晉北地區(qū)PE塑料管道淺埋試驗研究6中國農村水利啦電農田水利與小水電1998年第2期35/,晉北地區(qū)PE塑料管道淺埋試驗研究郭新禧一山西省水利廳農水處2刀摘要通過試驗得出了一套適夸晉北高寒地區(qū)的PE塑料灌溉昔遣淺理的設計,施工及管理方法方法簡單,經濟實用,某些方面有創(chuàng)新,有較太的推廣使用價值和較好的社喜經濟效益關鍵詞主奎且皇鹽蘭絲藹鹼管道取代明渠輸水灌溉,具有節(jié)水,節(jié)地,灌溉速度快,維修任務小,工程壽命長等優(yōu)點但是,晉北高寒地區(qū)地下凍深大可達1418M為了防止管道凍裂或影響管道的力學性能,常把灌溉管道埋在凍層以下,埋深達1619M,造成管溝開挖特別困難,管道后期維修也十分不便盡管管道輸水灌溉有較大的優(yōu)越性,但由于管道深埋問題,致使群眾仍習慣采用防滲渠道輸水灌溉為了解決這一問題在調查研究的基礎上,根據山西省管灌管材一般為PE塑料管和冬季不澆地等特征1996年開展了“高寒地區(qū)PE塑料灌溉管道淺埋試驗“的研究以生產試驗為主,對PE塑料管材的抗凍性能進行研究通過試驗研究,探索出適合山西省高寒地區(qū)的淺埋PE塑料灌溉管道的一整套新方法,試驗時間為1996年6月1997年6月試驗地點在陽高縣羅文皂井片現(xiàn)簡要介紹有關試驗情況和結果L試驗區(qū)的自然條件試驗區(qū)屬于大陸性氣候,少雨多風,冬季長而寒冷多年平均降水量423MM蒸發(fā)量1924MM,氣溫71無霜期120天左右,封凍期200天,最大凍深143M1977年試驗區(qū)土質為砂壤土,屬微堿性土,滲透系數(shù)2510CM/S地下水埋深145ILL2PE塑料灌溉管道淺埋工程設計21設計原則管道淺埋冬季空管越冬埋深要確保不受機械作業(yè)影響滿足試驗要求,設有觀測各種試驗數(shù)據的建筑物22I程情況試驗工程面積233HM,其中半固定噴灌133HM,管灌10HM地面縱坡15,工作管埋深07M,對比試驗管理深17M半固定式系統(tǒng)設一條輸水管,埋深07M3施工方法施工試水與冬澆合二為一用水準儀進行管線測量,控制管阿埋深及管道縱坡管道安裝完畢后進行加壓試水,檢修,達設計要求后,再排水填土埋管在07ILL深的土層內埋入溫度計,并留觀測孔在伸縮節(jié)及管道承插口處,留兩處管道溫差線收縮觀測點在管灌區(qū)兩支管之間,埋對比試驗管道,在07M深的充水管道承插口處留觀測口施工完成后,必須保證排水暢通,管內無積水4冰凍期觀測從1996年11月15日至1997年5月15日,對凍深,地溫,07M充水管的受凍情況,管道承插口及伸縮節(jié)處管道的溫差線收縮情況進行了觀測41氣溫觀測期間,最低氣溫出現(xiàn)在1997年1月5日,為一235,比歷史最低氣溫一365C高13C,氣溫偏高42地溫071TI深處的地溫,最低出現(xiàn)在1997年1月5日,為一15,從12月5日到3月5日為負溫期,3月15日地溫恢復為1071TI深處的結冰過程基本和地溫一致充水管沒有發(fā)現(xiàn)凍裂地溫變化及結冰過程見附表附衰07M地溫變化及結誅過程36晉北地區(qū)PE塑料管道淺埋試驗研究郭新禧43凍深采用挖坑觀測,2月6日凍土深101M,3月6日凍土深086M44溫差線收縮觀測觀測期內,沒有發(fā)現(xiàn)線收縮現(xiàn)象45凍裂觀測埋深07M的PE塑料充水管道,沒有凍裂發(fā)生于1997年5月L5日將所有的對比試驗