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塑料排水检查井的优势与推广
作者:刘伯元 冯立新 柴苍柏
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检查井俗称“窨井”,一般设在排水管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处,是便于定期检查、清洁和疏通管道的排水附属构筑物。

根据使用功能,检查井可分为雨水井、污水井、水封井及跌水井等。据有关方面统计,我国每年建造20亿平方米面积的建筑,按每个排水检查井服务200m建筑面积计,我国建筑小区每年需要构建约1000万个小区排水用检查井,城镇道路用约150万只市政排水检查井,约100万只雨水排水井。但这些排水检查井都是砖砌,每年消耗粘土实心砖要4145万m,折合107.25亿块标准粘土砖,每年需要消耗18000亩~2000亩良田。而且井体渗漏,砖砌排水检查井与理地塑料管之间不均匀沉降产而产生漏水,污染环境,增加城市污水处理量约148万吨/年,或以每年约150万吨污水渗入地下,污染地下水。同时制砖消耗大量能源,排放CO2 。

我国积极推广应用室外雨污水塑料排水管已有十多年,塑料排水管已成为排水管网中的主流管道,对提高室外排水管道工程质量起到了一定的提升作用。但传统的砖砌检查井与先进的塑料管道相配存在的弊端越来越明显。因此,迫切需要改变现在落后的状况。

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塑料排水检查井的优点

★ 塑料检查井的组成

塑料检查井一般由井室、井筒、盖板、井盖等组成。
井室:连接上下游管道,接入支管并供养护人员在其中操作检修用的底下构筑物。
井筒:井室上部供人员及工具出入井室用的竖向圆形通道。
踏步:工作人员上下井室用的固定在井壁及井筒上的设施。可用铸铁、塑料等材料制作。
井盖:检查井顶部井口的封闭设施,由井盖和井盖座组成。井盖座为固定设施,供上安装井盖;井盖为能开启的封闭井口的设施,可用铸铁、钢筋混凝土、钢纤维混凝土或聚酯类热固性塑料等材料组成。
承压板:井筒顶部用于支撑井盖及地面荷载的钢筋混凝土板。
挡圈:安设于井筒顶部承压板下的挡土设施。

★ 塑料检查井的优点(见表1)

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★ 塑料检查井推广应用的政策导向

● 规范、标准逐步完善

《建筑小区排水用塑料检查井》CJ/T233-2006
《建筑小区塑料排水检查井应用技术规程》 CECS227:2007
《建筑小区塑料排水检查井》08SS523
《市政排水用塑料检查井》CJ/T326-2010
《市政排水塑料检查井应用技术规程》正在编制

● 全国塑料检查井的推广应用情况

目前,四川、重庆、上海和江苏等地的塑料检查井生产厂家已经形成规模,同时也出现了几种不同的生产工艺。根据生产工艺区分及其适应性如下:

○ 采用注塑工艺生产的塑料检查井一次成型,生产效率高,质量好。缺点是模具价较高,同时受原材料的加工性能和注塑机的功率限制,适用于管径800mm以下的塑料检查井的生产。

○ 采用注塑工艺生产的拼装式塑料检查井,可按注塑机功率大小生产高度的组合部件大小。缺点是拼接处的强度和密封性能要求高,螺栓的使用寿命和耐腐蚀性能限制了该井的使用。

○ 采用缠绕和二次成型工艺生产的塑料检查井优点是就地取材,上马快,可以生产不同规格大小的塑料检查井。缺点是速度慢,效率低,质量(特别是焊接质量)受人为因素影响容易出现波动。

○ 采用层结涂覆法工艺二次成型的检查井优点是就地取材上马快,可以生产不同规格的塑料检查井。缺点是速度慢,难以批量生产,加上纯手工方式制作,产品尺寸和性能难以保证。生产中的环境污染和原材料无法回收,限制了它的生产和使用。

○ 采用滚塑工艺生产塑料检查井一次成型,质量好,生产效率较高,由于模具成本低,对一些特殊规格的塑料检查井具有较大优势。该工艺适用于大口径的塑料检查井的生产和应用,最具应用前景。

● 塑料检查井的类型、规格、尺寸

塑料检查井根据井座结构不同可分为直壁式(井筒式)和管件式两种类型。

○ 直壁式(井筒式)

