无压化学建材排水管道闭气试验技术研究

沈 浩,牟晋铭

(1.上海市排水管理处,上海市200001；2.上海市政交通设计研究院有限公司,上海市200030)

无压化学建材排水管道闭气试验技术研究

沈 浩1,牟晋铭2

(1.上海市排水管理处,上海市200001；2.上海市政交通设计研究院有限公司,上海市200030)

为提高无压化学建材排水管道严密性检验效率,通过研究我国现状闭水试验和闭气试验优缺点,参照美国材料与试验协会相应标准及大量试验数据论证,提出适合我国的闭气试验标准：规定测试压力为30 000 Pa、允许渗漏率为0.4572×10-3(m3/min/m2),并给出压降值为7 000 Pa时不同管径的最小闭气时间。

化学建材排水管道；严密性检验；闭水试验；闭气试验

0 引言

随着中国城镇化进程的快速发展,市政排水管道设施日益完善,截止2010年底,全国城镇排水管道长度达47.8万km,且每年以约9%的速度在逐年增长。随着《城镇排水与污水处理条例》的出台,国家对城镇排水设施的管理运营水平提出了更高的要求,而加强排水管道的严密性检验对有效地控制管道工程建设质量,减少排水管道渗漏周边土壤和水环境的污染有极为重要的作用。

1 我国塑料排水管道严密性检验发展过程

上世纪80年代,在我国建设部先后发布的《市政工程质量检验评定暂行标准(排水管渠工程)》(CJJ3-81)和《市政排水管渠工程质量检验评定标准》(CJJ3-90)中,规定陶土管和混凝土管的严密性检验方法为闭水试验,当时塑料管材尚未在国内市政排水设施中推广,至1998年发布《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97),均未对塑料管材严密性检验内容进行说明［1］。

随着国家城镇基础设施的快速发展,化学建材排水管道被广泛用于市政排水管道,国家工程建设标准化协会于2001年发布《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》(CECS 122:2001),该规程适用于公称直径为DN110～DN630的硬聚氯乙烯排水管,规定其密闭性检验方法为闭水试验。至2009年,在住建部发布的《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)中,将无压管道严密性检验分为闭水试验和闭气试验,并首次将化学建材管闭水试验要求列入国家标准［2］。

我国排水管道严密性检验以闭水试验为主,而闭气试验不受现场条件制约,能便捷、快速地检测排水管道的严密性能,缩短施工周期,降低施工对城市交通的影响,闭气试验逐步用于混凝土排水管严密性检验［3］。但国内针对化学建材管闭气试验的研究较少,随着化学建材排水管道的大规模应用,繁琐的闭水试验严重限制了管道严密性检验效率,化学建材排水管道闭气试验技术标准亟待研究。

2 无压管道严密性检验技术分析

排水管道严密性检验方法分为：闭水试验和闭气试验。根据我国现行的《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008),闭水试验和闭气试验具体要求如下。

2.1 闭水试验

根据国标GB50268-2008,无压管道闭水试验要求［2］如下：

(1)试验管段浸泡时间不应少于24 h。

(2)试验水头：试验段上游设计水头不超过管顶内壁时,试验水头应以上游管顶内壁加2 m计；试验段上游设计水头超过管顶内壁时,试验水头应以上游设计水头加2 m计。计算出的试验水头小于10 m,但已超过上游检查井井口时,试验水头以上游检查井井口高度为准。

(3)观测时间：渗水量观测时间不得小于30 min。

(4)允许渗水量：应按下式计算：

2.2 闭气试验

根据国标GB50268-2008,混凝土类无压管道闭气试验要求［2］如下：

(1)稳压要求：向管道内压力至3 000 Pa,气体稳定后停止充气,且从3 000 Pa降至2 000 Pa历时不应小于5 min。

(2)试验压力：气体压力达到2 000 Pa时开始计时,满足该管径下规定的闭气时间,计时结束并记录此时管内气体压力P,如P≥1 500 Pa,则管道闭气试验合格。

(3)闭气时间要求：具体见表1所列。

表1 钢筋混凝土无压管闭气检验规定标准闭气时间一览表

2.3 闭气试验与闭水试验对比分析

闭水试验被长期用于排水管道严密性检验,但闭水试验存在需水量大、检测时间长、绝大多数城市市政道路上施工时不具备现场操作条件,且化学建材排水管道闭水试验时很难有效地控制管道上浮,不仅费时费力、实际结果也无法满足城市快速施工验收的要求。而闭气试验不受现场条件制约,能便捷、快速地检测排水管道的严密性能,缩短了管道施工周期,降低施工对城市交通的影响,可以满足更高频次的排水管道施工质量检验要求,能有效地控制排水管道的施工质量［4］。