管刨出,并作標記刨出時,充水管仍然充滿水,無凍裂現(xiàn)象受凍管07M與非受凍管17M在外表上沒有區(qū)別5物理力學性能對比檢測6月20日將充水管的深埋17M2根與淺埋O7M2根,空管的深埋2根與淺埋2根,共8根,每根054M長,在北京大興縣塑料廠管材車間進行液壓抗內壓測試,結果顯示,受凍與非受凍的充水管及空管的各種測試壓力沒有差別6月10日將充水管的深埋17M2根與淺埋O7M2根,空管的深埋2根與淺埋2根,共8根,每根LM長,在大同市塑料一廠進行落錘檢測,主要是測試管子的瞬間抗打擊力及剛度情況檢測結果充水管的強度略強于空管,淺埋與深埋沒有區(qū)別,被測試管沒有出現(xiàn)破裂等現(xiàn)象,均屬正常范圍6PE塑料灌溉管道淺埋試驗成果從工程設計技術方面來看,在管道的最低點應設排水閥,最高點應設進氣孔適當?shù)那闆r下可以用出水口代替,管道向排水閥方向傾斜,坡降不小于L排水閥安裝在滲水井中,排水閥的排水量不宜過小,管道接口無需安裝伸縮節(jié)冬澆及春澆結束后,要及時排空管道內的存水PE塑料管在地下凍層內越冬,在力學性質上與非受凍管沒有區(qū)別若因某種原因管內局部存水,凍脹后,也不影響管道的力學性質,只是暫時形成栓塞,解凍后即恢復正常7PE塑料灌溉管道淺埋試驗技術分析71環(huán)境溫度試驗期間,氣溫比往年偏高,但凍土深仍達到11M,埋深07M的PE塑管處在凍土范圍之內試驗管受凍達100多天,溫度在試驗條件要求之內72線收縮變形按照理論計算,長10IT/的PE管材線收縮量溫差25時為472CM但實際觀測沒有發(fā)生管材的收縮變形我們認為,理論計算值是在沒有外力作用下得出的實際上,管道在圍土的包裹下,凍結后的摩擦力很大,摩擦力與管子的線變形力方向相反,管道沒有產生線收縮,是因為摩擦力大于等于線收縮力所致但其溫差變形應力是存在的,據已有資料,溫差為25時PE塑料管材的溫差應力與管材的實際抗拉強度比值為L562,抗拉強度遠遠大于溫差應力,說明PE塑料管道在凍層內空管越冬是安全的73充水珠融變丹PE塑料管道充水結冰越冬,經凍融實測,其力學性質與空管越冬沒有明顯區(qū)別74空管越冬抗截面變形強度PE管材工作溫度為5O一40據室內試驗資料,一L0條件下,4O次凍融試驗表明,PE管材在凍層內越冬,3O年之內抗內水壓力值不會降低75凍融剛度我們所做的檢測,淺埋與深埋,凍融剛度沒有明顯醫(yī)別凍融次數(shù)對扁平剛度影響甚微8社會經濟效益對比分析81淺埋與深埋的對比效益按淺埋07M,深埋17M,初步估算淺埋比深埋共節(jié)省投資4725元/HM82晉北高寒地區(qū)淺埋管灌與其他地區(qū)管灌的投資舛比高寒地區(qū)的淺埋管增加了水準測量,滲水井及排水閥按當?shù)貎r格,水準測量45元/HM,一個排水井及排水閥成本68元,可控制6,67HM土地,每公頃增加投資15元所以,投資增加是很小的83社會經濟效益山西省晉北的大同及朔州兩市,以及呂梁忻州的部分縣,凍深都較大,PE塑料灌溉管道淺埋技術必然給這些地區(qū)大力發(fā)展管道節(jié)水灌溉注入活力1996年大同朔州兩市井灌面積113O萬HM,而噴滴管灌面積只達到210萬HM,至少還有867萬HM井灌區(qū)有待提高節(jié)水標準,首先是發(fā)展管灌淺埋灌溉管道比深埋灌溉管道,按每公頃節(jié)省4725元計,867萬HM地可節(jié)約投資4095萬元管灌比渠灌可節(jié)水5850萬M