直壁式(井筒式)塑料检查井的井座通常可采用注塑、滚塑、模塑或采用挤出的管件二次加工成型。采用井筒收口的直壁式检查井筒属一种类型。如图1所示。

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○ 管件式

管件式塑料检查井的井座可采用注塑、滚塑和木塑成型,我国最多采用挤出板材通过缠绕二次加工成型。管件式检查井见图2。

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● 塑料检查井的选用

○ 按工艺要求选用

◎ 井座规格尺寸应按设置场所、排水系统性质、管道直径、接入管道的数量、角度等因素确定。
◎ 污水检查井应采用有流槽的井座,流槽的材料应与底板相同的材料。
◎ 雨水检查井部分采用有沉泥室的井座,其位置和间距由设计确定。
◎ 井座与排水管道连接方式可采用承插连接、电热熔带或热收缩套连接、焊接。
◎ 井筒与井座的连接方式同上。
◎ 当井筒直径小于井室时,应选用收口塑料检查井。
◎ 当塑料检查井设置爬梯时,应选用带踏步的塑料检查井。

○ 按强度要求选用

◎ 按埋设深度 CJ/T326-2010规定井深分为3档:

井深 H1≤ 2m,强度等级为≥1,轴向压力≥20KN;
井深2m<H1≤4m,强度等级为≥2 ,轴向压力≥40KN;
井深4m<H1≤6m,强度等级为≥3 ,轴向压力≥60KN。
(轴向压力是结构壁井壁的测试)

◎井筒采用管材为中空双壁缠绕管,环刚度根据设置位置不同如下:

车行道下:≥8KN/m2 ;
人行道、绿化带内埋深较浅:≥4KN/m2

◎车行道下的塑料检查井的井盖座下,应设置钢筋混凝土承压圈,使车辆荷载下不直接作用在塑料检查井上。如图3所示。

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滚塑一次性成型工艺加工的塑料检查井,目前的类别有:直通检查井、90°检查井、135°检查井、三通检查井、四通检查井等类别。

规格:315×200、315×315、450×400、450×315、630×400、700×300、700×400、1000×300、1000×400、1000×500、1000×600、1200×700、1200×800、1200×900、1200×1000、1500×1200及以上的各种规格,也可根据客户的需要进行定制加工。

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● 塑料检查井推广遇到的难题及解决方案

○ 国内典型塑料检查井简介

国内塑料检查井根据应用范围分为建筑小区塑料检查井和市政塑料检查井。典型的小区塑料检查井由井座、井筒、井盖和配件组成。典型的市政塑料检查井由井座、井室、收口、井筒、井盖和配件组成。根据GB 50014规定,污水井流槽顶面到收口之间的最小高度应为1.8m,井室的作用是调整高度以便为后期的养护工作提供操作空间。在施工过程中,管道与井座、井筒与井座均用橡胶圈直接承插柔性连接,简单方便,密封性好,适用一定程度的沉降。

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○ 推广遇到的难题

◎ 支管接入

支管如何接入塑料检查井是实际应用中首先要考虑的问题。传统的砖砌井可以在任何高度接入不同大小、不同角度的管道,而且由于砖砌井口径通常为¢700mm,3根以上支管接入同一口检查井的情况非常常见。总的来说,在传统的砖砌工艺中,设计和施工相对随意。实际施工中接入支管的数量会比图纸上的要多,而接入支管的方向和角度也不同于设计,这给塑料检查井的施工带来了很大的难度。由于是工厂预制生产,在工厂预留的接口到了现场如果遇到管径、壁厚、高度、角度变化就无法接入。如果先预留一个大孔,待接入管插入后再采用填塞预留孔间隙的做法,则很难保证工程质量。

支管接入塑料检查井有两种办法:井筒接入和井座接入。前者是使用专用工具在井筒上开孔,然后用马鞍接头将支管接入。后者是通过调整管径、高度和角度然后从井座上的承口接入。

两者相比,井筒接入法与传统工艺更为接近,也更为灵活,可以从任意角度和任意高度接入,但是当支管延长线与井筒外壁不垂直相交的话,没有球形万向接的话,支管接入就比较困难。如果同一平面接入支管较多(3根以上),或者接入支管口径较大(¢200mm以上),那么开孔就会影响井体的强度。在这样的情况下,井筒多头接是最好的解决方案。由于井筒多头接是一次注塑成型,其强度和精度能得到保证。井座接入法若要临时增加支管数量,则必须要使用汇合接头, 通过并管的方式将增加的支管接入井座。

