玻璃鋼管在供水管道工程中的應用
本文旨在通過介紹玻璃鋼管在五常市供水工程中的應用，指出其特性和施工的要點。
該工程采用了DN800,DN600和DN500三種型號，總長度達8KM。工程于2004年9月中旬開工，配備了1臺挖溝機進行挖溝與回填，連接管線配備了3班共15人，在廠方技術代表的指導下，工作一兩天后基本掌握了安裝要領，能夠單獨作業。每天可施工200m，進度較快。
一、玻璃鋼管的特點
(一) 比重輕。玻璃鋼管的比重為2.0，鋼材的比重為7.8。由比重的差別可見，高壓玻璃鋼管在運輸中具有經濟性，鋼管在運輸中往往因為其重量而受到限制。由于玻璃鋼管的較低比重，在安裝時，避免了重型起重設備，采用人工施工即可。
(二) 內表面光潔度高。玻璃鋼管的生產采用鋼芯模外纏繞成型，對模具的加工精度非常高，制作前采用脫模劑反復處理，因此內表面極其光潔，其內表光潔度在整個壽命期會得以保持，其水力學指標哈森―威廉斯系數為150。
(三) 防腐性能好。采用玻璃纖維增強環氧樹脂成型，環氧樹脂固化后，高度的交叉互聯使其具有較好的防腐蝕性能，不需另做防腐保護。
(四) 承壓能力高。玻璃鋼管的正常壓力等級高可達24MPa。
(五) 壽命長。高壓使用壽命不低于20年。
(六) 耐低溫性能好。不象其它類塑料制品，在低溫狀態下會變脆和強度下降。在-30℃的狀態下，它仍具有良好的韌性和極高的強度。實驗證明，當輸水玻璃鋼管處在低于攝氏零度狀態下，具有特殊的抗結冰能力。
(七) 聯接方式簡捷，幾分鐘即可安裝一段。
(八) 管材較脆，運輸和施工過程中，要加倍小心。
(九) 價格為同規格球墨鑄鐵管道和鋼管的50% ， 比PVC 管材高10%。
二、玻璃鋼管道的施工
(一) 溝槽基礎處理。由于玻璃鋼夾砂管道單根管道長度達到12m，管口相對數量較少:適應地基沉降的能力稍差: 要求基礎確保平整連續且達到設計要求的壓實度。
(二) 管道砂墊層。采用中粗砂，厚度200mm。
(三) 管道的支墩。管道水平彎頭處采用鋼筋混凝土支墩，縱向彎頭處用增加鋼管錨固長度代替支墩加大土壤與鋼管間的摩擦力來抵抗管道推力。
(四) 管道的連接。承插口安裝時，試壓孔朝正上方，偏差為土5cm。防止撞口頂頭，按規程插口端與承口受徑處在軸向應有間隙，一般控制在20mm，以保證有一定的轉角做應力調節：同時也要防止撞不到位，如果發生溫度拉應力，影響接口的嚴密性。
(五) 管口試壓。每根玻璃鋼管安裝完畢后在管頂試壓孔注水，壓力打到工作壓力時停泵，檢查管口有無滲水，再打水壓至試驗壓力后停止，觀察2分鐘，壓力下降值不超過試驗壓力5%為合格。
(六) 管道回填。當管道試壓合格后，應及時對管溝回填，采取以下手段來控制管道的變形。
1. 根據管材性能和管道的鋪設及運行條件確定管周口填土施工要求。平谷工程地質條件較差，管周原狀土體以粘土為主，且施工期又正值夏季，降水周期短，造成原狀土質較軟。從試驗段來看，用原狀土直接回填，達不到管材對于管周土綜合變形模量的要求，所以設計采用改變回填土土質和壓實度的方法提高土體綜合變形模量，管區采用了中粗砂回填，壓實度不小于0.95。
2. 管區應對稱分層回填，回填夯實應從槽壁兩側同時開始，逐漸向管靠近，嚴禁單側回填、嚴禁單側夯實，每次回填厚度應根據回填材料及方法而定。采用砂作回填料時，每層應控制在150mm，管頂1.5m以內不得使用壓路機。
3. 對于管道底部兩端的腋角必須使用專用工具按設計要求夯實。
(七) 管道驗收
1. 檢查徑向撓曲值。按規范要求，玻璃鋼管安裝埋設24小時內測量檢查管道的初始徑向撓曲變形，此次設計給定初始徑向撓曲值為1.7％。
徑向撓曲值= （實際內徑－安裝后垂直內徑）/ 實際內徑*100%
2. 水壓試驗。其試驗壓力為工作壓力的1.5倍，允許滲水量按照鋼管的標準執行。
三、施工中必須注意的環節
(一)
