《埋地聚乙烯(HDPE)排水管道技术规定》 培训讲义教材

wd ,max Dl E p I p / ro3 0.061Ed
四、结构计算
其物理含义是
变形量 系数Dl 系数K d 土压力Fsv ,k 系数 q 车辆压力qvk 管径D1 管材参数E p I p / ro3 0.061 土壤参数Ed
变形量 系数 土压力 车辆压力 管材参数 土壤参数
一、聚乙烯管的发展
另一种缠绕管就是中空壁缠绕管，这种管材在我国的发展是来 自韩国的技术。2000年我国引进了10条韩国中空壁缠绕管生产线。由 于投资较小，生产过程简单，又可以生产直径2000或者更大的缠绕管， 因此很快在我国形成了大口径中空壁缠绕管热。有20多个设备生产企 业开发了中空壁缠绕管生产线，实际销售的数量难以统计。但是这一 股热潮没有持续很久，很快就被双壁波纹管取代，主要的原因是国内 双壁波纹管生产线开发成功，并且迅速形成批量的生产能力，设备的 价格也能够为国内企业接受。另一方面在产品经济技术指标上，双壁 波纹管占有一定的优势。因此HDPE双壁波纹管逐渐成为塑料埋地排水 管的主流产品迅速发展起来。 以HDPE双壁波纹管和中空壁缠绕管相比，在相同的直径和相 同的环刚度条件下，双壁波纹管要比中空壁缠绕管节省原料30%以上， 因此在产品的价格上双壁波纹管占有明显优势。
S EI D3
E 材料的弹性模量 I 惯性矩 D 管环的平均直径 单位是KN/m2 所以，计算竖向管道变形量的公式可以直接用环刚度数值表示为
wd ,max Dl K d Fsv ,k q qvk D1 8S p 0.061Ed
四、结构计算
其中Sp 就是国际标准规定的环刚度。 EpI p EpI p （D=2 ro， 管材参数 = 8 =8Sp ） 3 D3
二、聚乙烯（PE）管道的类别
2.1 波纹管
塑料波纹管是指管壁为同心环状中空棱纹的管材，波纹为平行 环型。具有用料省、刚性高的特点。最早的是单壁塑料波纹管，指塑 料的内、外壁均具有波纹的管材；主要用于高尔夫球场、农田的暗沟 排水管；这种管材的内表面有凹凸，阻碍流体的流动。双壁塑料波纹 管，是在单壁塑料波纹管的基础上发展起来的，管壁纵截面由两层结 构组成，内层光滑，外层为波纹状（波纹形状可为直角、梯形、正弦 形等）。双壁波纹管是同时挤出两个同心管再将波纹外管熔接在内壁 光滑的内管上而制成的。由于管壁截面中间是空芯的，在相同的外压 承载能力下可以比普通的实壁管节省50％以上的材料。主要用于室外 埋地排水管道、污水管道、通讯电缆套管和农用排水管。 塑料波纹管的最常见的材质是PVC-U和聚乙烯（PE，通常为 HDPE）、聚丙烯（PP，多为PP-B）。最早的波纹管是PVC材料，在 1958～1959年间出现。 PVC-U双壁波纹管的外径通常在800mm以下。 聚乙烯双壁波纹管的外径达到2000mm。
3.2 密封性好
可实现零渗漏，由于管道连接可采用电熔焊技术，便接口处的 两段管安全熔为一体，保证了管道接口不会渗漏。
3.3 生产的管径范围广
HDPE管目前可生产的管径范围为200～4000，比PVC管生产的 管径范围要广（PVC管管径最大为DN600）。
3.4 耐腐蚀
抗老化性能好，由于HDPE管的原材料为高分子成分的聚乙烯组 成，更能有效地抵抗酸、碱、盐等介质的腐蚀和未经处理的工业废 水和生活污水的侵蚀。
二、聚乙烯（PE）管道的类别
2.1 波纹管
标记示例：公称内径为500mm，环刚度为SN8的PE双壁波纹管 材的标记为： 双壁波纹管 PE DN/ID500 SN8 GB/T 19472.1-2004
二、聚乙烯（PE）管道的类别
