探析直埋供熱管道的關(guān)鍵措施
近年來，在供熱外網(wǎng)工程中普遍采用直埋供熱管道，直埋敷設(shè)方法同傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)方法相比具有占地少、施工周期短、維護(hù)量小、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn).本文就直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)組成與性能，提出了直埋供熱管道質(zhì)量控制的關(guān)鍵及方法
1 前言
近些年來預(yù)制保溫管施工技術(shù)也有了很大的發(fā)展，已頒布的《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》標(biāo)志著直埋技術(shù)在我國已經(jīng)趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設(shè)越來越多地被采用。但由于管道直接埋于地下，不便于檢修、漏點(diǎn)難發(fā)現(xiàn)等原因，要求施工中必須嚴(yán)格控制管道施工工藝，并且應(yīng)從管材的選擇、閥門安裝、三通加固、固定墩、線路選擇等方面加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)。同傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)相比，直埋供熱管道敷設(shè)方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如工程施工時(shí)間短、施工占地面積少、管網(wǎng)使用壽命長、人工維護(hù)量小等。直埋敷設(shè)非常適合目前城市及地方建設(shè)的要求，其技術(shù)的的發(fā)展越來越成熟，在工程中也越來越多地被采用。本文是對(duì)《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱為規(guī)程）的一點(diǎn)理解。
1.1 規(guī)程適用條件
本規(guī)程適用于公稱直徑≤DN500、供熱介質(zhì)溫度≤150℃的鋼制內(nèi)管、保溫層、保護(hù)外殼結(jié)合為一體的預(yù)制保溫直埋熱水管道。規(guī)程的適用條件有兩個(gè)界限，即管徑和溫度，且必須同時(shí)滿足這兩個(gè)條件。
規(guī)程總則條文說明中的解釋：管徑：因?yàn)樵诠艿肋M(jìn)行熱伸長計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算中對(duì)荷載作了簡(jiǎn)化處理，計(jì)算結(jié)果對(duì)大管徑管道來說，偏差較大，其性能是不安全的，但是對(duì)小管徑管道影響不大；溫度：供熱管網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性與設(shè)計(jì)溫度密切相關(guān)，直埋供熱管道保溫材料的使用壽命、耐溫能力也是根據(jù)設(shè)計(jì)溫度來選擇的，這個(gè)溫度界限在強(qiáng)度方面是安全的。
2.直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)組成與性能
直埋供熱管道的保溫結(jié)構(gòu)組成是：保溫層、保護(hù)外殼。
直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的功能：管道保溫、抵抗土壤壓迫和傳遞力。為了克服管道在土壤中橫向位移時(shí)土壤對(duì)管殼的擠壓和土壤對(duì)管殼在管道徑向產(chǎn)生的壓力、保證保溫結(jié)構(gòu)形狀完整，保溫層和外殼必須具有足夠的強(qiáng)度，規(guī)程中要求保溫層的抗壓強(qiáng)度≥200kPa。
保證保溫結(jié)構(gòu)完整的另一個(gè)必須條件是：外殼、保溫層和鋼管相互之間的粘結(jié)強(qiáng)度。為了克服管道軸向位移時(shí)土壤對(duì)管道外殼的摩擦力，直埋供熱管道的保溫層需要能傳遞剪切力。土壤與管道外殼之間的摩擦力，其計(jì)算公式為：
F=πρgμ（H+Dc/2）Dc（1）
公式中F-軸線方向每米管道的摩擦力，N/m；
Dc-管外殼直徑，mm；
g-重力加速度，9.81m2/s；
ρ-施工所在地的土壤密度，kg/m3；
μ-施工所在地的土壤與管殼之間摩擦系數(shù)；
H-施工所在地的管頂覆土深度，當(dāng)H>1.5m時(shí)，取1.5m。
直埋供熱管道保溫層與內(nèi)鋼管、外殼與保溫層都傳遞軸向剪切力，剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式為：
τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）（2）
公式中μmax-土壤與管殼之間最大摩擦系數(shù)；
Fmax-土壤與管殼最大摩擦力，N/m。
例如：對(duì)于DN500保溫管外殼與內(nèi)保溫層粘結(jié)抗剪強(qiáng)度要大于13.6kPa；對(duì)DN20保溫管保溫層與內(nèi)鋼管表面粘結(jié)抗剪強(qiáng)度必須大于37.2kPa。在規(guī)程中，要求直埋供熱管道的保溫層剪切強(qiáng)度（含與內(nèi)管和外殼粘結(jié)）≥120kPa。
3直埋供熱管道的施工方法
3.1 直埋供熱管道的安裝方式
直埋管道中的應(yīng)力是熱脹變形不能完全釋放而產(chǎn)生的。因此。通過選擇不同的安裝方式，可以改變熱脹變形的大小和變形的釋放程度，進(jìn)而改變管道的應(yīng)力水平。熱脹變形的大小與零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度有關(guān)，零應(yīng)力狀態(tài)溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據(jù)此溫度是否等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度。預(yù)應(yīng)力安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于預(yù)熱溫度。根據(jù)熱脹變形能否釋放，管道又可分為兩種。無補(bǔ)償安裝：兩固定墩之間或遠(yuǎn)離補(bǔ)償裝置而處于錨固狀態(tài)的管道（錨固段），其熱脹變形不能被補(bǔ)償裝置所吸收。有補(bǔ)償安裝：補(bǔ)償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管道（滑動(dòng)段），其熱脹變形能被補(bǔ)償裝置所吸收。
3.1.1 無補(bǔ)償冷安裝
管道回填時(shí)，既不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，也不進(jìn)行補(bǔ)償，溫度變化時(shí)管段處于不動(dòng)的錨固狀態(tài)。無補(bǔ)償冷安裝是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的安裝方式，但運(yùn)行工況下管道承受較高應(yīng)力。在滿足強(qiáng)度條件時(shí)，管段應(yīng)優(yōu)先采用這種安裝方式。
3.1.2 有補(bǔ)償安裝
當(dāng)管段中設(shè)置補(bǔ)償裝置（彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償器）時(shí)，補(bǔ)償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管段屬于有補(bǔ)償安裝。由于設(shè)置彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償器，必然增加了補(bǔ)償裝置的投資，對(duì)于波紋管補(bǔ)償器，還增加了管網(wǎng)的事故點(diǎn)。因此，應(yīng)避免在整個(gè)管網(wǎng)中都采用有補(bǔ)償安裝方式，但在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經(jīng)濟(jì)的。
3.1.3預(yù)應(yīng)力安裝
預(yù)應(yīng)力安裝方式，實(shí)質(zhì)上是改變管道的安裝溫度，使之等于預(yù)熱溫度，當(dāng)管道溫度等于預(yù)熱溫度時(shí)，管道應(yīng)力為零。而當(dāng)管道溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時(shí)，使管道產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。可以通過預(yù)熱的方式和采用一次性補(bǔ)償器的方式來實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力安裝方式：（1）預(yù)熱方式是管道在回填前進(jìn)行預(yù)熱，加熱到預(yù)熱溫度時(shí)進(jìn)行回填，立即可產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。采用預(yù)熱方式時(shí)，應(yīng)具備預(yù)熱熱源，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)條件允許管溝敞口。（2）采用一次性補(bǔ)償器的方式時(shí)，管道安裝后可立即回填。在首次加熱過程中，當(dāng)補(bǔ)償管段的熱脹變形量達(dá)到在預(yù)熱溫度下的自由膨脹變形量時(shí)，就可焊接該一次性補(bǔ)償器。通過多次溫度變化，使應(yīng)力均勻分布，從而達(dá)到預(yù)應(yīng)力效果。采用一次性補(bǔ)償器的方式，不需要預(yù)熱熱源，并且只需補(bǔ)償器附近的管溝敞口，但是增加了一次性補(bǔ)償器的費(fèi)用。
