西范灌区东扩工程和井泵站PCCP水压试验方案浅析

刘 婧

（山西省禹门口水利工程管理局，山西 太原 043000）

1 工程简介

西范灌区东扩工程和井泵站位于万荣县和井村东南约1.3 km 处，压力管线从泵站出口至西村乡北仁村，全长7.14 km，地形高差157 m。管线有DN1000 的钢管和PCCP 两种管材，其中首段压力钢管长489.7 m，出水钢管和岔管长29.55 m，设计压力2.0 MPa，其后PCCP 长6 650 m，设计压力等级分别为1.6 MPa、1.4 MPa、1.2 MPa、1.0 MPa、0.6 MPa。

2 方案选择

2.1 试验段选择

PCCP 压力管试验段，选择在桩号0+441—1+291.48 段，该段总长度850.48 m，分别有钢管段（桩号为0+441—0+489.7）48.7 m，高差5.57 m，设计压力2.0 MPa；PCCP 管道（桩号0+489.7—0+913.6）压力等级1.6 MPa 段长度423.9 m，高差38.5 m；PCCP 管道（桩号0+913.6—1+291.48）压力等级1.4 MPa 段长度377.88 m，高差10.6 m。共布置建筑物5 座、镇墩10 个。

水压试验最大受压点压力为1.9 MPa。

2.2 设备选择

2.2.1 压力表选择

本段试验压力1.9 MPa，在5#镇墩处压力表选用4.0 MPa、14#镇墩处选用2.5 MPa，注水加压泵设在14#镇墩处。

2.2.2 封堵闷头设计

封堵闷头为DN1000，Q235 钢材，厚度20 mm，加强筋板厚20 mm，呈米字形加强布置，加强高度60～150 mm；加强筋板采用双面焊接，喉厚15 mm，焊脚宽20 mm 误差±2 mm，受力≥3.5 MPa/cm2。

PCCP 管试验段闷头安装位置分别位于5#镇墩下游3 m 和14#镇墩下游1.5m 处。

2.2.3 最大受压点闷头受力计算5#镇墩下游3 m 处闷头受力为149.2 t，14#镇墩下游1.5 m 处闷头受力为117.8 t。

2.2.4 支管选择

工程中排气口、注水口等所有支管全部采用无缝钢管。

3 后背墙受力计算

14# 镇墩为水平转角镇墩，桩号1+291.48，长3.79 m、宽3.8 m、高3.6 m，混凝土体积为48.73 m3。5#镇墩为水平加竖向转角镇墩，桩号0+441，长3.758 m、宽3.6 m、高3.6 m，混凝土体积45.61 m3。

3.1 14#镇墩后背墙受力计算

后背土墙的允许抗力

其中：Ep——后背墙每米宽度上的被动土压力，KN；

γ——后背土的重力密度（KN/m3），取19.0 KN/m；

H——后背墙高度，m；

h——后背墙顶端至地面高度，m；

Kp——被动土压力系数，取1.523；

c——后背土体的粘聚力24 kpa=24 KN/m2。

作用于后背的力：

式中：P——试压段管端承受的压力，KN；

Ps——试验压力，Mpa；

r——管道半径，m；

后背墙受力宽度计算公式：

式中：B——后背受力宽度，m；

R——管堵传递给后背的作用力；

EF——后背墙每米宽度上的被动土他压力，KN/m；

2.0——安全系数；

后背土层长度：

其中：L——沿后背受力方向长度，m；

LR——附加安全长度，m，取0.5。

通过计算得知，Ep

图2 14#镇墩及后靠背布置示意图

3.2 5#镇墩后背墙受力计算

后背土墙的允许抗力：

其中：Ep——后背墙每米宽度上的被动土压力，KN；

γ——后背土的重力密度，KN/m3，取19.0KN/m；

H——后背墙高度，m；

h——后背墙顶端至地面高度，m；

Kp——被动土压力系数，取1.523；

c——后背土体的粘聚力24 kpa=24 KN/m2。

作用于后背的力：其中：P——试压段管端承受的压力，KN；

Ps——试验压力，Mpa；

r——管道半径，m；

后背墙受力宽度：

其中：B——后背受力宽度，m；

R——管堵传递给后背的作用力；

EF——后背墙每米宽度上的被动土他压力，KN/m；

2.0——安全系数；

后背土层长度：

其中：L——沿后背受力方向长度，m；LR——附加安全长度，m，取0.5。

后背墙用设计镇墩受力宽度计算：

后背墙受力宽度B 取为3.96 m；

后背土墙的允许抗力为：

作用于后背的力

后背土层长度

通过计算得知，用设计镇墩作为后靠背，后背墙受力宽度为5.29 m、长度为17.29 m；用设计镇墩受力宽度3.96 m 计算得出后背土层长度为19.91 m；为确保安全可靠，采用后背墙宽度5.29 m、长度19.91 m 来满足打压要求。

