CECS 164-2004(条文说明) 埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程.pdf
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1、中国工程建设标准化协会标准埋地聚乙烯排水管管道工程设计规程CECS 164 : 2004 条文说明1总则2 术语、符号2. 1 术语.2.2 主要符号3 材料3. 1 管材3. 2 管道连接材料4 水力计算5 管道结构设计5. 1 一般规空5.2 管道结构上的作用目次5. 3 管道环截面变形验算5.4 管道环截面强度计算5. 5 管道环截面压屈失稳计算5. 6 管道抗浮稳定计算6 管道施工和敷设6. 1 一般规定. . 6. 2 沟槽6. 3 管道基础6. 4 管道安装及连接7 管道与检查井连接. ( 6 0) 8回填8. 一般规定8. 2 回填材料和回填要求 41 9 质量检验9. 1 管道
2、密闭性检验9. 2 管道变形检验9.3 沟槽回填土密实度检验10 管材的运输和贮存11 管道工程竣工验收 42 1总则1. 0. l 聚乙烯CPE)管材属于化学管材,且有重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、过流能力大、密封性能好、使用寿命长、运输安装方便和施工速度快等特点。用作埋地排水管道时,具有良好的使用性能,但在设计、施工上有不同于其他排水管材的特殊要求。本规程只适用于埋地敷设的聚乙烯排水管道,因为聚乙烯管不适于室外露天敷设。在国外,这种管材巳广泛应用于排水管道,并已制定相应的设计施工手册;在国内已推广应用,需要制定相应的技术规程。I. 0. 2 本条明确了本规程适用范围。根据给水排水管道工程施工及
3、验收规范GB50268第10章的有关规定,工作压力小于O. lMPa的管道为无压管道。条文中提出的两种管材,都可用于承受外压力的埋地排水管道工程。双壁披纹管和缠绕结构壁管与平壁管相比,在管径和截面相同的情况下具有较大的环刚度,承受外压力能力强,综合性能好,价格较低,适宜作排水管材。从目前国内外的使用情况看,聚乙烯双壁波纹管直径在1200mm以下居多。根据我国聚乙烯管材生产情况和使用经验,并从工程造价方面考虑,本规程规定双壁波纹管公称直径为DNllODN1200。对缠绕结构壁管,目前有些生产厂已能制造最大直径达3500的管材,但这部分比例不大,且大口径管材的特性与中小口径管材的特性不同,故本规程
4、未作推荐,如需使用,可参照本规程的有关要求和生产厂的技术规定专门设计。1. 0. 3 1. 0. 7 明确了本规程与其他技术标准关系,便于工程技术人员掌握应用。 43 2 术语、符号2.1术语2.1. 12. 1. 14 列出了本规程中采用的管材专用名词,与其对应的英文名称是参照中国工程建设标准化协会标准管道工程结构常用术语CECS83: 96和美国ASTM标准塑料管系统标准术语F412-0l制订的。2. 1. 15 2. 1. 18 为土弧基础专用术语。土弧基础是埋地PE排水管道工程结构的组成部分。术语明确了土弧基础各部位的含义,功能及技术要求。2.2主要符号主要符号是参照现行国家标准工程结
5、构设计基本术语和通用符号GBJ132 -90和建筑结构设计术语和符号标准GB/T 50083-97确定的。 44 3材料3.1曹材3. 1. 1 本条规定双壁波纹管应符合现行国家标准埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统第1部分z聚乙烯双壁波纹管材GB/T 19472. 1的规定z缠绕结构壁管应符合现行国家标准埋地用聚乙烯结构壁管道系统第2部分z聚乙烯缠绕结构壁管材和管件GB/T19472. 2的规定。上述两本标准中给出的4种聚乙烯排水管材,其形式、规格尺寸和环刚度如下 45 1 囊乙烯管材的形式z(a)双壁波纹管(b)缠绕双壁矩形中空肋壁管( c)缠绕圆形中空肋壁管A型(d)缠绕圆形中空肋壁管B