溝槽回填土。該種管材由復合材料構成，管自身彈性模量較低，管道變形較大，為克服這一問題，除了在制管過程中采用夾砂來增加剛度外，提高回填土的變形模量，使管道和回填土構成共同工作的“管道/土壤”系統至關重要。所以玻璃鋼管對于溝槽口填土的要求尤為嚴格，它關系到土壤的抗變形能力，管道在埋設安裝后，管道抗土壤的重力和荷載的能力在很大程度上取決于管道兩側土壤的支撐力。在回填分層夯實中，土壤對管道的側壓力較大，在未達到管頂以前，土壓力作用管壁的壓力越來越大，管道有豎徑伸長橫徑縮短的趨勢，隨著管頂土壤的增加，管頂垂直上壓力增量大于水平土壓力增量，管子有豎徑壓縮橫徑增長趨勢，管測土壤受到水平擠壓，從而產生被動的土壤反作用力，使管周徑向土壓力分布趨向均勻化。如果在溝槽回填中兩側沒嚴格按要求操作，（包括管底部腋區回填）胸腔壓實度不夠會造成徑向撓曲值超標。特別是單側回填或回填過程的對稱程度偏差較大，很容易使管口產生水平方向位移或接口變形，造成管道水平方向兩側“O”型膠圈的壓縮量大小不均勻，影響管口嚴密性。
(二)
處理徑向撓曲超標問題。按規程是：把回填材料挖出直到露出管徑的85%處，“重新夯實拱腰處的回填材料”， 但在工程當中返工了幾根管，效果不好。返工后的管口試壓壓力上不去，原因是當管道挖開卸掉荷載再重新回填后，管徑撓曲變形比返工前回彈了，但膠圈的回彈量與管子回彈量不能同步，實際上膠圈經壓縮變形后不回彈或回彈很小，所以今后設計或規范上應對膠圈的技術要求量化，如膠圈的質量、彈性變形的極限（值）；多大的壓縮比在多長時間內膠圈的回彈率是多少或直接給出玻璃鋼管回彈量與膠圈回彈量的技術要求，以便在施工時掌握標準。
(三) 溫度應力。由于玻璃鋼管的彈性變形較大，夏季管道施工溫差在25℃時，12m/根的玻璃鋼管伸長量變化在15mm 左右，如果安裝時間正值高溫時間，待管回填后由溫差會造成承插口處長度收縮，所以在管道安裝時應注意溫度應力變化。承插撞口時不宜過緊或過松，安裝管道要避開高溫時間且一次安裝不宜超過10根，安裝完畢應立即回填。
通過實際應用，可以看到在較長距離輸水管道中使用玻璃鋼管道經濟上是合理的，技術上是可行的，工期短、見效快，達到了預期效果。特別是玻璃鋼管本身無毒無污染，防腐性能好，不會對水造成二次污染，抗低溫，適合于在供水工程中進一步推廣。
該工程采用了DN800,DN600和DN500三種型號，總長度達8KM。工程于2004年9月中旬開工，配備了1臺挖溝機進行挖溝與回填，連接管線配備了3班共15人，在廠方技術代表的指導下，工作一兩天后基本掌握了安裝要領，能夠單獨作業。每天可施工200m，進度較快。
一、玻璃鋼管的特點
(一) 比重輕。玻璃鋼管的比重為2.0，鋼材的比重為7.8。由比重的差別可見，高壓玻璃鋼管在運輸中具有經濟性，鋼管在運輸中往往因為其重量而受到限制。由于玻璃鋼管的較低比重，在安裝時，避免了重型起重設備，采用人工施工即可。
(二) 內表面光潔度高。玻璃鋼管的生產采用鋼芯模外纏繞成型，對模具的加工精度非常高，制作前采用脫模劑反復處理，因此內表面極其光潔，其內表光潔度在整個壽命期會得以保持，其水力學指標哈森―威廉斯系數為150。
(三) 防腐性能好。采用玻璃纖維增強環氧樹脂成型，環氧樹脂固化后，高度的交叉互聯使其具有較好的防腐蝕性能，不需另做防腐保護。
(四) 承壓能力高。玻璃鋼管的正常壓力等級高可達24MPa。
(五) 壽命長。高壓使用壽命不低于20年。
(六) 耐低溫性能好。不象其它類塑料制品，在低溫狀態下會變脆和強度下降。在-30℃的狀態下，它仍具有良好的韌性和極高的強度。實驗證明，當輸水玻璃鋼管處在低于攝氏零度狀態下，具有特殊的抗結冰能力。
(七) 聯接方式簡捷，幾分鐘即可安裝一段。
(八) 管材較脆，運輸和施工過程中，要加倍小心。
(九) 價格為同規格球墨鑄鐵管道和鋼管的50% ， 比PVC 管材高10%。
二、玻璃鋼管道的施工
(一) 溝槽基礎處理。由于玻璃鋼夾砂管道單根管道長度達到12m，管口相對數量較少:適應地基沉降的能力稍差: 要求基礎確保平整連續且達到設計要求的壓實度。
(二) 管道砂墊層。采用中粗砂，厚度200mm。
(三) 管道的支墩。管道水平彎頭處采用鋼筋混凝土支墩，縱向彎頭處用增加鋼管錨固長度代替支墩加大土壤與鋼管間的摩擦力來抵抗管道推力。