4 水压试验前准备工作

（1）PCCP 管道接口全部安装完成，3 次打压试验完成并验收合格；管内接口填充材料已完成并验收；管道内无污物，确保清扫干净。

（2）管道试验前，管线按设计要求进行回填至管顶。管线的镇墩与锚固结构等均完成并达到强度。

（3）试验段两端管材前后已全部安装连通，闷头嵌入管件内双面焊接，起点、终点处镇墩包封。

（4）14#镇墩下游1 m 处安装DN40 支管作为注水管、DN20 支管为排气口、DN15 打压泵接口，5# 镇墩下游3.5 m 处安装DN20 支管排气口、压力表；同时安装旁通管，打压完成后退水至钢管段。

（5）试验段检查井、排气阀、排水阀孔口全部利用盲板封堵。

（6）管道两头封堵闷头安装完成。

（7）对试验设备、压力表、排气管及管件进行详细检查，保证其严密性。

（8）建立项目部试通水领导组及巡查分队和应急抢险分队。

（9）保障应急救援机械及物资。

5 PCCP 水压试验流程

5.1 管线充水

（1）水源采用附近井水（使用水），通过14#镇墩下游1m 处已安装的加压口进行注水。

（2）充水期间巡查分队成员进行全线巡视检查，巡查人员均随身携带工具。充水开始后巡查人员要进行逐一详细检查。

（3）管道充满水后静止48h，进行全线巡视检查，观察管线周围地面是否有出水现象，监测5#镇墩下游3.5 m 处压力表压力值，计算压力降是否在允许范围内。

5.2 水压试验

5.2.1 试验流程

（1）试压时发包人、设计方、监理方、承包人和供货方共同参加。

（2）试压时，同时观察加压泵和最大受压点两处压力表读数，避免超压或压力表读数误差。

（3）水压试验顺序为：最大受压点从0.5 MPa 逐步缓慢分级升压（每级0.2 MPa），每升一级后稳压不少于10 min（为保持压力，允许向管内补水，但不得高于试验压力），检查试验管段外观及有无渗漏处，情况正常时方可继续升压；升压至工作压力值1.6 MPa 时，停止注水补压稳定2 h，观测最大压降并测定渗水量值是否满足规范要求；继续分级加压至试验压力值1.9 MPa 时开始计时，采用注水法试验实测渗水量，停止注水补压稳定2 h，每当压力下降时及时向管道内补水，保持管道试验压力恒定，观测最大压降并测定渗水量值，当2h 后最大压降不超过0.03 MPa，恒压2 h 实测渗水量不超过4.42 L/min·km，将试压压力降至工作压力1.6 MPa 并保持恒压30 min，进行外观检查，若无漏水现象，则水压试验合格。

（4）每升一级应检查阀门、管身及接口，当无异常现象时，继续升压。如渗水达不到要求，必须找出原因，修整好后再做渗水试验。

（5）管道水压试验升压时，认真排气。升压过程中，当发现压力表指针摆动，不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。

（6）水压试验时严禁对管身、接口敲打或修补缺陷。遇有缺陷，应作出标记，卸压后修补。

（7）管道水压试验合格后，应立即解除管道内的水压力，并填写试压记录，经有关人员签字后，妥善保存。

5.2.2 管道卸压

试验工作全部完成后，打压泵开始卸压，待压力表指示没有压力后可开始拆除打压泵等设备，将管内水流退至钢管段。

5.2.3 试通水过程中事故预测及应急处理

水压试验中若出现压力不稳时，停止打压，并进行全线检查分析，排除故障后方可继续打压。若出现明显渗水，应立即停止打压，打开排水阀，卸压后且在安全条件下进行检修。

6 打压结果

本项目严格按照拟定流程打压完成后，根据试压过程记录数据进行计算，实测渗水量q＝W*1 000/（TL）=0.2 L/min·km，远小于允许渗水量4.42 L/min·km，可判断本次水压试验合格。

7 结论

西范灌区东扩工程和井泵站DN1000 PCCP 水压试验中，通过合理准确的受力计算分析，合理采取镇墩加宽及增加后靠背措施，保证了高压力打压试验顺利完成，可为后续类似工程提供参考经验。