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◎ 主管与塑料检查井的连接

与支管相比,主管与塑料检查井的连接更为麻烦。支管主要是PVC-U管为主,或铸铁管、镀锌管等,一般支管外径尺寸变化不大。主管则全然不同,中国塑料埋地管的推广应用先于塑料检查井。

目前市场使用比较广泛的塑料埋地管有PVC实壁管、PVC双壁波纹管、PVC加筋管、HDPE双壁波纹管、HDPE中空缠绕管、FRPP加筋管、FRPP模压管、钢带缠绕管等,按尺寸分为内径系列和外径系列。由于管道与检查井是承插连接,外径系列的管道与检查井的连接是比较匹配的。难配套的是内径系列的管道,其外径跨度范围太大。以市场上内径300mm的HDPE双壁波纹管和PVC加筋管为例:HDPE双壁波纹管的外径通常为340~350mm之间,而PVC加筋管的外径通常为320~330mm,外径最大差为30mm,给有效的承插连接带来了很大的难度。解决这个问题的最有效办法是开发更多的模具以适应与各种外径的埋地管道连接。分别有专门与PVC双壁波纹管连接的外径系列井座、与PVC加筋管连接的A型内径系列井座和与HDPE双壁波纹管连接的B型内径系列井座。由此导致井座系列的模具种类繁杂,数量众多,目前仅河马公司已经开发的井座模具就有数百套。

◎ 塑料检查井的管道口径和井筒口径

与国外相比,中国目前20层以上的高层建筑为主的小区更加普遍,而且小区的建筑面积从几十万至上百万平方米。总的来说,国内小区占地面积更大、人口数量更多、人口密度更高。因此在设计管线时,小区内雨污水管道的口径通常要比国外大很多。这样也直接增加了塑料井注塑模具的体积,提高了模具的加工难度。在北方小区内污水管一般小于¢200mm,而在南方则是小于¢250居多,还有部分区域污水管径大于¢315mm。在一些大型的小区,雨水管的最大口径达到¢800mm。因此,塑料检查井虽然应用在建筑小区,但从规格上分,已经算得上市政应用的范围。

常见的建筑小区塑料检查井井筒口径为¢315mm、¢450mm和¢630mm,并不适合下人清通,而是采用专业的机械工具进行清通。

在产品结构设计时,必须考虑机械清通的操作要求。如弹簧钢棒在通过井筒进行清通时,与井座的接通部位是在井筒承口的交汇部位。为了避免工具被卡主而影响疏通效果,应在该部位设置曲率半径不小于10mm的圆弧。

在实际推广中,虽然用户能很好的理解机械清通的原理,但还是无法完全接受机械清通的理念。每条管线长度间隔20~30m,在拐弯处或者汇合处,通常都设置一口能下人进行清通的检查井。目前尚处于塑料检查井推广的早期,这样的使用习惯也无可非议。首先机械清通的工具除了一些大中型城市外,并没有大面积的普及,导致用户对这些工具还不熟悉。其次,国内小区管网里排放的介质比较复杂,在出现无法用工具进行清通的场合,下人清通仍是一个保险的选择。如一般小区厨房的水槽通常没有粉碎装置,污物废水没有进行粉碎直接就排放进入管网,这对于管网的正常运行也是隐患。总的来说,我们可以预见,随着塑料检查井应用范围的扩大,机械清通工具的普及,用户对于塑料检查井井筒口的要求主要还是小型化。

● 塑料检查井的力学性能

○ 井座结构的设计

当塑料检查井埋入地下后,作用于井盖的垂直方向的动态荷载、自身井体的重量以及作用于井筒的土壤下曳力等构成了检查井的垂直荷载。所有的垂直荷载最终传递给了井座,井座是塑料检查井部件中最核心的部分。

○ 垂直受力分析

因模型太大,且模型的主体表面为不规则曲面,同时纵、横和斜三个方向的加强筋交错使分析不能进行,故对模型进行了简化。在不考虑斜筋的基础上,作垂直方向受力分析时,简化掉水平方向的筋;作水平方向受力分析时,简化掉垂直方向的筋。这样的分析结果将使应变稍大于实际情况,而应力基本持平。计算数据:汽车单轮重量为80KN(8吨)。计算应力最大为18MPa。

作者:刘伯元1 冯立新1 柴苍柏1 王自力1
沈浩良1 史春才1 陈国亮1杨卫民2 汪根林3
(1. 无锡市侨诺塑机有限公司滚塑技术中心;2. 北京化工大学;3. 上海交通大学)(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/2/2013)
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