;
　　(3)當(dāng)管道內(nèi)徑、輸水流量一定時(shí),則:i2/i1=(n2/n1)2;
　　在流量、水頭損失、管徑三參數(shù)之其中的兩參數(shù)一定時(shí),另一參數(shù)的比例關(guān)系可根據(jù)上述公式計(jì)算得到。玻璃鋼夾砂管輸水效率是傳統(tǒng)管材1.4～1.7倍,管道水力損失是傳統(tǒng)管材的0.4～0.5倍,管徑是傳統(tǒng)管材的0.8～0.9倍。
　　
3 玻璃鋼夾砂管的設(shè)計(jì)與安裝
　　
　　雖然玻璃鋼夾砂管道有著以上優(yōu)點(diǎn),但要把玻璃鋼夾砂管道應(yīng)用到城市排水工程中來(lái),還要認(rèn)真設(shè)計(jì)、精心施工、達(dá)到經(jīng)濟(jì)利益最大化。玻璃鋼夾砂管屬柔性管道,其排水管道施工內(nèi)容包括:開(kāi)槽、基礎(chǔ)處理、下管、穩(wěn)管、接口、回填及閉水試驗(yàn)等主要工序。
　　3.1玻璃鋼夾砂管剛度的選擇
　　由于敷設(shè)于城市道路下的無(wú)壓排水管道外壓負(fù)載比較復(fù)雜,主要來(lái)自于土壤重量和地面產(chǎn)生的靜負(fù)載,以運(yùn)輸車輛經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)載。“負(fù)載”、“管材”和“土壤回填”是決定玻璃鋼夾砂管鋪設(shè)后能否正常工作的三個(gè)重要參數(shù),而且相互影響。剛度是玻璃鋼夾砂管抗外壓負(fù)載能力的綜合參數(shù)。為保證玻璃鋼夾砂管在外壓負(fù)載下安全工作,剛度的選擇是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之一,其不但取決于外壓負(fù)載的情況,還取決于鋪設(shè)后管道周圍土壤回填材料的情況。根據(jù)世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn),玻璃鋼夾砂管在外壓負(fù)載下是否能夠安全使用的因素中,鋪設(shè)情況是最主要的。常用的玻璃鋼夾砂管可供選擇的剛度等級(jí)值可采用1.25、2.5、5、10kN/m四個(gè)等級(jí)。剛度的確定是先初步選擇,然后按《給水排水工程埋地玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),進(jìn)行管道強(qiáng)度計(jì)算、變形驗(yàn)算、壓屈失穩(wěn)計(jì)算等[3]。如果計(jì)算結(jié)果不滿足要求就增大剛度重新計(jì)算。結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn),筆者建議在排水管道設(shè)計(jì)中盡量選擇剛度較高的管材,并嚴(yán)格控制管道基礎(chǔ)、回填材料、分層夯實(shí)等鋪設(shè)工序的施工質(zhì)量。

3.2玻璃鋼夾砂管管徑的選擇
　　玻璃鋼夾砂管道管徑的選擇,主要取決于本地區(qū)區(qū)域內(nèi)的排水當(dāng)量的計(jì)算,通過(guò)認(rèn)真計(jì)算選擇出正確管徑大小,同時(shí)結(jié)合玻璃鋼夾砂管道內(nèi)部表面光滑,粗糙度和摩擦阻力遠(yuǎn)小于其他管材,所以在選擇管徑的基礎(chǔ)上,結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn),在污水流量相同的前提下,管徑選擇可縮小1至2個(gè)等級(jí),這樣就可以節(jié)省施工成本。
　　3.3玻璃鋼夾砂管施工工藝
　　(1)在管道的運(yùn)輸和布管工作當(dāng)中應(yīng)將管道及管件沿已開(kāi)挖的溝槽順線排開(kāi),有時(shí)為了減少二次搬運(yùn)的費(fèi)用,也可采用運(yùn)輸和安裝同時(shí)進(jìn)行的方法。擺放時(shí)應(yīng)注意將每根管的承口方向朝向設(shè)計(jì)水流方向的相反方向。
　　(2)開(kāi)挖基槽時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制槽底標(biāo)高和防止擾動(dòng)槽底原狀土?；鄣壮诓糠?必須用砂礫石回填密實(shí)。槽底若遇有孤石等堅(jiān)硬物體時(shí),在清除后,也須用砂、礫石回填處理好。當(dāng)下道工序與本道工序不連續(xù)施工時(shí),基槽底要預(yù)留保護(hù)土層不挖,等下道工序開(kāi)工后,再一起開(kāi)挖。當(dāng)管槽基礎(chǔ)為軟土淤泥、粉砂質(zhì)粘土?xí)r,應(yīng)先采取降水位及換土措施,即清除浮泥、平整管床,后鋪墊碎石、中砂層大于25cm以上。
　　(3)每根管子吊裝必須使用吊裝帶雙點(diǎn)起吊,避免架空放置或放在有尖銳石頭的地面上。裝卸過(guò)程中應(yīng)輕裝輕放,嚴(yán)禁摔跌或撞擊嚴(yán)禁采用鋼絲繩吊裝管道,以免在吊裝過(guò)程中出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象,損傷樹(shù)脂層而造成廢管。
