山区农村饮水安全工程管道设计施工技术

董醇良

（江西省德兴市水利局，334200，德兴）

德兴市位于江西省的东北部，属乐安河中上游中低山区，山地面积约占总面积的82%。除市区及各国营矿区具有正规的自来水厂外，全市各乡镇和广大农村除少部分有自来水厂外，大部分直接从压水井、大口井及江、河、湖、塘、水库、山泉中取水饮用，均不同程度存在饮水安全问题，多数供水水质不符合GB 5749-85饮用水卫生标准。

德兴市在解决饮水安全问题中，根据当地的实际，饮水安全工程采取了三种型式，即自来水辐射区、自流引水区、大口井泵站供水区。截至2008年年底，德兴市兴建安全饮水工程总座数为312处。

德兴地处山区，管线经过地段地形地貌复杂，地面高低起伏较大，起伏点多，山岭沟壑地带，连续翻越山脊，高差均在10 m以上，最大高差81m。管线通过地段分别为强风化砂岩、泥结卵石、灰褐色膨胀土及粉沙土，基地承载力差别大。考虑到施工现场特点及本着“永临结合、方便施工、技术先进、经济节约”原则，输水管道选用新型节能材料HDPE给水管。

一、管材选择

高密度聚乙烯（HDPE）管是一种新型化学建材，已在给排水及燃气管道施工中得到广泛应用。这种管材与钢管或铸铁管相比，有优异的物理性能，但也有缺陷。HDPE管有一定的延性和较好的柔韧性，管道可沿地形蜿蜒敷设，但大口径管道弯曲半径不能过小。HDPE管寿命长，抗腐蚀，埋地管道可在-60℃～60℃范围内安全使用 50年以上。管材内壁光滑，与同口径金属管道比有更大的输送流量，管内壁无结垢层，不会孳生细菌，管材无毒。HDPE管质量轻，易搬运，易弯曲，焊接工艺简单，不需防腐，施工速度快。但HDPE管机械强度低，且塑料制品有不耐高温、暴露在阳光下易老化的特点，所以对管材运输及施工安装有特殊要求。管道最小埋深不少于1.2 m，管底铺设10 cm～30 cm厚砂垫层，管身周围及管顶用砂回填，管顶填砂厚度不少于60 cm，砂层以上方可用原状土回填。回填用砂应选用洁净的中粗砂，砂中不得含有腐殖质，砂中含泥量不得超过5%。德兴市农村饮水安全工程属于村镇供水，在比较各种管材的优缺点后，决定统一采用HDPE管，实行公开招标确定供货厂家，统一供货。

二、HDPE管施工方法

1.施工工艺流程

管线测量→管线表层清除→修筑施工便道→管沟开挖→HDPE管材运输→施工砂垫层→HDPE管热熔连接→管道敷设→管身回填→管段试压→阀门、井室安装→管沟回填→设置管道标→通水试验。

2.施工方法

（1）施工准备

①施工前的技术准备

一是施工前应熟悉、掌握施工图纸，准备好相应的施工机具。二是对操作人员进行上岗培训，培训合格后才能进行施工作业。三是按照标准对管材、管件进行验收。应根据施工要求选用配套的等径、异径和三通等管件。

热熔焊接宜采用同种牌号、材质的管件，对性能相似的不同牌号、材质的管件之间的焊接应先作试验。主要依据是设计图纸、《给水工程用埋地聚乙烯管材》GB/T 15558.1—1995和 GB/T 15558.2—1995、《聚乙烯给水管道工程技术》CJJ63—95。

②机械设备

配挖掘机1台，推土机1台，装载机1台，载重汽车3台，各种HDPE管道焊机2套，30 kW发电机2台，蛙式打夯机2台，交通运输皮卡车1台。各种机械设备状况完好，专人操作。

③清除表层

管线通过地带，有的地段灌木茂密，为防止清表偏离，应严格进行测量控制。根据选线位置，在管线通过位置每100 m设置红色视线标志，先进行第一道方向性清表。根据管道操作工作面宽度和施工便道宽度、现场堆土宽度的要求，确定清表宽度。沿清表方向每间距50 m设置清表红色边线桩且插标旗，专人指挥机械进行修整加宽并随时检查调整方向，确保清表线路正确。

（2）管沟开挖

①开挖

管沟开挖应严格按照设计图施工，HDPE管的柔性好、重量轻，可以在地面上预制较长管线，当地形条件允许时，管线的地面焊接可使管沟的开挖宽度减小。HDPE管埋设的最小管顶覆土厚度为：车行道下大于或等于0.9 m，人行道下大于或等于0.75 m，绿化带下或居住区大于或等于0.6 m，永久性冻土或季节性冻土层管顶埋深应在冰冻线以下。在结实、稳固的沟底，管沟的宽度由施工所需的操作空间决定。表1为宽度的最小值。

