HDPE双壁缠绕管成型及环刚度的选取

HDPE双壁缠绕管成型工艺
HDPE双壁缠绕管是一种以高密度聚乙烯为原料，经高温高压缠绕焊接成型的管材，通过特殊的方管缠绕成类似弹簧的结构，并通过相同材质改性的高温焊条在高压下熔焊接成管材。

管材具有弹簧的可扭曲、可压缩、可拉伸、但不可压扁的特点，这一点对于基本无内压，外压比较大的市政管材来讲非常重要。

因为这种结构为管材提供了非常优异的抗外压能力。

焊接方管的焊条与方管形成了一个“工”字钢形的加强结构，这个结构又被内外双层壁所束缚，其位置相对稳定，管材在外压作用时结构稳定，大幅度提高的管材的耐外负荷能力，螺旋中空的结构壁管材抗外压提高的同时产品的重量降低。

由于其独特的成型工艺，可生产口径答DN3000mm的大口径管材。

这种管材具有柔韧性好、寿命长、重量轻、防腐、耐磨、抗低温冲击性能好等优点，是市政排水、排污的优质管材。

HDPE双壁缠绕管的主要物理及化学特征
抗化学腐蚀性能：不受酸、碱、盐的侵蚀，不受有机物侵蚀，无细菌、藻类滋生，
不生锈、不结垢；
使用寿命长：材料老化寿命在112年以上，管材设计寿命50年；
抗冲击能力强：冰点以下依然具有很好的冲击性能，不会因水结冻而冻破，优于
UPVC、玻璃钢夹砂等材料管材；
重量轻：密度不足1，比水轻，仅为同等规格砼管的1/8，装卸、运输、安装方便，不需大型吊装、运输设备；
水阻系数低：n=0.0078-0.009，一般设计取0.01，而砼管n=0.013-0.014，同口径管材相比可增加30%-40%的流量和流速；
耐磨性能好：耐磨性能远优于砼管、UPVC管、玻璃钢夹砂管等管材；
连接方便：采用扩口承插连接方式，管材连接时方便、快捷，单口承插，不需要大型安装设备，大量减少施工时间；管材管件为同等材质，冷热收缩
同步，受压变化同步，配合特殊结构设计的橡胶圈，密封性能更可靠；环保产品：产品100%可以回收，不污染环境；
管壁平整：平整的管壁便于回填，施工快速，质量稳定，更好的体现塑料埋地排水管材的管土共同作用理论；
综合成本低：水阻小，流量大，可降低尺寸使用口径较小的管材，同时开挖量也随之降低，无需基础，砂石垫层即可，工程费用低，长达50年的使
用寿命，日常维护费用低，综合造价可与砼管相当。

HDPE双壁缠绕管和其它埋地排水管的比较
1、HDPE双壁缠绕管与U-PVC加筋管及波纹管
(1) 从材质上讲，HDPE双壁缠绕管是以高密度聚乙烯为原料，为目前国际上
推荐使用的品种，为国家建设部大力推广产品。

HDPE的弹性模量比较低，柔性好，同时HDPE的玻璃化温度是-68℃、PVC的玻璃化温度为81℃，所以在常温下（-30℃到40℃）HDPE的塑料特征表现明显，而PVC一直处于玻璃化状态，所以HDPE的柔性比较好。

另外在-20℃, HDPE不脆化，可进行０℃测试，管材在生产，运输过程中不会产生破损。

而U-PVC在０℃测试难度大，施工中易出现破损，所以HDPE的抗冲击能力要比U-PVC 强。

还有管材的性能受配方的影响很大，目前的市场生产厂家较多，导致恶性竞争，U-PVC很多生产厂商在生产过程中加入过量的碳酸钙，大大影响的管材的质量。

(2)从结构上讲，HDPE双壁缠绕管的内外壁比较光滑平整，管壁用中空型材
经螺旋缠绕制成的具有中空结构的管材，剖面为“工”字钢型结构，从
力学角度讲，双壁缠绕管材在受到外负荷时能更好保持结构的稳定性。