　　(4)管道的接口采用“O”型-雙密封圈承插連接,需嚴(yán)格按廠方提供的操作規(guī)程執(zhí)行。連接時(shí)一般應(yīng)逆水流方向連接,連接前在基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)承插口的位置要挖一個(gè)凹槽,承插安裝后,用砂填實(shí)。連接時(shí)再檢查一遍承口和插口,在承口的內(nèi)表面均勻涂上潤(rùn)滑劑非石油產(chǎn)品,如動(dòng)植物油,然后把兩個(gè)“O”型膠圈分別套在插口的凹槽內(nèi),并涂上潤(rùn)滑劑。管道連接時(shí)需采用合適的機(jī)械輔助設(shè)備,對(duì)于大口徑管,在插口端應(yīng)將管道吊離地面,以減少管道與地面的摩擦。
　　(5)在管道的回填過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意保護(hù)管道,免受下落石塊的沖擊、壓實(shí)設(shè)備的直接碰撞和其他潛在的破壞。玻璃鋼夾砂管是脆性材料,抗沖擊力很小,一旦遭到?jīng)_擊的破壞,很容易受損壞,出現(xiàn)內(nèi)襯部分的裂紋,以致引起泄漏。在管頂覆土50cm以上時(shí),才允許直接使用滾壓設(shè)備或重夯,但應(yīng)取得廠家允許或給出相應(yīng)的覆土厚度。應(yīng)在左右對(duì)稱的情況下進(jìn)行管道回填,不對(duì)稱的回填,容易導(dǎo)致管道偏移。
　　(6)管道閉水試驗(yàn)要求參照《給水排水管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》,當(dāng)滲水量在允許范圍內(nèi),即為合格。如不合格,應(yīng)查找漏水點(diǎn),重新進(jìn)行安裝或堵漏后再做試驗(yàn),直至合格。
　　3.4玻璃鋼夾砂管基礎(chǔ)及主管區(qū)回填料的選擇
　　由于玻璃鋼夾砂管道軸向拉伸強(qiáng)度較低,一般為55mpa左右(與玻璃鋼夾砂管道成正比),在施工過(guò)程中,如果回填不實(shí)很容易造成撓曲度變形,致使管道漏水?！堵竦亟o水排水玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂夾砂管管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》中所提到的撓曲度變形值見(jiàn)表1:
　　
　　當(dāng)管道變形量超過(guò)8.0%,應(yīng)更新管道。參照埋地給水排水玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂夾砂管管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》中的相關(guān)內(nèi)容RPMP管道基礎(chǔ)及主管區(qū)回填的壓實(shí)度一定不應(yīng)小于95%。所以,回填料的選擇是控制整個(gè)RPMP管道施工的重點(diǎn)?；靥盍喜粌H可以加大土壤阻力,而且能提高土壤的支撐力,是控制管道徑向撓曲度變形的強(qiáng)有力手段?；A(chǔ)及主管區(qū)回填材料的選擇可根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》GBJ145-90、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007等資料,同時(shí)考慮鄭州本地區(qū)的資源優(yōu)勢(shì),選取中粗砂或石沫(粒徑不超過(guò)20mm)作為回填材料。
　　
4 結(jié)束語(yǔ)
　　
　　隨著國(guó)家清潔生產(chǎn)的大力推廣、節(jié)能環(huán)保政策的推進(jìn)及RPMP管材生產(chǎn)工藝的完善,以及工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,在交通擁擠的繁忙施工區(qū)域采用玻璃鋼夾砂管,其施工進(jìn)度快、對(duì)周邊交通、環(huán)境保護(hù)負(fù)面影響小,為今后的城市管道設(shè)計(jì)及施工開(kāi)拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。從市場(chǎng)預(yù)測(cè)以及國(guó)家加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)看,玻璃鋼夾砂管以其強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、能耗低、流量大、防滲性強(qiáng),便于運(yùn)輸和安裝,壽命長(zhǎng)、綜合價(jià)格便宜而具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和生命力,將是鄭州市政排水工程管材的一個(gè)較佳選擇。