《埋地塑料给水管道工程技术规程》 (CJJ 101-2016) 标准是基于原《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》 (CJJ 101-2004) 修订。该标准于2012年启动修订, 2015年送审报批, 2016年正式发布实施。编制期间, 编制组广泛调查研究国内外塑料管道生产、设计、施工现状, 总结实践经验, 参考有关国际标准和国外先进标准, 历经4年最终编制完成。与原《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》2004版本相比较, 该标准做了如下修订^[1]:

　　 (1) 调整了本规程框架结构, 将原管道连接、管道敷设两章合并为管道工程施工, 删除了管道维修一章。

　　 (2) 在聚乙烯 (PE) 管基础上, 增加了硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管、抗冲改性聚氯乙烯 (PVC-M) 管、钢骨架聚乙烯塑料复合管、孔网钢带聚乙烯复合管和钢丝网骨架塑料 (聚乙烯) 复合管的内容。

　　 (3) 修订了管道结构设计计算和水压试验方法。

　　 (4) 增加了管道附件和支墩设计要求, 管道连接质量检验要求和管道附件和附属设施施工要求。

　　 本文将重点介绍该标准在编写过程中, 编制组重点研究以及实施过程中需要注意的一些问题。

　　 由于塑料管道种类繁多, 在该规程第3章材料章节规定了管材、管件、附配件的执行标准和质量要求。

　　 对于聚乙烯管道, 除了需要遵守《给水用聚乙烯 (PE) 管材》 (GB/T 13663—2000) 的要求之外, 其耐快速裂纹扩展和耐慢速裂纹增长性能应满足规程表3.2.1要求。塑料管道由于本身化学老化、外部损伤、焊接质量等原因, 在静荷载、循坏荷载、点荷载、水锤等外力作用下, 发生力学破坏, 引起塑料管道发生快速裂纹扩展和慢速裂纹增长。慢速裂纹增长指管道在低于破坏应力的条件下, 管壁于应力集中部位产生裂纹并逐渐扩展, 在相当长时间内以相对稳定的速度扩增^[2]。快速开裂是指管道在短时间内发生快速大规模开裂, 在很低的温度下, 快速开裂呈脆性开裂模式, 裂纹可以以100~450m/s的速度快速扩展几百米至十几公里, 造成长距离管路损坏, 具有极大的破坏性和危险性。

　　 为保证聚乙烯管材长期性能, 要求管道既有良好的抗蠕变开裂性能, 又要具有良好的抗快速裂纹扩展性能。因此本规程提出聚乙烯管道除了满足国家标准以外, 参照GB 15558.1—2003、ISO 4437—2—2014等国际标准质量要求制定耐快速裂纹扩展和耐慢速裂纹增长性能。在管材选用时应注意该两项指标, 需要厂家提供相应检测报告。

　　 与塑料管道结构设计有关的章节中包括三部分内容:结构设计基本原则、结构计算及构造规定。

　　 (1) 增加了塑料管道的结构设计使用年限要求, 对地下干管不应低于50年;强度设计指标按设计使用年限确定标准值。

　　 (2) 补充了塑料管道的内力分析方法, 规定均按弹性体系计算。

　　 (3) 考虑到埋地塑料管道属柔性管道, 在计算截面强度、截面环向稳定及变形量时按管土共同作用的模式进行内力分析。此条是此次修订特别明确的要求。

　　 (4) 塑料管道不应采用刚性基础。对设有混凝土保护外壳结构的塑料管道, 混凝土保护结构应承担全部外荷载。

　　 对于结构计算, 管道应进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算, 具体包括环向强度、抗浮稳定性、管壁环向稳定性、承插式接口抗滑稳定性、竖向变形及纵向变形等计算。

　　 此次修订时, 明确环向管壁应力由两部分组成, 即内水压力产生的轴向应力和外荷载产生的环向弯曲应力, 其中外荷载产生的环向弯曲应力是此次修订新增加的内容。

　　 同时标准对设计计算参数做了补充和调整:

　　 (1) 因水锤为短时荷载效应, 塑料管道的内水压力设计值在强度验算时适当折减, 设置管道压力计算调整系数 (η) :PE管道0.8, PVC-U管道1.0, PVC-M管道0.9 (见规程4.4.5条及条文说明) 。

　　 (2) 考虑柔性管道在内水压力作用下管壁呈现竖向变形回圆现象, 采用管道的压力影响系数 (r_c=1-F_wk/3) 折减外荷载效应, 其中r_c为管道的压力影响系数, F_wk/3为管道的工作压力标准值。