表1 最小管沟宽度值

当在地面连接时，沟宽为D+0.3m；当在沟内安装或开沟回填有困难时开沟宽度为D+0.5 m，且总宽度不小于0.7m。在沙土或淤泥的管沟中，可以采取放坡开挖。

DN315、DN250、DN200、DN160 等管沟采用斗宽1.2 m的挖掘机开挖，人工辅助底面修整，管沟断面为矩形，自地面向下1.8m，管沟底宽1.2 m， 底部应平顺；DN110、DN90、DN75、DN63、DN50、DN32、DN25、DN20各种管沟采用人工开挖，人工底面修整，管沟断面为矩形，自地面向下0.8m，管沟底宽0.5m，底部应平顺。管沟开挖应根据管道敷设方向合理确定开挖区段，分段施工，敞沟时间尽量缩短。

②管沟底面的处理

如果管沟底部平直且土壤中基本没有大石块或底部土层没有扰动，就无需平整；如果底部土层被扰动，则采用直径20～50 mm级配碎石块混合沙土和黏土等材料垫平，垫层厚度为150 mm，夯实的密实度应大于90%。应尽可能避免管道表面划伤。

（3）管材运输及存储

采购时，管件用塑料袋包装后装箱，管道焊接机具由管材生产厂家配套一起随同管材发运。管道附属阀门、管件同期采办装运。材料、设备装车后均应遮盖，避免暴晒雨淋。

HDPE管材和管件到场后应水平堆放在平整的场地上，高度不超过1.5m。管材和管件应分类堆放整齐并挂牌标示，便于取拿。露天堆放时用彩条布或帆布遮盖。材料进场后及时检查清点，是否有缺项及损坏。

管材、管件搬运和运输用非金属绳捆扎、吊装，管材端头应封堵；不得与油类、酸、碱、盐等其他化学物质接触。管材、管件搬运时应小心轻放，排列整齐，严禁抛摔和沿地拖拽。车辆运输管材时，应放在平底车上，盘管应叠放整齐。直管和盘管均应捆扎、固定，避免相互碰撞。堆放处不应有可能损伤管材的尖凸物。

在沟槽开挖基本完成时，运输管材及管件并布置在沟旁。尽量缩短管材在沟旁的存放时间，以避免外界损伤管材并减少阳光照射。布管时应小心轻放，防止损伤管材，管口连接前应封堵，防止泥土进入。

（4）管道焊接

①焊接准备

焊接准备主要是检查焊机状况是否满足工作要求。如检查机具各个部位的紧固件有无脱落或松动，检查机电线路连接是否正确、可靠，检查液压箱内液压油是否充足，确认电源与机具输入要求是否相匹配，加热板是否符合要求（涂层是否损伤），铣刀和油泵开关等的运行情况等。

②管道焊接控制

用净布清除两对接管口的污物。将管材置于机架卡瓦内，控制两端管口向内伸出的长度应基本相等（在满足铣削和加热要求的前提下应尽可能缩短，通常为 25～30mm）。若伸出管材机架外的管道部分较长，应用支撑架托起外伸部位，使管材轴线与机架中心线处于同一高度，调整管道对接的同轴度，然后用卡瓦紧固好。置入铣刀，开启铣刀电源，然后缓慢合拢两管材对接端，并加以适当的压力，直到两端面均有连续的切屑出现，方可解除压力，稍后即可退出活动架，关掉铣刀电源。切削过程中应通过调节铣刀片的高度控制切屑厚度，切屑厚度一般应控制在0.5～1.0mm。

取出铣刀，合拢两对接管口，检查管口对齐情况。其错位量控制应不超过管壁厚度的10%或1mm，通过调整管材直线度和松紧卡瓦可在一定程度上改善管口的对位偏差；管口合拢后其接触面间应无明显缝隙，缝隙宽度 不 能 超 过 ：0.3 mm（D≤225）、0.5 mm（225 mm＜D≤400 mm）或 1.0 mm（D＞400mm）。如不满足上述要求应重新铣削，直到满足要求为止。

③确定机架拖拉管道拉力的大小

在管道对接过程中，所连接管道长短不一，因而机架带动管道移动所需克服的阻力不一致，在实际控制中，这个阻力应叠加到工艺参数压力上，得到实际使用压力（在焊接过程中不仅要确定压力，而且要检查加热板温度是否达到设定值）。

④焊接

在可控压力下焊接加热板温度达到设定值后，放入机架，施加规定的压力，直到两边最小卷边达到规定宽度时压力减小到规定值（使管口端面与加热板之间刚好保持接触），以便吸热。当满足焊接时间后，退开活动架，迅速取出加热板，然后合拢两管端，切换时间应尽可能短，不能超过规定值。冷却到规定的时间后，卸压，松开卡瓦，取出对接好的管材。