2.1 波纹管
二、聚乙烯（PE）管道的类别
2.2 螺旋缠绕管
螺旋缠绕成型的管材种类比较多。其共同特点是在缠绕芯轴上 螺旋缠绕挤出的PVC-U和HDPE型材而成型为整体管材。技术的特点是 管材口径由螺旋缠绕芯轴直径决定，而芯轴直径可以设计得很大，因 此可以用较小的挤出机生产口径很大的管材。 螺旋缠绕中空壁（双层壁或多层壁）高密度聚乙烯管 该技术先挤出方管型材坯，通过缠绕成型台缠绕成型管子，在 方管型材缠绕熔接时，向型管间挤出工字型填充的熔料。该类型管子 的优点是管内壁、外壁均平滑，方便连接。 以上是按照管道的结构特征分类的，当然，还有按照管道的材 料的品种分类的，如：主要有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚 丙烯（PP）。按照管道的材质组成分类，如管壁是由两种或两种以上 的不同材料分别组成的结构部分复合在一起构成的，这种管子为结构 复合管。结构复合管由分为塑－塑复合管，塑－钢复合管、塑－铝复 合管等。
S 0.0186 0.025Y / d
F LY
其中，F –相对于管材3%变形时的力值（kN） L –试样长度（m） Y –变形量（m） d—内径（m）
四、结构计算
4.3 环刚度的选择方法
环刚度是HDPE管抗外压负载能力的综合参数，显然，为了保 证HDPE管在外压负载下安全工作，环刚度的选择是设计中的关键 之一。如果管材的环刚度太小，管材可能发生过大变形或出现压屈 失稳破坏。反之，如果环刚度选择得太高，必然采用过大的截面惯 性矩，将造成用材料太多，成本过高。 环刚度的选择不仅取决于外压负载的情况还取决于铺设后管道 周围土壤（回填材料）的情况（变形量公式中的数值Ed—管侧土综 合弹性模量（kN/m2），Ed又取决于回填材料的种类、压实程度、 槽侧原状土情况等）。环刚度的选择是先初步选择，然后进行‘管 道结构设计’，进行管道变形验算、强度计算、压屈失稳计算等。 如果计算结果不满足要求就增大环刚度重新计算（或者减少后重新 计算）。
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四、结构计算
Spangler 模型土壤压力分布 《埋地聚乙烯（HDPE）排水管道工程技术规定》也是以此公式为 基础的。《规定》中计算HDPE管在外压荷载下，竖向管道变形量 的公式5.3.2-1： K d Fsv ,k q qvk D1
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因此，只要知道环刚度Sp 的数值，不需要知道弹性模量Ep、 惯性矩Ip和管道计算半径ro的确切数值就可以进行设计计算。而环 刚度Sp 的数值可以通过对管材的实际测量来获得。 通过对管材的实际测量来获得环刚度Sp 的方法已经标准化， 有国际标准ISO 9969:1994。我国国家标准GB/T 9647-2003 “热塑性 塑料管材环刚度的测定”等同采用了ISO 9969:1994。 国家标准GB/T 9647-2003测定环刚度的方法比较简单：按要 求的方法在两个平行的平板间压缩一段管材，测量在管直径方向变 形达到3%时的作用力F，就可以按照以下公式计算出管材的环刚度：
四、结构计算