而U-PVC加筋管及波纹管为加强筋结构，以加强筋来抵抗外压。

另外，
结构的不同对管土共同作用的体现也不同。

影响管土共同作用的主要因
素有，管材外壁的平整程度和回填材料的变形模量值及密实度等因素。

因此HDPE双壁缠绕管平整的外壁更有利于提高回填材料的密实度，更
好的体现管土共同作用理论。

(3)从口径上来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mm
U-PVC的生产口径为DN200mm-DN600 mm
2、HDPE双壁缠绕管与HDPE双壁波纹管
（1）从材质上来比较，二者同采用的为高密度聚乙烯为原材料。

（2）从结构上来比较，双壁缠绕管的成型工艺为挤压、缠绕成型，管材的内管壁平滑，管壁用中空型材经螺旋缠绕制成具有中空结构的管材，
为“工”字钢型结构。

而波纹管的成型工艺为注塑，挤压成型，外壁
为波纹状。

所以，双壁缠绕管能更好的体现管土共同作用，提高回填
土的密实度。

另外，波纹管由于其成型工艺以及管材本身结构使该种
类管材结构抗外压方面比较薄弱，这是波纹管屡屡出现工程事故的重
要原因。

（3）从口径上来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mm HDPE双壁波纹管的生产口径为DN200-DN1200 mm
3、HDPE双壁缠绕管与增强聚丙烯（FRPP）加筋管
（1）从材质与成型工艺来比较，增强聚丙烯加筋管，主要原料为玻纤增强聚丙烯。

属半刚性管，有限的弹性，抗冲击性能较低。

FRPP加筋管
为人工模压成型，人为性很强，产品的质量不稳定，近几年在实际工
程运用中，多次因产品本身质量问题产生重大的工程事故。

HDPE双
壁缠绕的材质与成型工艺在前文已作介绍，在此不再重复。

（2）从结构来比较，FRPP加筋管同属于加筋管，所以主要以加强筋来增强抗外压能力。

而且加筋结构对回填土的密实度有一定的影响，不能
很好的体现管土共同作用理论。

（3）从生产口径来比较，双壁缠绕管的生产口径为DN200-DN3000mm 增强聚丙烯加筋管的生产口径为DN200-DN1200 mm
4、HDPE双壁缠绕管与玻璃钢夹砂管
（1）从材质上来讲，玻璃钢夹砂管属于刚性管，易脆，抗冲击性能差，尤其在管材埋地之后的养护过程中，要求用高压水枪对管道内部进行冲
淤，按标准的冲击力度，管材内部极易被冲破。

（2）从管材的生产口径来讲，二者都可以做到大口径。

（3）HDPE材料的抗化学腐蚀能力，耐磨性能要比玻璃钢夹砂管更强，从环保角度来讲，缠绕管属于环保产品，100%可以回收，而玻璃钢夹砂
管则不易回收。

（4）华东地区软土地基，柔性管能更好的发挥抗不均匀沉降的优势。

5、HDPE双壁缠绕管与混凝土管材的比较
（1）从材质上来比较，混凝土材质的耐腐蚀、耐磨等性能远低于HDPE材质。

（2）混凝土管在华东地区的使用寿命为10-15年，而HDPE双壁缠绕管在50年以上。

（3）缠绕管的水阻系数为0.0078-0.0092，一般设计取0.01，混凝土管的水阻系数为0.013-0.014，比缠绕管高30%-40%。

也就是说流量和流速低
30%-40%。

实际证明，同等流量时，缠绕管可以换用低一个的管材口
径，如可用DN500mm的缠绕管代替DN600mm的混凝土管。

（4）缠绕管是环保产品，可100%回收，混凝土管则不能。

（5）缠绕管施工方便，砂石基础，即时开挖即时回填，重量公为同等水泥管的1/8，无需大型吊车等工具，施工周期短，日常维护费用低，综
合造价与水泥管相当。

HDPE双壁缠绕管材环刚度选取方法
管材环向弯曲刚度是指管道抵抗环向变形的能力，简称环刚度。

环向弯曲刚度是塑料管材抵抗环向变形能力的重要指标。

塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外压荷载的控制，其最大变形应控制在5%范围内。

上海市市政工程研究院通过对塑料管材的砂箱加载试验，测试结果表明，当塑料排水管材的环向弯曲刚度为8KN/㎡时，其技术经济综合性能最为适宜。

因为砂箱加载试验当塑料管材的变形率为5%时，只要管道两侧回填黄砂（粗）的密实度符合要求，其外荷载作用可相当管顶最大覆土厚度4--5m,一般应能满足排水工艺设计的管道埋深要求。