（5）管道的敷设

管道一般在地面预先焊接好 (管径小于或等于110 mm的管道应采用电熔焊焊接；管径大于110 mm的管道可采用电熔焊或热熔焊焊接)。在管道放入管沟之前，应对管道进行全面检查，在没有发现任何缺陷的情况下，方可下管（采取吊入或滚入法）。

（6）管道吹扫

管道吹扫与一般管道吹扫相同，主要采用爆破式吹扫，可以分段进行，介质为无油压缩空气，压力不应超过管道的工作压力。

（7）试压

HDPE管道系统在投入运行之前应进行压力试验。压力试验包括强度试验和气密性试验。测试时一般采用水作为试验介质。

（8）回填

通常情况下，腋角及初回填要求至少密实度达到90%以上。夯实层至少应达到距管顶150 mm的地方，距管顶小于300 mm的地方应避免直接捣实。最终回填可采用原开挖土壤或其他材料，但其中不得含有冻土、结块黏土及最大直径超过100 mm的石块。

三、管道施工应注意的事项

①管道采用热熔对接方式连接，首先检查电源及焊接机具，试操作正常后才能焊接。连接前检查待连接管材及管件是否有明显划伤，大于5 mm的划伤部位必须切除后方可连接。

②待接连件连接前，两管段各伸出夹具一定自由长度（100~150 mm），并对口校正两对应的待连接件，使其在同一轴线上，错边不应大于2mm。

③管材或管件连接面上的污物应用洁净棉布擦净，并用铣削刀铣削待连接面，铣削后应重新对口检查使接口吻合。

④待连接端面用专用电热板加热，加热板温度设定为210±10℃，待连接件的端面加热时间为5 min，加热压力为1.73MPa。

⑤加热完毕，对接加热板应迅速脱离待连接件，并用均匀外力使两待连接面对接顶紧，形成均匀凸缘并平滑过渡到管材本体。卷边凸缘宽度为5~8mm，高度为3~5mm。接口保压冷却36 min后卸开夹具并检查接口质量。

⑥焊接好的管段目视检查接口合格后应及时下管并调整管道位置，进行管道侧面及管顶回填，管顶覆沙厚度为60 cm，分层回填并用平板震动器夯实。

⑦连接好的管道应及时进行水压试验，试压分段长度1km左右，最大不超过1.5km。试水压力为管道设计工作压力的1.5倍，即管材压力（MPa）乘以1.5。试压时排气点应设在管道最高处，打压点应设在管道端头较低处。当到试压值设计标准之后，应静置1h。1h内，压力值下降不超过0.1 MPa时该段管道试验合格，管道试压合格后进行通水冲洗。

⑧试压合格的管道应及时进行阀门井室安装及沟槽回填，管沟分层填土并用蛙式打夯机夯实。因管线经过地段多为山区，且管道布置曲线较多，为便于以后维修查找，管沟回填后及时埋设水道标。水道标为钢筋混凝土制，沿管线间距100m埋设在管道正上方，并在管道转弯、与道路交叉处设置。水道标埋入地下0.7 m，地面以上0.5m，水道标周围填土应分层回填密实。

⑨全段管道施工完后进行通水试验，考虑到长距离输水管道运行安全及方便检修，在管道低处设置排泥井，高处设置排气井。井室内安装自动排气阀、排泥阀和管道控制用伸缩式蝶阀，并检查各排气、排泥阀工作是否可靠及启闭灵活。

四、结 语

HDPE管材运至施工现场后，管材卸车时，地面不应有石块等尖凸物并用废旧汽车轮胎铺垫，而后将管材逐根卸下，防止管材卸车时受伤。管材热熔焊接前应仔细检查待连接管材及管件，对严重划伤管材坚决不能使用，防止管道受压破损及以后使用中蠕变破坏。

热熔焊接操作人员应集中培训，考试合格后方能上岗操作，确保接口成功率。建立严格的施工记录签证制度，现场接口编号记录，责任到人，增强全员质量意识。连接好的管道，经目视检查合格后应及时埋设，减少在外界暴露的时间，确保管道使用寿命。

管道连接时，连接件两端要支设稳定，并试验活动机架运行平稳，方可进行操作。尤其是在坡道地段，严格注意接口对接质量。大口径阀门、管件下必须设置支墩，与管道连接时确保轴线一致，待接法兰面平行且间隙均匀。阀门安装应在一天温度较低时进行。

增强成品保护意识，及时回填管沟及设置水道标，防止管道被不知情人员挖断，或几年后维修时管道位置不清，造成不必要的麻烦。

材料计划应详尽并略有富余，一般应为计划用量的102%，数量较少的关键管件应加倍计划，计划应周密、全面，必须有复核手续，避免出现因材料短缺造成停工、窝工现象，确保工程顺利施工。

[1]农村给水设计规范[S].CECS 82-96.

[2]村镇供水工程技术规范[S].SL 310—2004）.