据相关学者测算,闭气试验成本仅为闭水试验的9%,而测试效率提高40多倍［1］。随着国外闭气设备的发展,排水管道的闭气试验更加便捷,已被广泛用于排水管道工程严密性检验。

3 无压化学建材管道闭气试验研究

3.1 闭气试验设备

我国现有的闭气试验多采用封堵板进行封堵,一个尺寸的封板只能适用一种管径,且设备笨重不易携带(详见图1),封堵效果欠佳,测试气压为2 000 Pa,仅能满足混凝土排水管闭气试验。近几年,化学建材被广泛用于我国市政排水管道建设,特别是DN200～DN1200管径范围多以塑料管材为主,而2 000 Pa的测试压力无法满足化学建材管闭气试验要求。参照美国ASTM《使用低压空气对塑料自流排水管道安装验收方法》F1417-92 (2011)标准［5］,选用气囊式管塞作为闭气试验管道封堵设备。该气囊管塞可适应多种管径,封堵效果好,测试气压可达到60 000 Pa(详见图2)。

图1 闭气试验用封堵板实景

图2 闭气试验用封堵气囊实景

3.2 闭气试验适用范围

美国材料与试验协会 (ASTM)《使用低压空气检测的无压塑料排水管道安装验收方法》F1417-92(2011)基于Ramseier经过1 100项研究结果,得出管道闭气试验允许泄漏率为0.001 5 cu.ft./min. /sq.ft.(立方英尺/分钟/平方英尺)［6］,该理论又经过William Chase和Walter Berschauer 1 300组测试数据的反复验证。经过几十年的发展,排水管道闭气试验技术在美国各大城市得到广泛应用,极大地提高了排水管道严密性检验效率。

目前DN200～DN1200管径范围的排水管多以化学建材排水管为主,大口径排水管道优先选用钢筋混凝土管,且大口径混凝土管可采用更为简便的内渗法检测严密性,结合美国ASTM标准中最大管径为60 in(1 524 mm),因此,本文重点研究化学建材排水管(DN200～DN1200)闭气试验技术。其中,化学建材管主要包括硬聚氯乙烯管、高密度聚乙烯管及玻璃钢夹砂管等。

3.3 闭气试验标准

本文参照美国ASTM标准,结合我国排水管道施工情况,闭气试验各参数标准如下：

(1)测试压力：

结合化学建材排水管(DN200～DN1200)埋设深度、管道接口及美国ASTM标准,管道内部测试压力为30 kPa。具体试验压力可结合管材及当地地下水情况适当调整。

(2)空气漏损率：

以Q表示,1Q值定义为0.4572×10-3(m3/ min/m2)。

(3)测试时间计算：

式中：T——压力下降7 kPa允许最短时间,s；

D——管道平均内径,mm；

Kt——系数,不应小于1.0。

3.4 测试方法

无压塑料排水管闭气试验测试方法如下所述。

3.4.1 管塞安装与测试

将管塞安装于测试管道两端,充压至60 kPa (结合管材情况),检查井和管道连接处确保无泄漏点。

3.4.2 充压测试

低压空气缓慢冲入试验管道,充压至35 kPa,并维持该压力至少2 min。

3.4.3 测试计时

当压力降至30 kPa时开始计时,至该管径下最小闭气时间停止计时,并记录下此时气压表读数。

3.4.4 管道严密性验收

如在规定最小闭气时间内,试验管道实测压降值小于规定压降值,则该管段闭气试验合格。如超过规定压降值则应检查漏点并修复,修复后重新进行闭气试验,直至达到规定标准。

图3为闭气试验测试简图。

图3 闭气试验测试简图

3.5 最小闭气时间表

为简化闭气试验计算步骤,本文给出不同管径常用长度下最小闭气时间,方便闭气试验期间读取,具体见表2所列。

4 闭气试验标准率定

为检验该闭气试验标准的适用性及实际操作性,选用HDPE管和玻璃钢夹砂管进行闭气试验,图4为管道闭气试验测试现场,图5为排水管道施工现场闭气试验。

选 用 DN300、DN600 HDPE管 和 DN600、DN800玻璃钢夹砂管四种管道,每个管径取12 m、18 m和24 m三种长度,闭气试验压力为30 000 Pa左右,闭气时间均为30 min。如图6和图7所示, 30 min闭气时间内最大压降为3 100 Pa(DN300, L=24 m),而表 2中规定压降 7 000 Pa,管径DN300最小闭气时间为11 min9 s。试验管段30 min内,压降值均小于规定压降7 000 Pa。因此,所有试验管段的闭气试验均满足标准要求。