6、型图E3.1. 1 聚乙烯排水管材的形式 46 2 规格尺寸(1)双壁波纹管跑回.1.1-1双璧波纹管内径规格系列(mm)最小平均最小层压最小内层公称内径内径壁厚壁厚DN/ID d,m mm emm e1,mm 100 95 1. 0 0.8 125 120 1. 2 1. 0 150 145 1. 3 1. 0 200 195 1. 5 1. 1 225 220 1. 7 1. 4 250 245 1. 8 1. 5 300 294 2.0 1. 7 400 392 2.5 2. 3 500 490 3.0 3.0 600 588 3.5 3.5 800 785 4.5 4.5 1000 9
7、85 5.0 5.0 1200 1185 5. 0 5.0 褒四.1.1-2双璧波纹管外径规格系列(mm)公称最小平最大平暴小平最小层最小内外径均外径均外径均内径压壁厚层壁厚DN/OD dem,min dem,mox d,m,mm emm et.min 110 109.4 110. 4 90 1. 0 0.8 125 124.3 125.4 105 1. 1 1. 0 160 159.1 160.5 134 1. 2 1. 0 200 198.8 200.6 167 1. 4 1. 1 250 248.5 250.8 209 1. 7 1. 4 315 313.2 316. 0 263 1.
8、9 1. 6 最小承口深度Amin 32 38 43 54 55 59 64 74 85 96 118 140 162 最小承口深度Amin 32 35 42 50 55 62 47 续襄E3.1.l-2 公称最小平最大平最小平最小层最小内最小承外径均外径均外径均内径压壁厚层壁厚口深度DN/OD dem,min dem,max d恤,m;nemm el.min Amin 400 397.6 401. 2 355 2.3 2.0 70 500 497.0 501. 5 418 2.8 2.8 80 630 626. 3 631. 9 527 3.3 3.3 93 800 795.2 802.4
9、669 4. 1 4. 1 llO 1000 994.0 1003. 0 837 5.0 5.0 130 1200 ll92. 8 1203.6 1005 5.0 5.0 150 (2)缠绕结构壁管襄四.1.1-3罐缔结构壁管规格系列(mm)公称内径最小平均内径最小壁厚DN/ID d;m,mm A型es,m;nB型e4,m;n150 145 1. 0 1. 3 200 195 1. 1 1. 5 300 294 1. 7 2. 0 400 392 2. 3 2. 5 500 490 3. 0 3. 0 600 588 3. 5 3.5 700 673 4.1 4.0 800 785 4. 5
10、4.5 900 885 5.0 5.0 1000 985 5.0 5.0 llOO 1085 5.0 5.0 1200 ll85 5.0 5.0 1300 1285 6.0 5.0 1400 1385 6.0 5.0 48 续裹四.1.1-2公称内径最小平均内径最小壁厚DN/ID d,m,1nn A型es.minB型e.min1500 1485 6.0 5.0 1600 1585 6.0 5.0 1700 1685 6.0 5. 0 1800 1785 6.0 5. 0 1900 1885 6.0 5. 0 2000 1985 6. 0 6.0 2100 2085 6. 0 6.0 2200
