山区农村安全饮水工程管道设计施工技术.doc

'山区农村安全饮水工程管道设计施工技术作者：董醇良（江西省德兴市水利局，）【摘要】德兴市安全饮水工程从2005年开始，至2009年基本完成，共解决不安全人数16.12万人，完成工程312座，管道铺设600多公里。采用的管道为HDPE管。现就HDPE管管道设计及施工工艺、施工方法及施工注意事项等进行介绍。【关键词】饮水工程PE管道热熔连接施工技术【作者简介】董醇良江西省德兴市水利局，工程师；研究方向：工程管理。一、工程概况德兴市所辖区域共有六乡六镇，至2005年底，全市户籍总人口30.69万人。德兴市矿产资源丰富，辖区内有亚洲最大的铜矿——德兴铜矿。德兴市位于江西省的东北部，东接浙江省开化县，东南连玉山、上饶，南邻横峰、弋阳，西毗乐平，北倚婺源，管辖面积2082Km2。区内地势自东南向西北倾斜，德兴市位于上饶市的东北面，属乐安河中上游中低山区，山地面积约占总面积的82%。项目区内主要河流为乐安河、洎水、建节水，多年平均径流量为16.8亿m3，占全市径流总量的70%。德兴市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，大部分是直接从压水井、大口井、江、河、湖、塘、水库及山泉中取水饮用，均不同程度存在饮水安全问题，多数供水水质不符合《GB5749-85》饮用水卫生标准。13 第一，在人口较集中的集镇及乡、镇机关所在地由于生活污水或工业废水的不达标排放，加之农药、化肥使用量的不断增加，相当多的饮用水源受到污染。由一些资料可知德兴市2002年化肥使用量平均每亩比1982年增加约65%，可见地表河流的水质受到了较重污染，特别是地表水和浅层地下水污染严重，成为疾病发生和传播的主要媒介体。在不安全饮水人口中，5.12万人是因水质污染而造成的。第二是由于乐安河、洎水、建节水受我国最大的铜矿——德兴铜矿及富家坞铜矿排放的工业废水及露天采矿排出的酸性废水的污染，河水中重金属含量严重超标。因矿产资源丰富，一些地区地下水铁、锰、氟含量超标，以前虽然建了一些饮水工程，但由于前十几年植被破坏较严重、造成水土流失等，地表水水质达不到卫生标准、水量减少，加之原一些简易饮水工程投资少、标准低，因此，在水质和水量两方面都存在不安全因素。德兴市因铁、锰、氟含量及重金属超标的不安全饮水人口达到8.3万多人。第三是由于地理和历史原因，一些农户居住在水源的水量较缺乏的地区，也有一些人以山区小溪为生活水源，遇较大干旱年份有些小溪在枯水期断流，供水保证率低，而且长期靠人力运取饮用水。全市约有2.7万人的生活饮用水水量不足，供水保证率低。根据国家全面建设小康社会和建设社会主义新农村的要求，德兴市安全饮水工程2007年被列为全国示范县市。按照示范县要求整县推进，力争在2009年以前，基本解决德兴市6乡6镇的96个行政村751个自然村人，其中：氟超标20000人，饮用细菌学指标超标严重、未经处理的地表水人数为32878人，饮用污染严重、未经处理的地下水人数为30862人，其他饮水水质问题人数为50612人，水量不足、水源保证率低21682人、用水不方便的人数为5166人。至2008年年底，德兴市安全饮水工程总座数312处,13 按工程类型分为接自来水、自流引水、大口井泵提供水三种类型。接自来水辐射区：香屯、新营、红山、女儿田、小吴圆、南墩、祝家、金家、张家畈、铜阜、花桥、黄柏洋、渔塘、瑞港等；工程总座数为19处，解决不安全人数29351人。自流引水区：昄大乡、新岗山镇、海口镇、龙头山乡、李宅乡、绕二镇大部分、万村大部分、黄柏乡小部分等；工程总座数为253处，解决不安全人数人。大口井泵站供水区：长田、港西、界田、宋家、炉湾、苏家、胡家、井坑、绕二、付家墩等；工程总座数为40处，解决不安全人数18557人。工程设计按大小分别进行，千吨万人以上工程由上饶水利电力规划设计院进行设计，百吨千人以上工程由德兴市水利规划设计室进行设计，上饶水利电力规划设计院进行审查，百吨千人以下工程由德兴市水利设计室进行设计。千吨万人以上工程建设按照基建程序进行公开招标选择施工单位；百吨千人以上工程及百吨千人以下工程采用议标和邀标的形式选择施工单位。输水管道按单管布置，管线全市共安装600km，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10m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。管线顺地形蜿蜒敷设，且不设备用管道，供水安全性要求高。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，采用输水管径有DN315、DN250、DN200、DN160、DN110、DN90、DN75、DN63、DN50、DN32、DN25、DN20。管道工作压力063Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.25Mpa、1.6Mpa。二、管材选择13 随着社会生产力的进步，"健康"与"安全"是现代人最为重视的两大主题，饮用水的水质及水管的安全性也就成了人们关注的焦点。从水质保证来看，自来水公司生产出合乎标准的生活饮用水通过供水管道输送到千家万户，但传统的管道系统多采用金属管材，如镀锌钢管，二次污染的问题长期未得到解决，使终端的饮用水质量难以保障。为什么金属管不能保证水质，而会产生二次污染呢？这主要是由于金属管材特性决定的，易生锈、易腐蚀、易渗漏、易结垢，可以说是金属管的四大致命弱点。