　　 (3) 塑料管道环向强度验算时, 引入了与管道环刚度和回填土密实度有关的管道形状系数 (D_f) 。

　　 (4) 考虑到塑料管道的蠕变性, 使材料的长期模量下降, 在塑料管道的稳定验算和挠曲变形验算中, 引入了管材弹性模量的长期性能调整系数 (η_E) :PE管材0.25, PVC-U管材0.45, PVC-M管材0.5。

　　 (5) 当管道公称直径不大于630 mm时, 管壁极限承载力强度计算中, 可不考虑外压荷载效应。

　　 经计算比较, 低、中压给水管道工程结构设计中管壁的极限承载力强度结果略高于原规程, 高压管道与原规程基本持平。

　　 对于管道构造的规定主要有以下内容:

　　 (1) 为了确保管土共同工作模式, 条文规定管道管周回填土的压实系数, 并应在有关设计文件中明确规定。

　　 (2) 规定了管道接口连接方式的要求。

　　 由于埋地塑料管道结构刚度与管周围土体刚度的比值小于1.0, 属于柔性管道。依靠“管土共同作用”, 由相互作用的管道和周围的土壤组成结构系统, 共同承受外荷载, 因此, 塑料管道管沟基础处理、回填、压实以及管道连接等施工操作对管道工程质量起着至关重要的作用。部分国内塑料管道工程由于地基处理或安装不合格出现管道破损或漏水, 造成场地塌陷, 严重影响管道的安全运行。

　　 为保证管道使用年限, 管道对地基强度、稳定性及不均匀沉降有极为严格的要求, 因此管道基础的处理非常重要。在管道施工中, 要根据地基土的承载力状况, 必要时对地基进行处理, 从而改善土的力学性能, 提高抗剪强度, 降低软弱土的压缩性, 减少基础沉降, 消除或减少湿陷性黄土的湿陷性及膨胀土的胀缩性, 达到地基承载设计的要求。规程第五章针对5类不同情况, 提出了地基处理的常规做法, 以确保地基基础质量。

　　 地基处理方法宜由设计、施工单位根据土质条件制定, 对由于管道荷载、地层土质变化等因素可能产生管道纵向不均匀沉降的地段, 应在管道敷设前对地基进行加固处理, 采取适当的地基处理措施。可根据土质条件和现场情况, 采取换土法、碾压法、夯实挤密法以及砂桩、块石灌注桩等复合地基处理方法。其次对于塑料管道地基处理不得采用混凝土垫块、混凝土条基等刚性地基处理措施。铺垫层应采用中粗砂, 对于地下水位较高地区, 流动性较大的场地内, 当遇管道周围土体可能发生细颗粒土流失的情况时, 则需沿沟槽底部和两侧边坡上铺设土工布加以保护, 可有效防止管道地下基础被掏空。

　　 根据“管土共同作用”原理, 管道基础、管道与基础之间的三角区和管道两侧的回填材料及其压实度对管道受力状态和变形大小影响极大。回填土的变形模量在很大程度上决定了管道的变形和承载能力。而回填土的变形模量取决于回填材料和压实度。管侧回填土压实好坏, 直接影响土壤抗力的大小, 压实程度越高, 则管道的变形越小, 承载能力越大。因此必须严格控制回填工艺, 并按设计要求进行分层回填, 压实和压实度检验, 使之符合设计要求。

　　 其次, 为防止不规范流程和施工机械对埋设管道产生不良影响, 减少管道安装、回填压实引起的施工变形, 规程对施工工序做出规定。在回填作业中, 应严格控制施工工序及回填土压实度。对塑料管道回填作业的每层土的压实遍数、根据压实度要求、压实工具、虚铺厚度和含水量, 依据现场试验确定, 最终保证每层压实度符合设计要求, 防止不规范工序导致管道变形过大。

　　 塑料管道的使用效果如何, 很大程度上是与所选用的接头结构和装配工艺过程的参数有关 (除外来损坏) 。规程5.3节给出了不同种类管道连接常用连接方式和基本连接流程。