表2 气压下降7 kPa允许的最小闭气时间一览表

图6 HDPE管(DN300)闭气试验曲线图

图7 HDPE管(DN600)闭气试验曲线图

如图8和图9所示,玻璃钢夹砂管所有试验管段30 min闭气时间内最大压降为800 Pa(DN800, L=18 m),而表 2中规定压降 7 000 Pa,管径DN800最小闭气时间为29 min45 s。试验管段30 min内,压降值均小于规定压降7 000 Pa。因此,规定时间内试验管道压降值远小于规定压降值,所有试验管段的严密性均能满足闭气试验要求。

图8 玻璃钢夹砂管(DN600)闭气试验曲线图

图9 玻璃钢夹砂管(DN800)闭气试验曲线图

通过对比图6～图9,玻璃钢夹砂管密闭性能明显优于HDPE管道,分析原因为HDPE接口处密封效果受橡胶圈安装影响较大。同时,如图所示管道气体漏损率与管径及管长也有一定联系,但由于试验压力不完全相同,管内实测压力值无法准确判断。因此,针对不同管径、不同长度的玻璃钢夹砂管气体漏损率进行试验,结果如图10所示,管道气体漏损率与管径和管长呈正相关,管径越大、管道越长气体漏损量越高,对于大管径和大管长的试验管道,必须延长其闭气时间。

由于排水管道施工现场情况与试验条件相差较大,为检验本文提出的闭气试验标准在塑料排水管道施工验收中的应用情况,增加排水管道施工现场闭气试验。试验管段为开槽施工,管材为DN1200玻璃钢夹砂管,管道长度为18 m,试验压力为31 500 Pa,闭气时间为55 min。

图10 玻璃钢夹砂管闭气试验漏损率曲线图

结果如图11所示,经55 min闭气试验管道压降为1 200 Pa,气体漏损率为0.00021cu.ft./min./sq. ft(立方英尺/分钟/平方英尺),经计算最小闭气时间为52 min10 s。因此,规定时间内试验管道压降值远小于规定压降值(7000Pa),该试验管段的闭气试验合格。

图11 排水管道施工现场闭气试验曲线图

且该管道已进行闭水试验,符合GB50268中规定的闭水试验允许渗入量要求,闭气试验结果与闭水试验结果一致。经综合比较及试验论证,本文提出的闭气试验标准可用于我国无压化学建材排水管道严密性检验,且极大的提高了管道严密性检验效率。

5 结论

(1)闭气试验比闭水试验更适用于化学建材管道严密性检验。

(2)本文提出适于化学建材排水管道闭气试验标准,规定测试压力为30 000 Pa,允许渗漏率为0.4572×10-3(m3/ min / m2),并给出压降值为7 000 Pa时不同管径的最小闭气时间(见表2)。

(3)经试验数据论证,该闭气试验标准可用于我国无压化学建材排水管道严密性检验,但仍需结合当地地下水位等影响因素进行修正。

［1］ 许其昌. 国内外污水管道严密性试验的综合分析 ［J］. 市政技术， 1990， (4).

［2］ GB 50268-2008，给水排水管道工程施工及验收规范［S］.

［3］ 王瑞芝.混凝土排水管道工程闭气检验简介［J］.中国市政工程，1997，(1):32-34.

［4］ 王生光. 无压管道严密性试验原理分析 ［D］. 杭州：浙江大学，2004.

［5］ ASTM F1417-92 (2011)，《Standard Practice for Installation Acceptance of Plastic Non-pressure Sewer Lines Using Low-Pressure Air》［S］.

［6］ Ramseier R E. Testing new sewer pipe installations［J］. Journal (Water Pollution Control Federation)， 1972: 557-564.

TU532+.61

A

1009-7716(2015)09-0218-05

2015-06-30

沈浩(1981-),男,江苏盐城人,工程师,从事市政排水工程管理工作。