一旦镀锌钢管里的铁与空气中或水中氧气发生化学反应，管道里外都会生锈，并滋生各种微生物，污染管道中的自来水，这些受污染的自来水中携带的细菌象无形的杀手，时时威胁着我们的健康。近十多年来，国外一些发达国家已先后立法或建立行业规章禁止使用镀锌钢管作为饮水输送管，并提出全面使用以塑料管为主体的不生锈、无腐蚀、无渗漏、无结垢的优质绿色管材，从根本上解决自来水管道系统中的二次污染问题。突出的卫生性能使得新型塑料类和塑料复合类建筑给水管材，如聚乙烯管（PE）、聚丙烯管（PP）、聚丁烯管（PB）及铝塑复合管（PAP），近几年在我国迅猛发展，尤其是各地区在建筑给水管材方面禁用镀锌钢管以后，销售量提升较快。由于新型塑料管良好的性能是传统钢管所不具备的，因此在建筑给水系统由新型塑料管材替代镀锌钢管已成为趋势，不可逆转。随着新型塑料管使用量的逐步加强，在不断了解新型塑料管良好的综合性能之后，这一类产品的普及率还大大提高。根据有关部门统计，全国新建住宅内的排水管85%采用塑料管，基本淘汰传统的铸铁管，建筑给水管、热水供应和采暖管85%采用塑料管。城市供水管道基本淘汰镀锌钢管，直径400mm以下的80%采用塑料管，村镇供水管道90%采用塑料管。德兴市农村安全饮水工程属于村镇供水，在比较各种管材的优缺点后，统一采用HDPE管，实行公开招标确定供货厂家，统一供货。经招标确定供货厂家为湖北顾地塑胶有限公司。三、HDPE管材特点13 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比，有优异的物理性能，但也存在其自身缺陷。HDPE管有一定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，不会滋生细菌，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1.2m，管底铺设10～30cm厚砂垫层，管身周围及管顶用砂回填，管顶填砂厚度不少于60cm，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%。四、HDPE管施工方法4.1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→PE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4.2施工方法4.2.1施工准备1、施工前的技术准备(1)施工前应熟悉、掌握施工图纸；准备好相应的施工机具。(2)对操作人员进行上岗培训，培训合格后才能进行施工作业。(3)按照标准对管材、管件进行验收。管道、管件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做试验。主要依据:设计图纸、《给水工程用埋地聚乙烯管材》GB/T15558.1—1995和GB/T15558.2—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13 HDPE管道焊机2套，30kw发电机2台，蛙式打夯机2台，交通运输皮卡车1台。各种机械设备均状况完好，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100m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50m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便并随时检查调整方向，确保清表线路正确。4.2.2管沟开挖1、开挖管沟开挖应严格按照设计图施工，PE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。PE管埋设的最小管顶覆土厚度为:车行道下≥0.9m；人行道下≥0.75m；绿化带下或居住区≥0.6m；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。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+0.5m，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。表一：最小管沟宽度值管道公称直径mm最小管沟宽度值m25-110D+0.3110-315D+0.5DN315、DN250、DN200、DN160等管沟采用斗宽1.2m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13 1.2m，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。开挖管沟前，先用白石灰撒出管沟开挖边线，并有专人指挥检查，确保管沟方向及深度准确无误。管沟开挖完毕，应及时进行沟底修整并铺设砂垫层。管沟出土应堆放在管沟右侧1m外，以防开挖的沟土压垮管沟及流入沟槽，堆土高度不超过1.5m，沟槽左侧不能有堆土，以便于管道焊接及敷设。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20～50mm级配碎石块混合沙土和粘土等材料垫平，垫层厚度为150mm，夯实的密实度应大于90%。应尽可能避免管道表面划伤。4.2.3管材运输及存储工程管材自湖北顾地塑胶有限公司采购，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。在沟槽基本完成时，运输管材及管件布置在沟旁。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。