(四) 管道的連接。承插口安裝時，試壓孔朝正上方，偏差為土5cm。防止撞口頂頭，按規程插口端與承口受徑處在軸向應有間隙，一般控制在20mm，以保證有一定的轉角做應力調節：同時也要防止撞不到位，如果發生溫度拉應力，影響接口的嚴密性。
(五) 管口試壓。每根玻璃鋼管安裝完畢后在管頂試壓孔注水，壓力打到工作壓力時停泵，檢查管口有無滲水，再打水壓至試驗壓力后停止，觀察2分鐘，壓力下降值不超過試驗壓力5%為合格。
(六) 管道回填。當管道試壓合格后，應及時對管溝回填，采取以下手段來控制管道的變形。
1. 根據管材性能和管道的鋪設及運行條件確定管周口填土施工要求。平谷工程地質條件較差，管周原狀土體以粘土為主，且施工期又正值夏季，降水周期短，造成原狀土質較軟。從試驗段來看，用原狀土直接回填，達不到管材對于管周土綜合變形模量的要求，所以設計采用改變回填土土質和壓實度的方法提高土體綜合變形模量，管區采用了中粗砂回填，壓實度不小于0.95。
2. 管區應對稱分層回填，回填夯實應從槽壁兩側同時開始，逐漸向管靠近，嚴禁單側回填、嚴禁單側夯實，每次回填厚度應根據回填材料及方法而定。采用砂作回填料時，每層應控制在150mm，管頂1.5m以內不得使用壓路機。
3. 對于管道底部兩端的腋角必須使用專用工具按設計要求夯實。
(七) 管道驗收
1. 檢查徑向撓曲值。按規范要求，玻璃鋼管安裝埋設24小時內測量檢查管道的初始徑向撓曲變形，此次設計給定初始徑向撓曲值為1.7％。
徑向撓曲值= （實際內徑－安裝后垂直內徑）/ 實際內徑*100%
2. 水壓試驗。其試驗壓力為工作壓力的1.5倍，允許滲水量按照鋼管的標準執行。
三、施工中必須注意的環節
(一)
溝槽回填土。該種管材由復合材料構成，管自身彈性模量較低，管道變形較大，為克服這一問題，除了在制管過程中采用夾砂來增加剛度外，提高回填土的變形模量，使管道和回填土構成共同工作的“管道/土壤”系統至關重要。所以玻璃鋼管對于溝槽口填土的要求尤為嚴格，它關系到土壤的抗變形能力，管道在埋設安裝后，管道抗土壤的重力和荷載的能力在很大程度上取決于管道兩側土壤的支撐力。在回填分層夯實中，土壤對管道的側壓力較大，在未達到管頂以前，土壓力作用管壁的壓力越來越大，管道有豎徑伸長橫徑縮短的趨勢，隨著管頂土壤的增加，管頂垂直上壓力增量大于水平土壓力增量，管子有豎徑壓縮橫徑增長趨勢，管測土壤受到水平擠壓，從而產生被動的土壤反作用力，使管周徑向土壓力分布趨向均勻化。如果在溝槽回填中兩側沒嚴格按要求操作，（包括管底部腋區回填）胸腔壓實度不夠會造成徑向撓曲值超標。特別是單側回填或回填過程的對稱程度偏差較大，很容易使管口產生水平方向位移或接口變形，造成管道水平方向兩側“O”型膠圈的壓縮量大小不均勻，影響管口嚴密性。
(二)
處理徑向撓曲超標問題。按規程是：把回填材料挖出直到露出管徑的85%處，“重新夯實拱腰處的回填材料”， 但在工程當中返工了幾根管，效果不好。返工后的管口試壓壓力上不去，原因是當管道挖開卸掉荷載再重新回填后，管徑撓曲變形比返工前回彈了，但膠圈的回彈量與管子回彈量不能同步，實際上膠圈經壓縮變形后不回彈或回彈很小，所以今后設計或規范上應對膠圈的技術要求量化，如膠圈的質量、彈性變形的極限（值）；多大的壓縮比在多長時間內膠圈的回彈率是多少或直接給出玻璃鋼管回彈量與膠圈回彈量的技術要求，以便在施工時掌握標準。
(三) 溫度應力。由于玻璃鋼管的彈性變形較大，夏季管道施工溫差在25℃時，12m/根的玻璃鋼管伸長量變化在15mm 左右，如果安裝時間正值高溫時間，待管回填后由溫差會造成承插口處長度收縮，所以在管道安裝時應注意溫度應力變化。承插撞口時不宜過緊或過松，安裝管道要避開高溫時間且一次安裝不宜超過10根，安裝完畢應立即回填。
通過實際應用，可以看到在較長距離輸水管道中使用玻璃鋼管道經濟上是合理的，技術上是可行的，工期短、見效快，達到了預期效果。特別是玻璃鋼管本身無毒無污染，防腐性能好，不會對水造成二次污染，抗低溫，適合于在供水工程中進一步推廣。