4、供熱管道工程質(zhì)量控制措施
4.1、砂層回填的質(zhì)量控制
槽底砂墊層的質(zhì)量控制，首先要控制砂的質(zhì)量，砂料應(yīng)干濕度適中，粒徑均勻，不含淤泥結(jié)塊，其次，嚴(yán)格控制砂墊層回填的厚度和高程，在回填前要復(fù)核槽底的密實(shí)度和槽底標(biāo)高，當(dāng)確認(rèn)無誤后，方可允許回填。砂墊層應(yīng)該回填夯實(shí)，一般應(yīng)采用夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，夯實(shí)完后對(duì)厚度和密實(shí)度進(jìn)行檢查，密實(shí)度一般為95%，厚度一般不少于200毫米，高程應(yīng)符合安裝熱力管道管底高程的要求。
4.2、溝槽開挖的質(zhì)量控制
在溝槽開挖前，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土壤類別、土質(zhì)情況確定適當(dāng)?shù)姆牌缕露取?duì)設(shè)支撐的溝槽坡度一般采用1：0.05，對(duì)于較深的溝槽，宜分層開挖。挖槽土方應(yīng)妥善安排堆放位置，一般情況堆在溝槽一邊，在另一邊留出工程材料和施工機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)的道路，以方便下管施工，堆土下坡腳與槽邊的距離根據(jù)槽深、土質(zhì)、槽邊坡來確定，其最小距離不應(yīng)小于1米。同時(shí)，在溝槽開挖前還要確定合理的開槽斷面和槽底寬度，開槽斷面由槽底寬、挖深、槽底、各層邊坡坡度以及層間留臺(tái)寬度等因素確定，槽底寬度應(yīng)為管道結(jié)構(gòu)寬度加上兩側(cè)工作寬度。因此，確定開挖斷面時(shí)，要考慮工程安全和質(zhì)量，做到開槽斷面合理。另外，在雨季施工時(shí)，應(yīng)防止槽底泡水，在溝槽四周疊筑閉合的土埂，必要時(shí)要地溝外開挖排水溝、集水井，用水泵進(jìn)行抽水，溝槽見底后應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行下一道工序，否則，槽底應(yīng)留20厘米土層不挖作為保護(hù)層。
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1 前言
近些年來預(yù)制保溫管施工技術(shù)也有了很大的發(fā)展，已頒布的《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》標(biāo)志著直埋技術(shù)在我國已經(jīng)趨于成熟，因此，在供熱管道的施工中，直埋敷設(shè)越來越多地被采用。但由于管道直接埋于地下，不便于檢修、漏點(diǎn)難發(fā)現(xiàn)等原因，要求施工中必須嚴(yán)格控制管道施工工藝，并且應(yīng)從管材的選擇、閥門安裝、三通加固、固定墩、線路選擇等方面加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)。同傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)相比，直埋供熱管道敷設(shè)方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如工程施工時(shí)間短、施工占地面積少、管網(wǎng)使用壽命長、人工維護(hù)量小等。直埋敷設(shè)非常適合目前城市及地方建設(shè)的要求，其技術(shù)的的發(fā)展越來越成熟，在工程中也越來越多地被采用。本文是對(duì)《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱為規(guī)程）的一點(diǎn)理解。
1.1 規(guī)程適用條件
本規(guī)程適用于公稱直徑≤DN500、供熱介質(zhì)溫度≤150℃的鋼制內(nèi)管、保溫層、保護(hù)外殼結(jié)合為一體的預(yù)制保溫直埋熱水管道。規(guī)程的適用條件有兩個(gè)界限，即管徑和溫度，且必須同時(shí)滿足這兩個(gè)條件。