13 4.2.4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A、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。如图1。B、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为宜。如图2。C、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中的较大值，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:0.3mm(D≤160mm)、0.5mm(160mm＜D≤315mm)或1.0mm(D＞315mm13 )。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(移动夹具的摩擦阻力)由于在管道对接过程中，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)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。。该焊接工艺主要工艺技术参数如下:4.2.5管道的敷设管道一般在地面预先焊接好(管径≤110mm的管道应采用电熔焊焊接；管径>110mm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)。4.2.6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。4.2.7试压PE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。强度试验:在排除待测试管道内的空气后，以稳定的升压速度将压力提高到要求的压力值。压力表尽可能设置在该管道的最低处。试验初始，应将压力上升到工作压力并停留足够的时间保证管道充分膨胀，这一过程需2～3小时，当压力稳定后，将压力升到工作压力的1.5倍，稳压1小时，仔细观察压力表，并沿线检查，如果在测试过程中并无肉眼可见的泄漏或发生明显的压降，则管道通过压力试验(由于管道膨胀，有一定的压降属正常变化)。气密性试验:气密性试验的压力不应超过工作压力的1.15倍，当管道压力达到试验压力后，应保持一定的时间使管道内试验介质温度与管道环境温度达到一致，待温度、压力均稳定后，开始计时，一般情况下，气密性试验应稳压24小时，如果没有明显的泄漏或压降则通过气密性试验。4.2.8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150mm的地方。对于距管顶小于300mm的地方应避免直接捣实。最终回填可采用原开挖土壤或其它材料，但其中不得含有冻土、结块粘土及最大直径超过100mm的石块。五、管道施工注意的事项13 1管道采用热熔对接连接方式，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5mm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(100-150mm)，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分钟，加热压力1.73兆帕；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36min后卸开夹具并检查接口质量。管件连接合格标准示意图见下：13 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60cm，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)*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1小时。1小时内，压力值下降不超过0.1兆帕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0.7m，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。六、结束语1、13 PE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；管材热熔连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；2、热熔连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；3、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。4、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。5、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；6、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。　参考文献：　1.《农村给水设计规范》（CECS82：96）；　　2.《村镇供水工程技术规范》（SL310—2004）3.《建筑给水硬聚氯乙烯管道设计与施工验收规程》（CECS41:92）13 【作者简介】姓名：董醇良单位：江西省德兴市水利局，职称：工程师；研究方向：工程管理。13'