11、2185 7.0 7.0 2300 2285 8. 0 8.0 2400 2385 9.0 9.0 2500 2485 10.0 10.0 注:A型缠绕结构壁管为缠绕双璧矩形中空肋壁管和内壁光滑、外壁平整的缠绕圆形中空肋壁管,B型缠绕结构壁管为内壁光滑,外壁为螺旋状、环状的圆形中空肋的缠绕圆形中空肋壁管。3. 管材环刚度分类l E3.1.1-4 管材的环刚度分类(kN时。,“创一2SN4 I (SN6. 3) I SNS 4 I 6. 3) I s (SN12. 5) I SN16 02. s) I 1s 注J环刚度测试方法按热塑性塑料管一环刚度的测定方法GB/T9647一20033.1. 2
12、 管材的质量密度是按国家标准埋地用聚乙烯CPE)结构壁管道系统第1部分J聚乙烯双壁波纹管材GB/T19472. 1的规定取用。根据美国Massachusetts大学对聚乙烯管的研究结论,从第一次加载起,不论时间过了多久,每次施加新的荷载,管材总是按短期强度性能反应z聚乙烯管材是霜弹性材料,具有两个与时间关联的特性,即蠕变和应力松弛。由于应力松弛尚未量化,在设计中 49 没有考虑其效果,因此设计中聚乙烯管材的弹性模量按短期弹性模量考虑是安全的。美国聚乙烯波纹管协会聚乙烯波纹管的结构设计方法中推荐聚乙烯短期弹性模量为785MPa;燕化树脂所委托“国家石化有机原料合成树脂质量监督检验中心”按国家标准
13、塑料弯曲性能试验方法GB/9341-2000,对国内聚乙烯双壁波纹管目前应用较多的几个品种(金山石化的480,美国雪佛龙菲利普斯化工CPChem的490和144和燕化的6100M)进行短期性模量检测,结果见表E3.1. 2-1。褒四.1.2-1 聚Z烯材料的短期弹性模量样品品种短期弹性模量(MPa)6100M 995 114 826 480 768 490 859 检测结果说明,聚乙烯埋地排水管常用材料的短期弹性模量实测结果都在758MPa以上,故在本规程中采用此值。美国聚乙烯波纹管协会聚乙烯波纹管的结构设计方法中推荐聚乙烯抗拉强度值为20.7MPa;根据国家标准高密度聚乙烯树脂GB11116
14、-89的规定,挤塑类高密度聚乙烯的拉伸屈服强度都在21MPa以上(表E3.1. 2-2),因此本规程也采用了美国资料的推荐值。襄四.1. 2-2 骤Z烯材料的拉伸屈服强度挤塑类拉伸屈服强度CMPa)PE-EA 570003 22 24 PE EA 570012 22 24 PE-FA 50泊1221 23 PE-FA 500200 21 23 PE-GA 500006 22 24 50 续褒E3.1.2-2 挤塑类拉申屈服强度(MPa)PE-GA 57D006 22 24 PE-GA 57D012 22 24 PE-LA 50D012 22 24 PE-LA 57D006 22 24 3. 1
15、. 3 对聚乙烯管材,因生产工艺不同,其截面尺寸尚未统一规定,设计时所采用的管材截面惯性矩I和截面尺寸Yo(管壁中性轴至管材外壁距离)应由管材生产厂提供。3.2 管道连接材料3.2. 1 本条规定了对管道接口用弹性密封橡胶圈的质量要求。3. 2. 2 3.2.S 电熔连接所用的电热熔带、热熔连接所用的热收缩套(带)、承插式电熔连接所用的电热元件、焊接连接所用的的焊接片,目前尚无国家标准,本条的规定是参照专门生产管件厂的企业标准制定的。厂家在提供产品时,应提供可靠的技术鉴定材料。本条有待在应用中逐步完善。如本条的规定与将来发布的国家标准有矛盾,应以国家标准为准。 51 4 水力计算4. 0.1
16、计算公式与国家标准室外排水设计规范GBJ14-87的规定相一致。4. 0. 2 PE排水管管壁粗糙系数n值并非常数,应由试验确定。对PE双壁波纹管参照了天津市市政工程研究院对相近类型的热塑性管道、公称直径DN200的UPVC双壁波纹管在清水中的水力特性试验结果,管内壁的粗糙系数n值为0.007890.00891;美国Uni-bellPVC管协会推荐的重力流污水管系统水力设计n值为0.009;美国聚乙烯波纹管协会CPPA资料,犹他州州立大学水研究实验室确定的光滑内壁的聚乙烯波纹管n取值为0. 0100.012;日本下水道协会JSWAS标准中n值采用0.010。综合以上数据,考虑到管道接头、管内流