規(guī)程總則條文說明中的解釋：管徑：因?yàn)樵诠艿肋M(jìn)行熱伸長計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算中對(duì)荷載作了簡(jiǎn)化處理，計(jì)算結(jié)果對(duì)大管徑管道來說，偏差較大，其性能是不安全的，但是對(duì)小管徑管道影響不大；溫度：供熱管網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性與設(shè)計(jì)溫度密切相關(guān)，直埋供熱管道保溫材料的使用壽命、耐溫能力也是根據(jù)設(shè)計(jì)溫度來選擇的，這個(gè)溫度界限在強(qiáng)度方面是安全的。
2.直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)組成與性能
直埋供熱管道的保溫結(jié)構(gòu)組成是：保溫層、保護(hù)外殼。
直埋供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的功能：管道保溫、抵抗土壤壓迫和傳遞力。為了克服管道在土壤中橫向位移時(shí)土壤對(duì)管殼的擠壓和土壤對(duì)管殼在管道徑向產(chǎn)生的壓力、保證保溫結(jié)構(gòu)形狀完整，保溫層和外殼必須具有足夠的強(qiáng)度，規(guī)程中要求保溫層的抗壓強(qiáng)度≥200kPa。
保證保溫結(jié)構(gòu)完整的另一個(gè)必須條件是：外殼、保溫層和鋼管相互之間的粘結(jié)強(qiáng)度。為了克服管道軸向位移時(shí)土壤對(duì)管道外殼的摩擦力，直埋供熱管道的保溫層需要能傳遞剪切力。土壤與管道外殼之間的摩擦力，其計(jì)算公式為：
F=πρgμ（H+Dc/2）Dc（1）
公式中F-軸線方向每米管道的摩擦力，N/m；
Dc-管外殼直徑，mm；
g-重力加速度，9.81m2/s；
ρ-施工所在地的土壤密度，kg/m3；
μ-施工所在地的土壤與管殼之間摩擦系數(shù)；
H-施工所在地的管頂覆土深度，當(dāng)H>1.5m時(shí)，取1.5m。
直埋供熱管道保溫層與內(nèi)鋼管、外殼與保溫層都傳遞軸向剪切力，剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式為：
τ=Fmax/πDc=ρgμmax（H+Dc/2）（2）
公式中μmax-土壤與管殼之間最大摩擦系數(shù)；
Fmax-土壤與管殼最大摩擦力，N/m。
例如：對(duì)于DN500保溫管外殼與內(nèi)保溫層粘結(jié)抗剪強(qiáng)度要大于13.6kPa；對(duì)DN20保溫管保溫層與內(nèi)鋼管表面粘結(jié)抗剪強(qiáng)度必須大于37.2kPa。在規(guī)程中，要求直埋供熱管道的保溫層剪切強(qiáng)度（含與內(nèi)管和外殼粘結(jié)）≥120kPa。
3直埋供熱管道的施工方法
3.1 直埋供熱管道的安裝方式
直埋管道中的應(yīng)力是熱脹變形不能完全釋放而產(chǎn)生的。因此。通過選擇不同的安裝方式，可以改變熱脹變形的大小和變形的釋放程度，進(jìn)而改變管道的應(yīng)力水平。熱脹變形的大小與零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度有關(guān)，零應(yīng)力狀態(tài)溫度的提高，可降低熱脹變形的大小。根據(jù)此溫度是否等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度，管道可分為兩種。冷安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于安裝時(shí)的環(huán)境溫度。預(yù)應(yīng)力安裝：零應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度等于預(yù)熱溫度。根據(jù)熱脹變形能否釋放，管道又可分為兩種。無補(bǔ)償安裝：兩固定墩之間或遠(yuǎn)離補(bǔ)償裝置而處于錨固狀態(tài)的管道（錨固段），其熱脹變形不能被補(bǔ)償裝置所吸收。有補(bǔ)償安裝：補(bǔ)償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管道（滑動(dòng)段），其熱脹變形能被補(bǔ)償裝置所吸收。
3.1.1 無補(bǔ)償冷安裝
管道回填時(shí)，既不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，也不進(jìn)行補(bǔ)償，溫度變化時(shí)管段處于不動(dòng)的錨固狀態(tài)。無補(bǔ)償冷安裝是最簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的安裝方式，但運(yùn)行工況下管道承受較高應(yīng)力。在滿足強(qiáng)度條件時(shí)，管段應(yīng)優(yōu)先采用這種安裝方式。
3.1.2 有補(bǔ)償安裝
