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塑料检查井技术现状

来源:http://www.sdzjxx.com:8080/news_show.jsp?id=5745 发布时间:2014-09-13


一、全球塑料检查井推广应用状况

1、国外

国外的一些发达国家如美国、日本、英国、荷兰、德国等,从上世纪80年代就开始研究应用塑料检查井。日本新建的小区管网基本上全部使用塑料检查井,使用率已经要接近90%,但是日本塑料检查井的特点是偏向于小型化,主要应用在小区。美国、欧洲的此类产品体积偏向于大型,譬如说荷兰wavin公司的注塑检查井直径已经做到1米。发达国家地广人稀,像我们国内如此高人口密度的小区很少,因此国外检查井的特点是管道口径比较小,污水管道的口径基本上都是在Ф110mm~Ф200mm之间。总的来说,国外塑料检查井的应用情况有如下特点:

①先小后大:塑料检查井先是在建筑小区推广,然后在市政排水中应用;

②塑料井的材质多样化:PVC-UPPBPEUP-GF等,但注塑井的材质以PVC-UPPB为主;

③成型工艺:在塑料检查井推广的早期,成型工艺有注塑、滚塑、模压和两次成型(焊接)等,但随着实际应用的检验以及工艺水平的提高,注塑工艺得到了大家的首肯,因为它具有尺寸精确,质量稳定,生产效率高的优点;

④检查井与管道的开发同步进行:这一点与国内的情况完全相反。两者同步进行能让整个管道技术得到迅速发展,避免走太多的弯路。

2、国内

    我国建设部于2003年成立了塑料检查井课题组,由上海市建委组织负责,常州市河马塑胶有限公司(下简称河马公司)有幸成为课题组成员,承担了建筑小区塑料检查井技术的科研攻关任务。国内第一只塑料检查井(河马井)于200312月在河马公司问世。200412月河马井通过建设部评估,与会专家一致认为该产品填补国内空白,达到国内领先、国际一流的水平。

2006年底,由建设部组织,河马公司主编的产品行业标准CJ/T233-2006顺利发布实施。2007年,河马公司参与编写的应用技术规程CECS227:2007完成编制。2008年,根据河马公司发明专利技术编制的国家标准设计图集08SS523正式出版,河马公司成为了该图集所有产品数据的唯一提供单位。至此,三本国家标准规范为塑料检查井的应用提供有力和可靠的技术依据,塑料检查井的推广也驶入了快车道。

2007年,建设部在十一五技术公告中明确规定在地下管网中要优先使用塑料检查井。随后,北京、上海、河北、四川、重庆、山西、江西、江苏、云南、山东等省市的建设厅也下文规定在市政和住宅小区工程中禁止使用砖砌井,推广使用塑料井。政府明确的政策导向为塑料检查井的推广起到了极大的推动力。

3、塑料井推广应用状况

2005年,中科院上海应用物理研究所“上海光源”工程成功应用河马井,成为国内第一个大规模应用塑料检查井的项目。提起河马井,大家都知道是中国塑料检查井的发明者、国家行业标准的制定者。无论产品的结构设计和质量控制,还是力学计算分析、产品设计选型和技术支持,河马井都是塑料检查井行业中首屈一指的,是业内公认的第一品牌。截止到201312月,河马井在全国已有10000多个实际应用案例。其中包括2008年北京奥运村、2010年上海世博场馆、2010年广州亚运村、南京大屠杀纪念馆扩建工程等著名工程,也建立了与全国Top20房地产开发商的战略合作关系,如万科、恒大、龙湖、保利、碧桂园、华润、绿城、绿地、和记黄埔、大华等。随着塑料检查井的施工快,寿命长,排水顺畅,密封性能卓越这些优点的突显,在小区、市政项目已经大面积使用塑料检查井。国内塑料检查井标杆企业河马公司的产品现在远销非洲,澳大利亚,欧洲和日本。

二、塑料检查井技术现状

从产品设计、制定标准到实际应用,中国塑料检查井的领头羊河马公司都积累了极其丰富的经验。根据工程现场反馈的情况和暴露的问题不断地对产品和技术进行改进,河马井已经完成了从第一代到第六代的演变。

1、 塑料检查井的构成

典型的小区排水用塑料检查井由井座、井筒、井盖和配件组成(如图1所示)。所有部件均在工厂预制生产,到施工现场进行组装。井座不仅起到连接埋地管与检查井的作用,而且井体所有的垂直压力都是通过井盖和井筒传递给了井座。因此,井座是检查井的核心部件。