因此规定管道位于道路车行道下，其环刚度不宜小于8KN/㎡；对住宅小区及其它地段的排水管道，因地面荷载小，管顶覆土也浅，故可选择环向弯曲
刚度较低的塑料管材，但不宜小于4KN/㎡。

环刚度是由专门的公式计算得出的，一般情况在道路下面，如管底至管顶采用砂石回填，密实度达到90%以上，可以按以下管材的埋深选取：（管顶覆土深度用H 代替，环刚度用S 代替）
1、H ＜0.7米时，S ≥12KN/㎡；
2、0.7米≤H ≤4米时，S ≥8KN/㎡；
3、4米＜H ≤5米，S ≥10KN/㎡；
4、5米＜H ，S ≥12KN/㎡，如地质条件较差，具体环刚度情况，按实际计算求得。

以上选取方法谨供参考。

设计荷载
地下给排水管道及构筑物的结构强度，应满足表1.4.8与图1.4.8的荷载要求。

埋设管道及附属构筑物设计活荷载标准表 表1.4.8.
汽－30相当于汽超20－120t 。

车辆荷载的分布条件按图1.4.8。

图1.4.8 车辆荷载分布
HDPE双壁缠绕管材在道路下施工的技术参数
一、外荷载条件
按照城—A道路要求。

二、管道基本条件
管道口径DN600mm,，覆土厚度范围约为6m.
三、管道环刚度的选取以及抗外压计算
塑料埋地排水管材注重“管土共同作用原理”，即回填土（管底至管顶尤为重要）的密实度和变形模量对其抗外压等技术指标影响非常大；按照埋地塑料排水管道施工通用图籍（编号：GJBT-778，批准部门：中国建设部）中对HDPE双壁缠绕管的标明（图籍号04S520），具体计算如下：
HDPE双壁缠绕管材在组合荷载作用下的最大竖向变形可按下式计算：
W d,max= D L K d(F sv,k+Ψq q vk D o)
8S p+0.061E d
式中：W d,max—管道在组合荷载作用下的最大竖向变形（m），该值不应超过
0.05D o;
D L—变形滞后效应稀疏，取1.50计算；
K d—管道变形系数,按管道基础中心角2a≥90゜时,取0.1计算;
F sv,k—每延米长管道管顶的竖向土压力标准值(kN/m);
Ψq—地面荷载(车辆荷载或堆积荷载)对管道的作用,其永久值系数,Ψq=0.5;
q vk—车轮荷载传递到管顶处的竖向压力标准值(kN/㎡);
D o—管道的计算直径(m);
S p—管材的环刚度(kN/㎡);
E d—管测土的综合变形模量(kN/㎡).
管道口径DN600mm,，覆土厚度范围约为6m，按公式计算如下：车辆荷载的动力系数取最大值:j=1.0；
多排轮压下综合影响传递的竖向压力按照国家技术规程（GB/T19472.2）计算：Ψq q vk D o=5D o=3.25kN/㎡（按照图集管顶覆土超过3米时取地面堆载5D o，可以看出管道埋的比较深的时候，车轮及堆积物的压力可以忽略不计）；
每延米长管道管顶的竖向土压力标准值按照图籍
（编号：GJBT-778）公式计算：F sv,k=108D o=70.2（kN/㎡）；
管道的计算直径：D o=0.65m；（按管材外径计算）
管材的环刚度：S p（kN/㎡）；
管测土的综合变形模量按照图籍（编号：GJBT-778）技术数据，采用砾石黄沙回填，密实度达到90%：E d =5000kN/㎡；
1、综合以上数据带入公式计算：W d,max﹤0.0325 m；得出管材的环刚度：
S p>5kN/㎡；
2、如果密实度达到85%：E d =4000kN/㎡，那么带入公式得出
管材的环刚度：S p>12.07kN/㎡；。