所以，从理论上讲，每当我们进行塑料埋地排水管设计时必 须首先知道这三个数值，然后才能放在公式中去设计计算。由此， 如果设计时根据了这三个数值，生产企业提供的管材就要保证这三 个数值。但是，在实践中这三个数值不容易获得。首先，管材的弹 性模量不容易测量，采用不同牌号和不同配方的原材料弹性模量都 会有很大变化。此外，管道纵截面每延米管壁的惯性矩很难计算 （埋地塑料排水管一般采用结构壁管，结构截面常常是比较复杂的 几何形状），结构尺寸（如壁厚）的变动会造成惯性矩明显变化。 而且，在设计确定以后，如果要求制造厂保证这三个数值都不变也 是很不现实的。 为此引入“环刚度”，用以保证管材的抗外压荷载的能力。 国际标准ISO对于环刚度S的定义是：
二、聚乙烯（PE）管道的类别
聚乙烯管可分为: 实壁管（Solid-wall pipes） 结构壁管(Structured-wall pipes) 聚乙烯管道最初和最主要的结构形式是通常见到 的实壁管。它的基本特征是沿管材任一位置的横断面处 结构尺寸均一致，而且管壁材料密实、均质。 所谓结构壁管是指对管材的断面结构进行优化设 计，以达到减少材料，增强管材结构性能（如提高刚度） 的管材品种。主要有以下几种。
《埋地聚乙烯（HDPE）排水管道技术规定》 培训讲义
青岛市市政工程设计研究院 二〇〇五年十二月
一、聚乙烯管的发展
在国外，聚乙烯管的应用始于20世纪40年代最初用作电话线导 线和矿井无压排水。20世纪50年代中期，用于给水管道（高密度聚乙烯 管）。20世纪60年代中期，用于输配气管道（高密度聚乙烯管）。目前， 聚乙烯管材已成为在PVC-U管材后，世界上消费量第二大的塑料管材品 种。消费量在150万吨以上。广泛用于燃气输送、给水、排水、农业灌 溉、油田、矿山、化工及邮电通信等领域。 我国近年来HDPE管道发展很快。2000年以来引进的HDPE管材 生产线超过了100条，生产能力超过30万吨/年。并且有了一批大型的管 材生产企业，这些企业不仅生产线全部进口。而且还有很强的管件生产 能力。我国已经能够生产直径1600的HDPE给水管。大多数拥有进口生 产线的企业也都能够生产到直径630。而PVC管材的生产发展速度有些 放慢，目前生产的最大直径为720。 聚乙烯塑料管材主要用于排水管和中水管道采用的比较多，而 给水管道使用的比较少。
物理含义可简化为
从5.3.2-1中可以清楚地看出决定埋地柔性管外压荷载下变形 量的一方面是荷载的大小（公式中分子部分），另一方面是管材 结构性能和周围土壤结构性能两者之和（公式中分母部分的两 项）。所以，决定HDPE管铺设后能否正常工作的，荷载、管材 和土壤（回填）三个参数都很重要，而且相互影响。
四、结构计算
一、聚乙烯管的发展
在我国用于排水管的结构壁管首先发展的是U-PVC的双壁波纹 管和环状肋管。从这两种U-PVC结构壁管发展状况来看，双壁波纹管逐 渐占了上风。主要的原因首先是生产双壁波纹管比生产环状肋管要容易 一些，其次就是环状肋管生产线国内没有很好开发，只有上海“金纬” 比较成功。还有一个重要的原因就是双壁波纹管比环状肋管节省原料 （在同样直径,同样环刚度条件下）。 U-PVC结构壁管由于原料加工性能的限制，我国只能生产到直 径500，但是上海“公元”最近引进的生产线已经可以生产到直径600。 由于U-PVC的刚度要明显好于HDPE，因此U-PVC双壁波纹管的承口刚 性也比较好，连接比较可靠。并且承口是下线加工，生产线可以始终在 较高的速度下运转。加上产品很低的价位，因此在直径500-600以下的 范围内是HDPE双壁波纹管强劲的竞争对手。 U-PVC结构壁管有刚度好，价格低等优点，但是也有低温抗冲 击性能差的缺点，特别在我国北方冬季施工时非常容易破损。近年来由 于市场竞争激烈，U-PVC的配方性能越来越差，以致在堆放和运输中也 时常发生破损，影响了U-PVC结构壁管市场进一步开发。尤其是北方市 场HDPE结构壁管在这一点上有明显的优势。