典型塑料检查井的构成

 

井座是以PPBPVC树脂采用注塑工艺一次成型。注塑成型工艺的原理是注塑机通过数千吨的注射压力将高温加热成熔融状的树脂注入模具,冷却成形(如图2所示)。其特点是产品密实度高,壁厚均匀,尺寸精确,各种复杂的结构(如导流槽、疏通圆弧、加强筋等)易成形。总体上说,注塑成形的产品比其他热塑性工艺强度高,质量稳定可靠。

行业内最大的注塑机

 

PPB(高抗冲共聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)和PE(聚乙烯)是三种常见的树脂原料。相比PVCPE,大家对于PPB的了解很有限。PPBPP(聚丙烯)和少量PE的共聚物,由于引入了乙烯单体使聚丙烯分子链中形成共聚结构从而显著改进了PP的韧性。PPB耐冲击、强度高,耐寒温度可以达到-35摄氏度。作为检查井的理想材质,检查井成品的稳定性极为出色。PPB与大家熟识的PPR都属于共聚丙烯家族,两者分别通过嵌段共聚和无规共聚进行聚合。上述三种高分子材料的性能比较如下图3

图3

 

井筒可以选用PVC轴向中空管、PVC实壁管、HDPE中空缠绕管。井筒与埋地管的差别是井筒与井座是垂直连接,因此井筒的轴向荷载性能很关键。

井盖可以根据承载要求选用不同类型的井盖。用于绿化带可以选用PVC井盖或复合井盖,用于道路可以选用复合井盖、钢纤混凝土井盖或铸铁井盖。

2、塑料检查井在实际应用中遇到的问题

    随着塑料检查井逐渐被大家接受,它的应用也越来越广泛。但由于一些生产厂家和工程用户对于塑料检查井的了解还不够全面和深入,导致应用过程中也出现了很多问题。下面将对一些典型的问题和解决方案进行简单的介绍。

井座容易变形甚至破裂

检查井受力示意图

 

埋入地下的检查井受力情况如图4所示,垂直方向的受力由自身重力、土壤下曳力、地表侧压力、地面动态荷载组成。所有的垂直压力最终都通过井盖和井筒传递给井座。在遇到下述

局部点支撑与“360度环形台阶”面支撑对比

井筒被割裂,井座的井筒承口被挤裂

 

    三种情况时,垂直压力会很大:井体直接承受重载车辆的压力;埋深较深的检查井,土壤下曳力随深度增加而急剧增大;现场施工不规范,如为了安装井筒方便省事,直接用挖掘机把井筒压入井座的井筒承口内。此时,井筒与井座受力接触面积很关键。如果仅仅依靠局部点支撑(如图5),受力变得极不均匀,局部应力非常集中。井筒容易被割裂损坏甚至下陷堵塞井座,井筒承口也容易被挤裂(如图6)。因此,在产品设计时,应将该受力接触处设计为面接触,即360度环形支撑台阶(如图5),确保垂直压力能在360度环形台阶处得到均匀分布。

事实上,我们对设置了360度环形支撑台阶的井座进行了垂直荷载测试。测试方法、过程和结果如图7所示,井座能承受超过8吨的垂直压力。360度环形支撑台阶能改善井座的受力条件,能避免井筒承口发生变形或者破裂。

井座的垂直荷载测试

  除去井座的井筒承口,井座的腹部也是比较容易发生变形的部位。井座腹部是指360度环形台阶与流槽顶面之间的外壁部分。井座腹部以上的井筒承口内由于要放置井筒,在土壤的侧向挤压下,不易变形。井座腹部以下部位由于有片状结构支撑,侧向抗压性能较好。而井座腹部却是没有任何直接支撑的部位。当检查井埋深较深或者用于道路经受挤压时,极易变形。因此,必须在该部位设置加强筋结构以提高其侧向抗压性能(图8)。

井座腹部设置了加强筋结构

 

 


    缩小井座内壁的有效直径,偷工减料,如:所有带沉泥室井座的沉泥室直径比上半部分明显缩小;采用漏斗状的接头和小口径井座拼装成大口径井座。举例:450系列井座+700的漏斗=700系列井座,头大身体小。这样的结构极不合理,井筒的力作用在漏斗上,而不是直接作用在井座上,当作用在井筒上的外力比较大时,漏斗就会变形甚至破裂,密封性根本无法保证,破坏井座的整个稳定性。

