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埋地聚乙烯管道在供水工程中的应用
杨雪城
摘要：本文结合工程实例简单介绍了承插式埋地聚乙烯管道在深圳市供水工程中的应用情况，对聚乙烯管道安装过程中经常遇到的问题进行分析以及聚乙烯管道爆管抢修方法。
关键词：聚乙烯管道 供水 施工
一、概况
在国家行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（下称“规程”）的编写过程中，我们有意识的把规程与工程实际相结合。如对接焊接管道的管径要求在de90以上，de63及以下小口径管道只能采用电熔（套筒）连接，规程中的管道水压试验采用的是“二阶段”试验方法，我们在工程实际中也进行了检验，方法的操作性很强。
二、聚乙烯材料的性能：
1、密度
密度是聚乙烯的重要指标之一，有高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度（LDPE）之分。在分子结构上，MDPE与 LDPE属支链型，HDPE属线型。密度越高，相对硬度、软化温度、抗拉强度越高，但脆性增加、柔韧性下降、抗开裂性能下降。给水管道一般采用高密度聚乙烯（HDPE）。密度对聚乙烯长期性能的影响如图一所示。
由图一可以看出，当应力作用时间接近零时，聚乙烯的静液压爆破应力接近材料的拉伸屈服强度。聚乙烯的密度下降，由韧性破坏转向脆性破坏的时间延长，但强度有所下降。
2、强度
聚乙烯是一种高分子合成材料，它的强度存在时间概念。在聚乙烯管道的应用过程中，随着时间的推移，材料受温度、应力及介质的等因素的影响而发生老化，管道的强度因此而逐渐下降。
根据聚乙烯材料的长期静液压强度（指在200C下，聚乙烯材料应用到50年时，材料被破坏的环向应力数值）将聚乙烯管分PE100、PE80、PE63……等若干类。这三种类别的聚乙烯树脂管材的长期静液压强度与最小要求强度（MRS）见表1。
表1 聚乙烯管强度

PE100
PE80
PE63
长期静液压强度（MPa）
10~11.19
8.0~9.99
6.3~7.99
最小要求强度（MPa）
10
8.0
6.3

3、施工中应重视的问题
（1）应力开裂
据有关资料介绍，在国外数十年聚乙烯给水管道的应用中，曾发现过应力开裂现象：即开裂的缓慢增加及开裂的的快速传递。聚乙烯管道比较柔韧，管的表面容易被尖锐物和石块划伤。这类表面缺陷可能导致开裂及开裂的慢速增长。在管道回填夯实以后，如有锐利物作用在管表面，就会造成管表面局部应力集中。此时如果管壁的应变能力超过产生开裂扩散需要的能量时，就会出现开裂的扩散问题。
（2）线膨胀
聚乙烯的线膨胀系数（温度升高10C，每一厘米的塑料伸长的厘米数）一般为钢材的10倍左右，聚乙烯的线膨胀系数见表2。
表2 聚乙烯线膨胀系数
密度
（kg/m3）
低密度（LDPE）
910~925
中密度（MDPE）
926~940
高密度（HDPE）
941~965
线性膨胀系（10-5/0C）
16~18
14~16
11~13

三、聚乙烯管的连接
聚乙烯管道施工中最为常用的连接方式有热熔对接焊连接、电熔连接、钢塑接头连接三种连接方式。
钢塑接头连接用于聚乙烯管与金属管件的连接，它一般有两种形式：1、对于≤63的小口径聚乙烯管一般采用一体式钢塑转换接头；2、对于>63的大口径聚乙烯管一般采用钢塑法兰组件进行转换连接。
电熔连接最为牢固可靠，受人为因素影响最小。但电熔连接的成本较高，一般dn <90的聚乙烯管采用电熔连接。而较大口径的则采用热熔对接焊连接。
热熔对接焊连接具有良好的气密性能及抗拉强度，其连接部位的强度经实验证明，不低于管材本身的强度。与其他连接方式相比，热熔对接焊连接对焊接操作要求较高。焊接完成后应对翻边形成的凸缘进行外观检查，凸缘外形尺寸应均匀一致，高度满足表3要求。凸缘外观检查出现表4所列缺陷，应返工重新焊接。