17、动介质的影响,本规程规定双壁波纹管可采用n=O.010;缠绕结构壁管因制管工艺的原因其内壁不很光滑,粗糙系数从外观看,要比双壁波纹管大一些,但从国外生产厂提供的资料,n值都不大于0.01,因目前无国内试验资料,故采用了n=0.0100.0110当制管工艺可使管材内表面较光滑时,可取小值;如有试验资料,可按试验值采用。4.0.3 最小设计流速是为了防止管内淤积,本规程的取值系按国家标准室外排水设计规范GBJ14-87的规定确定。 52 s 管道结构设计5. 1 一般规定5. 1.1 聚乙烯管道结构设计是按照国家标准工程结构可靠度设计统标准GB50153-92的规定,采用了以概率理论为基础的极限状
18、态设计方法。5.1. 2 日本及欧美等国多年来的研究成果证明,聚乙烯管道使用寿命按50年设计是可以保证的。5.1.35.1. 7 均按照国家标准给水排水工程管道结构设计规范GB50332-2002的相关条款制定。5.1. 8 PE排水管的线膨胀系数为0.2mm/m ,亦即每lOOm长管道每升降1时,其纵向伸缩量为土20mm。当温差达士10时,伸缩量达200mm0排水管道在沟槽回填土完成后的长期使用过程中,管道内外介质的环境温差比较小F但在施工敷设过程中经常出现较大的温差,如北方地区的日温差可达到土15以上,因此在施工敷设时,对采用熔接连接,机械连接等刚性接头的管道,要尽可能减小管道温差影响。当
19、检查井与管道为刚性连接时,尤其要防止降温使管道纵向收缩而产生拉应力的影响。本规程第6.4.5、6.4. 6条对管道连接时闭合温度的要求和本规程第8.11 节对回填土的要求等,都是为了尽可能在管道敷设过程中减小温度影响的措施。5.2 管道结构上的作用5. 2.1 5.2.5 条文是按照国家标准给水排水工程管道结构设计规范GB50332-2002的相关条款制定的。 53 5.3 管道环截面变形验算5.3. 1 本条是按照国家标准给水排水工程管道结构设计规范GB 50332-2002第4.3.8条制定的。5.3.2 本规程的变形公式采用了美国spangler氏公式,符合GB 50332 -2002的
20、规定。公式中的变形滞后效应系数可依沟糟管道胸腔部位回填土的密实度取值,密实度大取大值,密实度小取小值。5. 3. 3 PE排水管管道的允许直径变形率,在美国及欧洲的有关资料中都规定不大于7.5%;本规程是按GB50332一2002中小于5%的规定确定的。由于管材环刚度Sp必须满足公式(5.3. 2)的要求,也就是应根据沟槽回填土综合变形模量由设计计算来确定管材的Sp。据介绍,国外有不少PE排水管道工程采用的Sp都在24之间,因此在本规程条文中,对管材的最小Sp未作规定。5.4 管道环截面强度计算5. 4.1 本条是按照国家标准给水排水工程管道结构设计规范GB 50332-2002第4.2.1条
21、制定的。5.4.2 本条是按照国家标准给水排水工程管道结构设计规范GB 50332-2002第4.2. 2条制定的。5.4.3 本条是参照美国聚乙烯波纹管协会资料聚乙烯波纹管的结构设计方法的有关内容制定的。管道环截面的强度按柔性管的理论计算,管两侧的侧向土抗力由管道在竖向荷载作用下管径侧变形的大小确定。侧向土抗力的图形采用spangler抛物线型,管道在外压力作用下的弯曲应力通过在竖向变形下管材的应变来计算。美国公式为z 2 D1 坐4ro 2 Yo (SF) 54 式中SF为安全系数,原取1.5,因美国公式中材料抗拉强度和荷载采用标准值,而本规程材料抗拉强度采用设计值,其比值为20. 7 /
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