管网容易发生堵塞

排水管网的机制是重力流。在设计管线时,平衡好管线的坡度和埋深是一个比较关键的问题。为了管线的排水能力和效率,坡度越大越好,但这也将增加管线的埋深。管线的埋深与施工成本和运营成本成正比关系。正常设计坡度值范围为0.3%~0.5%。如何依靠有限的坡度最大程度地提高管线的排水能力就成为一个重要的问题。尽量减少水头损失是一个重要的解决办法。

塑料检查井最大的特点之一是能设置光滑的导流槽(图9)。与传统的砖砌井相比,表面光滑,流槽导向清晰,排水能力强,污物泥沙不易滞留,不易发生堵塞。但是随着实际的应用慢慢发现,部分应用了塑料井的管网系统也经常需要清通养护。对实际情况进行调研后,发现存

 

在几个因素影响管网的水力条件:井座导流槽不合理,不清晰;管道与检查井连接处采用了内插连接;管道变径采用了普通变径接头。在管道充满度较低的情况下,水流产生跌落,引起较大水头损失。

设计导向流槽的结构时必须避免汇入水流发生对冲,确保所有的水流向下游流出方向偏转。参见图10,尤其当有两根或以上的管道汇入时,导流槽的设计就更为讲究。左边和中间汇入、右边和中间汇入、左右两边汇入不同情况下的导流槽应设计成不同的结构。图10中最右边的导流槽就极不清晰,水流端面在井座内易变得紊乱。当左右方向水流同时汇入时,容易产生对冲,从而引起巨大的水头损失,造成污物滞留。当左右只有一个方向有水流汇入时,没有导流槽的导向作用,就很难从中间流出。在设计污水管网时,核心指导原则之一是尽快将污水排放到指定排出口。没有清晰的导流槽,将很难实现设计的效果。

10 三通井座导流槽效果对比

 

   在地下排水管线的实际施工过程中,最常用的是柔性承插连接。无论是管道与管道承插连接,还是检查井与管道承插连接,必须遵循管内底平接的原则。只有保证管内底平接才能不影响水流速度。事实上,部分项目中检查井与管道的连接采取了内插连接。如图11所示,检查井的扩口改成了插口,直接插入了管道内部。连接处出现了明显的台阶,在水流通过时,水头损失很大,易引起污物滞留。

11 承插连接与内插连接对比

 

   管道变径处应该采用渐变异径接头(图12)。与普通变径接头相比,渐变接头有导流的斜坡。该斜坡在水流通过时,能起到导向缓冲的作用。尤其在管道充满度较低的情况下,能避免水流跌落,避免引起较大的水头损失。

12 渐变异径接头与普通变径接头对比

 

管网难清通

    与传统的砖砌井相比,小区用塑料检查井的井径较小,直径一般都不超过630mm。在后期的管网养护中,不允许人工清通,而是采取工具清通。常用的清通工具如高压水枪、弹簧钢棒、通沟钢条、污泥钳等。在井座内设置疏通圆弧的结构对于排水管网的运行维护至关重要。行业标准P4 7.3.2条明文规定:井座内的井筒承口与管道承口的交汇处应有曲率半径不小于10mm的光滑圆弧。部分项目应用的塑料检查井没有按照国家行业标准的规定来设计生产。光滑的疏通圆弧能使水枪和弹簧钢棒等疏通工具出入管网时畅通无阻(图13)。假如该处不是圆弧结构而是直角结构,将使得疏通工具出入时容易被卡住,影响疏通工作的顺利进行。而且长时间对该部位的磨损也会直接缩短井座的使用寿命。

13 圆弧结构和直角结构对疏通效果的影响

 

井筒、埋地管道与井座的连接不可靠,隐患重重

地下管网的受力状况比建筑用管道系统要复杂的多。地表的动态交通荷载、土壤的不均匀沉降等因素都导致了地下管网受力的不确定性。因此,地下排水管线的所有连接处必须保证为柔性连接。

市场上井筒与井座常见的几种连接方式:柔性承插连接、胶水粘接、水泥涂抹(图14)、热缩套。胶水粘接是建筑排水管道系统中最常用的连接方式,属于刚性连接。水泥涂抹是用水泥将连接缝隙口填满,也属于刚性连接。

14 水泥涂抹

 