　　 对于聚乙烯管道, 目前国际上普遍采用不可拆卸的焊接接头方式连接, 也就是电熔连接和热熔连接方式。对于焊接连接的流程、技术要求, 除了遵循本规程规定以外, 可参照《塑料管材和管件燃气和给水输配系统用聚乙烯 (PE) 管材及管件的热熔对接程序》 (GB 32434—2016) 、《塑料管材和管件燃气和给水输配系统用聚乙烯 (PE) 管材及管件的热熔对接程序》 (GB/T 32434—2015) 要求执行。对于热熔对接, 宜使用全自动焊接设备, 机具每年检验和校准。电熔连接应采用扫码输入参数方式, 该方式可以校核管件电阻有无异常, 并可以对环境温度进行补偿。

　　 翻边对称性、接头对正性检验和翻边切除检验是参考ISO/TS 10839制定。由于翻边对称性检验和接头对正性检验是接头质量检查的最基本方法, 也是比较简便和比较容易实现的方法, 因此, 要求100%进行此项检查。翻边切除检验为焊接质量的概率保证, 同时检验比较复杂, 因此, 要求抽样进行此项检验。当条件许可时, 可采用100%翻边切除检验。对于背弯试验, 同一位置折叠一次即可, 不得往复折叠。

　　 其他非破坏性检验方法, 可考虑通过超声波和X射线探测等常规非破坏性检测方法来进行接头质量的评估。虽然超声波和X射线探测等常规非破坏性检测方法有可能检测不到所有在热熔、电熔对接接头上存在的缺陷, 但可以检测出受污染和存在气泡的区域。因此, 可考虑使用此类技术, 以进一步确认焊接接头的质量^[3]。

　　 由于塑料管道具有应变蠕变特性, 在试验过程中可能升压困难。回填土可有效抵抗水压试验时管道内水压, 同时覆土可以减少太阳直射导致管道温度上升, 影响压力变化。考虑试验的安全性和可操作性, 规程要求在水压试验前管顶以上回填大于0.5m后方可进行升压试验。

　　 与《给水排水管道工程施工及验收规范》 (GB50268—2008) 相比较, 该规程据塑料管道特性, 对管道功能性试验做了调整和修改:

　　 (1) GB 50268中规定试验管宜在不大于工作压力条件下充分浸泡后再进行水压试验, 化学建材管需24h, CJJ 101-2016不做浸泡时间的规定, 主要因为塑料排水管道吸水率低, 浸泡时间对管道性能影响不大, 但是应在最后一个接口连接的焊接时间或粘结固化时间满足要求, 接口强度达到设计要求后方可进行。

　　 (2) 规程明确规定, 管道系统采用两种或两种以上管材时, 宜按不同管材分别进行水压试验。

　　 (3) 对于试验压力规程规定:PE管和PVC管道不应小于工作压力的1.5倍, 且不应小于0.8MPa;PSP管应大于工作压力0.5 MPa, 且不应小于0.9 MPa。

　　 (4) 在GB 50268中, PE管需同时满足允许压力降值法和允许渗水量法, PVC管采用允许渗水量法。在CJJ 101-2016中, PE管、PVC、PSP管只要满足允许压力降值法或允许渗水量法其中之一即可。同时参照国际标准, 对PE管和PVC、PSP管的允许压力降值法分别做了规定。

　　 聚乙烯管、PVC管允许渗水量法规程与GB50268一致, PSP管允许渗水量法参照PVC管执行。根据计算, PSP管允许渗水量要求远高于GB50268对于钢管的规定, 也就是说PSP管水压试验的的允许渗水量要比钢管低得多。

　　 塑料管道工程长期应用经验表明, 影响塑料管道工程质量的因素较多。CJJ 101-2016在总结目前国内塑料管道生产、应用经验的基础上, 结合国内工程实际, 吸收国外标准, 总结工程经验最终编写而成, 该标准的发布实施对指导我国埋地塑料排水管道工程的设计、施工和验收, 提高埋地塑料排水管道工程建设水平, 做到技术先进、经济合理、安全适用、确保工程质量, 具有重要作用。

　　 随着我国城镇化水平不断提高, 城镇基础设施建设得到快速发展, 供水管网作为城市的基础设施将继续发展。国家“水十条”、《城镇供水管网漏损控制及评定标准》 (CJJ 92-2016) 对管网漏损控制提出:“到2020年城镇供水管网基本漏损率控制10%”, 大量旧的管网需要更新和改造, 因此塑料给水管道依然有很大的市场。为保证塑料管道行业的健康发展, 塑料管道工程质量和寿命至关重要, 一方面需要生产企业严格按照国家现行标准组织生产, 另一方面设计人员、施工人员应根据工程情况、施工条件, 合理设计、施工, 确保质量。