塑料埋地排水管屬于柔性管,在破壞前容許有很大變形量。眾所周知,埋地柔性管承受負載依靠的是管土共同作用。雖然管土共同作用的基本理論(以Spangler公式為代表)在上世紀40年代就已經提出,但是近年國際上仍然在不斷開展試驗研究,并結合實用經驗的總結,逐步在提高對于柔性管的認識。
我國在推廣塑料埋地排水管應用中各方面提出了許多問題,這些重要的問題涉及有關塑料性能和土力學等多方面的專業知識,較容易產生誤解。本文將根據國內外的試驗資料和研究成果對這一問題作一些解答和分析。
一些設計方和用戶方的人士很擔心塑料埋地排水管鋪設后會長期不斷增大變形。他們的擔心是很容易理解的,因為從實踐中可以看到確實有些塑料埋地排水管在鋪設后變形有增加,而且工程界的人士大都知道塑料在受到恒定負載時應變可能不斷增加(即所謂蠕變現象)。所以有些用戶不敢應用塑料埋地排水管就是擔心鋪設后會長期不斷增大變形,擔心長期不斷增大變形會使連接密封被破壞和排水功能受影響,尤其是擔心會造成管道上方地面的沉降和路面的損壞。
對于這個問題的解答是:
在塑料埋地排水管鋪設以后就會有一定的變形量(稱為‘鋪設變形’,或稱‘初始變形’),鋪設完成以后,尤其是受到通過車輛的動負載后塑料埋地排水管可能會在一段時間內逐步增加變形。但經過一段時間后,塑料埋地排水管的變形就穩定下來(達到‘最終變形’),以后變化就很小了。穩定下來后即使承受重交通負載也不會引起管材變形量明顯增加。
從鋪設到穩定的時間稱為“穩定時間t-es”。
這個穩定時間可能小到零,也可能較長,一般不超過2年。決定穩定時間的是鋪設的質量,即取決于鋪設后管道周圍土壤沉降的可能量,而與管材的性能(蠕變性能)無關。
歐洲熱塑性塑料管材和管件協會TEPPFA(European Thermoplasticspipe and fittingassociation)和歐洲塑料生產商協會APME(Associationof Plastics Manufacturesn Europe)為了制定埋地塑料管設計和鋪設的歐洲統一標準,組織了一次大規模長時間的試驗研究(1996年到1999年)。這次試驗研究的特點是強調理論研究、實驗室試驗和實地全尺度試驗結合。最后報告的結論來自在不同條件下(不同的原土條件、填埋材料、鋪設質量、管道材料、環剛度)實地全尺度試驗得到的數據。
多年來歐美各國做過不少塑料埋地排水管在鋪設后變形情況的試驗,結論都是一致的:
變形量的增加僅僅發生在初期,土壤沉降階段后變形量就穩定下來,之后即使由于交通承受更重的負載也不會引起管材變形量明顯增加。
例如美國交通運輸與道路實驗室TRRL在1974年發表了一項埋在主干道下的UPVC管材在施工中和施工后情況的實驗研究成果,有關數據表明:最明顯的變形增加發生在鋪設后道路施工前5天用重型平土機(heavyscrapers)碾壓時(大約碾壓過70~100次,部分負載為15t,部分負載為32t);在道路施工完成后,使用能產生38t靜態軸負載的特殊車輛試驗,變形量再無明顯變化。根據這些試驗研究和國外長期實際應用的經驗,可以肯定塑料埋地排水管鋪設后不會長期不斷地增大變形。如果鋪設情況良好(回填壓實良好)鋪設后變形很快就穩定下來不再增加;即使鋪設情況較差,經過一段時間土壤的沉降,變形也會穩定下來不再明顯增加(即使承受重交通負載)。決定柔性管變形的是鋪設的質量,而不是柔性管的材料性能。