热缩套(图15)通常是用作各类输油、输气、供水钢管焊口防腐用途。它是由辐射交联聚烯基材和特种密封热熔胶复合而成特种密封热熔胶与聚乙烯基材、管材表面可形成良好的粘接。如图16,加热时热缩套基层收缩、胶层熔化,紧密的收缩包覆在井与管的连接处。该连接方式也属于刚性连接。由于现场需要明火烘烤,通常现场需要液化气罐和喷火枪,这个对于现场的安全是个很大的隐患。通常一个直径630mm的承口需要20~30分钟才能烘烤完毕。相比之下,

采用柔性承插连接只需要2~3分钟,施工效率差10倍以上。另外,热缩套的价格要比同尺寸的胶圈要高得多。因此,从现场安全、施工效率、材料成本几个角度考虑,热缩套连接不是理想的连接方式。

柔性承插连接通常有两种结构:窝槽式柔性承插连接和扩口式柔性承插连接。扩口式柔性承插连接适用于结构壁管,窝槽式柔性承插连接适用于平壁管。前者的胶圈是放置在结构壁管的凹槽内,后者的胶圈是放置在承插口的窝槽内。由于可靠的井筒均为平壁管,因此,井筒与井座的连接采用窝槽式柔性承插连接(图18)。

17 两种柔性承插连接方式

18 窝槽式柔性承插连接

 

胶水粘接、水泥涂抹和热缩套连接本质都属于刚性连接。刚性连接在实际应用中存在明显缺陷:

在施工过程中,井座通常首先被回填密实,而井筒会频繁地受到外力(如挖掘机、大型土块)碰撞、挤压而引起井筒扰动。在刚性连接中,井筒扰动会导致粘接处脱胶,从而造成渗漏甚至泄漏。而在柔性连接中,胶圈会发生弹性形变以适应井筒不规则的扰动,不影响连接处的密封性。

刚性连接一旦完成,就无法像柔性连接一样可以拆卸后进行二次安装。在遇到管线临时更改、井筒局部受损或井座受损等情况下,井座井筒就必须全部更换。

市场上埋地管道与井座常见的几种连接方式:热缩套、水泥、柔性承插连接、内插。热缩套在用于井座和管道连接时,除了上面介绍的问题外,还有无法保证水密性的缺陷。在明火烘烤时,必须保证连接处四周都有操作空间,而埋地管与土壤接触部分是很难保证这一点的。因此,通常在管底连接处容易漏水。另外,刚性连接根本无法适应土壤的不均匀沉降。柔性承插

19 适配各种埋地管的井座

 

连接依旧是最可靠的连接方式。根据国家标准,国内的管道分外径系列和内径系列。并且,内径系列管道的外径跨度很大。在井座承口与管道之间缝隙特别大时,仅仅依靠胶圈来调节是不合理的。针对不同外径的埋地管道,设置能匹配的承口尺寸的井座是合理的解决方案。河马井井座分内径和外径两大系列。井座的管道承口严格按照国家标准埋地管尺寸设计,与目前市场上各种内径埋地管(如PE双壁波纹管)和外径埋地管(如PVC双壁波纹管)均可直接承插连接,用弹性密封圈进行密封,确保水密性(图19)。

在安装过程中,井体不垂直

井座底部没有设置稳定的支撑结构,不符合行业标准 7.3.6 规定“检查井井座底应有稳定的支承结构。沟槽开挖后,表面沟槽开挖后,表面是高高低低,肯定不可能非常平整。稳固的基座在施工过程中不会晃来晃去,能保证施工质量。如果基座不稳,整个井身就会歪,这样肯定会影响到标高,影响到标高肯定会影响到坡度,影响到坡度肯定又会影响到整个管网运行,最终管网肯定出现排水不畅,老是堵塞的情况

360度环形基座

*增加整个管线的稳定性,确使测量的标高保持有效。

 

井盖垂直荷载性能和井盖座抗冲击性能俱佳。如图24所示,井盖背面有4*5的加强钢筋,垂直荷载能达2吨以上。井盖座外壁有带角撑的加强筋,在安装现场,即使受到外力碰撞不易破裂。

 

四、国标井与非标井对比的差异

    为了推动塑料检查井行业的健康发展,在此呼吁各塑料检查井生产商能够严格按照国家标准设计图集08SS523、产品行业标准CJ/T233-2006与应用技术规程CECS227:2007的要求生产,保证产品质量。

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