當(dāng)管段中設(shè)置補(bǔ)償裝置（彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償器）時(shí)，補(bǔ)償裝置附近處于滑動(dòng)狀態(tài)的管段屬于有補(bǔ)償安裝。由于設(shè)置彎管補(bǔ)償器或波紋管補(bǔ)償器，必然增加了補(bǔ)償裝置的投資，對(duì)于波紋管補(bǔ)償器，還增加了管網(wǎng)的事故點(diǎn)。因此，應(yīng)避免在整個(gè)管網(wǎng)中都采用有補(bǔ)償安裝方式，但在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，局部管段采用這種安裝方式還是比較安全經(jīng)濟(jì)的。
3.1.3預(yù)應(yīng)力安裝
預(yù)應(yīng)力安裝方式，實(shí)質(zhì)上是改變管道的安裝溫度，使之等于預(yù)熱溫度，當(dāng)管道溫度等于預(yù)熱溫度時(shí)，管道應(yīng)力為零。而當(dāng)管道溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度時(shí)，使管道產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。可以通過預(yù)熱的方式和采用一次性補(bǔ)償器的方式來實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力安裝方式：（1）預(yù)熱方式是管道在回填前進(jìn)行預(yù)熱，加熱到預(yù)熱溫度時(shí)進(jìn)行回填，立即可產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力效果。采用預(yù)熱方式時(shí)，應(yīng)具備預(yù)熱熱源，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)條件允許管溝敞口。（2）采用一次性補(bǔ)償器的方式時(shí)，管道安裝后可立即回填。在首次加熱過程中，當(dāng)補(bǔ)償管段的熱脹變形量達(dá)到在預(yù)熱溫度下的自由膨脹變形量時(shí)，就可焊接該一次性補(bǔ)償器。通過多次溫度變化，使應(yīng)力均勻分布，從而達(dá)到預(yù)應(yīng)力效果。采用一次性補(bǔ)償器的方式，不需要預(yù)熱熱源，并且只需補(bǔ)償器附近的管溝敞口，但是增加了一次性補(bǔ)償器的費(fèi)用。
4、供熱管道工程質(zhì)量控制措施
4.1、砂層回填的質(zhì)量控制
槽底砂墊層的質(zhì)量控制，首先要控制砂的質(zhì)量，砂料應(yīng)干濕度適中，粒徑均勻，不含淤泥結(jié)塊，其次，嚴(yán)格控制砂墊層回填的厚度和高程，在回填前要復(fù)核槽底的密實(shí)度和槽底標(biāo)高，當(dāng)確認(rèn)無誤后，方可允許回填。砂墊層應(yīng)該回填夯實(shí)，一般應(yīng)采用夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，夯實(shí)完后對(duì)厚度和密實(shí)度進(jìn)行檢查，密實(shí)度一般為95%，厚度一般不少于200毫米，高程應(yīng)符合安裝熱力管道管底高程的要求。
4.2、溝槽開挖的質(zhì)量控制
在溝槽開挖前，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土壤類別、土質(zhì)情況確定適當(dāng)?shù)姆牌缕露取?duì)設(shè)支撐的溝槽坡度一般采用1：0.05，對(duì)于較深的溝槽，宜分層開挖。挖槽土方應(yīng)妥善安排堆放位置，一般情況堆在溝槽一邊，在另一邊留出工程材料和施工機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)的道路，以方便下管施工，堆土下坡腳與槽邊的距離根據(jù)槽深、土質(zhì)、槽邊坡來確定，其最小距離不應(yīng)小于1米。同時(shí)，在溝槽開挖前還要確定合理的開槽斷面和槽底寬度，開槽斷面由槽底寬、挖深、槽底、各層邊坡坡度以及層間留臺(tái)寬度等因素確定，槽底寬度應(yīng)為管道結(jié)構(gòu)寬度加上兩側(cè)工作寬度。因此，確定開挖斷面時(shí)，要考慮工程安全和質(zhì)量，做到開槽斷面合理。另外，在雨季施工時(shí)，應(yīng)防止槽底泡水，在溝槽四周疊筑閉合的土埂，必要時(shí)要地溝外開挖排水溝、集水井，用水泵進(jìn)行抽水，溝槽見底后應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行下一道工序，否則，槽底應(yīng)留20厘米土層不挖作為保護(hù)層。
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