表3凸缘高度
壁厚(mm)
4.5
4.5-7
7-12
12-19
19-26
26-37
37-50
凸缘高度(mm)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5

表4凸缘外观缺陷及原因
凸缘外观缺陷
凸缘宽度不一致
焊口开裂
凸缘的外表面有气泡
凸缘高度达不到要求
焊接失败原因
接口周围管表面处理不彻底，翻边受阻
加板未进行清洁，污染焊接面，形成假焊。
焊接时有水分接触到焊接面或原料水分含量太大。
吸热时间短或焊接温度低，造成热量不够。

四、工程实例
1、工程概况：
A花园是深圳市较早建设的一个住宅小区，共11栋8层高的楼房。在改造工程设计选用PE100、压力等级1.0Mpa的管材,de63规格的管材及管件的压力等级为1.25Mpa。设计管道总长为de200：258m，de160：6m，de110：966m，de90：12m，de63：576m，各类三通、弯头、异径接、管箍、平承、平插等管件共计234只，活接管件311只，全部管道总接点数为1165个。
2、安装及施工：
工程整体施工进度比预期的要快，从2003年11月7日至2003年11月11日完成了大部分埋地供水管道的安装工作，其中包括全部主管（de200管）及11栋中的8栋支管的安装。
3、水压实验：
管道按照要求回填，待管道支墩养护期过后，做好管道后背支撑并按规定向管内灌水排气浸泡，准备进行水压试验。水压试验采用的方法与规程里的一致，将管道升压至1.0MPa，间断性补水并稳压30分钟后，停止注水补压并观察60分钟，压力下降至0.82Mpa，超过试验压力的70％（0.7Mpa），同时检查全部接点，无一渗漏，预试验合格。迅速泄水降压至0.72Mpa，关闭泄压阀，观察管网压力表，30分钟后升至0.74Mpa，管网压力有回升趋势，同时泄压放水量为27.2升，小于最大放水量28升（计算所得），水压试验判定为合格。
聚乙烯埋地给水管道水压试验记录表
预试验阶段
主试验阶段
试验评定
60分钟后管内压力值
放水量（△V升）
时间
管内压力值
计算最大允许泄水量为28升，管内压力有回升现象，试验结果合格。
0.82Mpa
27.2
5分钟后
0.72 Mpa
15分钟后
0.73 Mpa
30分钟后
0.74 Mpa

五、管道安装常见问题
在聚乙烯供水管道工程施工过程中，在管道焊接这一环节因操作不规范造成工程失败的案例很多。我们经过不断地分析、总结和归纳，管道焊接（包括对接、热熔接）中最为常见的错误有以下几种情形：
1、施工人员未能按照焊机正确的操作规程进行操作，造成管道接头不能紧密地连接在一起。
2、对管道接口不处理或不完全处理（如有油污、杂物等）就进行焊接，造成接口不能完全连接在一起。
3、使用电熔套筒时管道端口插入的深度不够，造成端口外壁与套筒内壁不能紧密连接在一起而失败。
4、管道与管件进行电热熔连接时，出现偏移或不在同一轴线上也会造成接口泄漏。
六、应对举措
为了避免在施工中出现上述常见的问题，从而确保聚乙烯供水管道工程施工质量。除严格按照国家现行的技术规程的要求外，还应该注意以下几个方面：
1、定期举行施工人员的培训工作，焊机最好由专人操作并维护。对焊机进行检测、调试是焊接前最重要地工作之一，必要时要对加热板的温度进行检测，防止机具的显示温度与实际温度不符。
2、养成正确地、良好地操作习惯。形成一个固定操作模式，可以有效地避免焊接过程中容易出现的一些问题。
3、一个工地上尽量地采用同一厂家、同一标准的管材和管件。

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