摘要:為了探究在高低溫冷熱循環作用下東北季節性凍土區水利工程襯塑鋼管的耐久性，文章依據現有規范設計了高低溫循環試驗的溫度區間為-20-50℃，然后對經歷了不同高低溫冷熱循環次數后的襯塑鋼管的結合強度、壓扁強度分別采用自主設計的結合強度試驗裝置與PWS-E200電液伺服動靜萬能試驗機檢測，通過對比分析循環次數與壓扁強度、結合強度的變化關系，探討了襯塑鋼管在水利工程中的適用性。

　　研究表明:隨著高低溫冷熱循環次數的增加襯塑鋼管的壓扁強度、結合強度均呈現出不斷降低的變化規律，且結合強度的降低幅度更加顯著;為進一步提高襯塑鋼管的耐久性與適用性，分別從埋置深度、使用環境兩個方面提出了有針對性的決策建議，可為東北地區水利工程實踐提供一定的參考依據。

　　關鍵詞:水利工程;襯塑鋼管;耐久性;季節性凍土;東北地區

　　0引言

　　季節性凍土區的土層凍結深度往往較大且具有春季融化冬季凍結的變化特征，水利工程給排水系統管道對這種特殊的環境變化具有較高敏感性，因此為滿足工程需要鋼管通常具有較高的耐冷熱性能。近年來，在東北季節性凍土區具有較高運輸效率和良好耐腐蝕性能的襯塑鋼管得到了廣泛的應用[1]。

　　工程實踐表明，襯砌鋼管外部的鋼管層與內部的聚乙烯PE在長期施工過程中會發生脫離現象，從而使得給排水管道破壞。目前，對于襯塑鋼管依據《鋼塑復合管》(GB/T28897-2012)標準檢測僅僅能夠判斷出其出廠質量狀況，而在季節性凍土區尚未形成一套系統、完整的耐久性評判方法[2]。

　　鑒于此，文章以東北地區某水利工程為例，通過設計在季節性凍土區襯塑鋼管的高低溫冷熱循環試驗評價分析了壓扁強度、結合強度的演化規律，以期為東北地區給排水系統管道設計及材質選擇提供一定決策依據。

　　1高低冷熱循環試驗分析

　　根據水利工程實際情況和近5a東北地區出現的極端低溫、高溫狀況，依據現有規范設計高低溫循環試驗的溫度區間為-20-50℃，在經過不同次數的高低溫冷熱循環后對襯塑鋼管的結合強度、壓扁強度變化規律進行探討分析，為進一步提高襯塑鋼管的耐久性與適用性，分別從埋置深度、使用環境兩個方面提出了有針對性的決策建議[3]。

　　1.1試件設計

　　在水利工程中DN50型襯塑鋼管的應用較為廣泛，所以文章選擇該型號鋼管作為試驗試件。然后對試件尺寸按照壓扁試驗檢測方法、鋼塑復合管等標準規范設計，試驗試件材料信息及其參數。

　　1.2試驗裝置

　　結合強度與壓扁強度試驗分別采用自主設計的結合強度試驗裝置與PWS-E200電液伺服動靜萬能試驗機，鋼管外觀變形采用肉眼觀測，而高低溫冷熱循環試驗采用恒溫水浴鍋與混凝土快速凍融裝置。

　　1.3試驗方法

　　1)高低溫冷熱循環試驗。首先在水中浸泡DN50型襯塑鋼管，其長度為200mm;高溫試驗時間為12h，溫度為50℃，試驗裝置為恒溫水浴鍋;高溫試驗結束后取出試件并置于常溫中自然降溫2h，然后放入混凝土快速凍融裝置，溫度設定為-20℃、試件為12h;低溫試驗結束后取出試件并置于常溫中2h。完成上述高低溫試驗即為1個冷熱循環周期，試樣編號E12、E9、E6、E3、R0分別與12、9、6、3、0次冷熱循環相對應。

　　2)結合強度試驗。將強度試件選擇為經過不同次數冷熱循環試驗的試件，每個試件分別選擇3段20mm長的管段，并將結合強度試樣標記為1#、2#、3#。在室內常溫下利用加載模具逐漸施壓于試件，壓力加載速率設定為1.2kN/min，加載試驗裝置及其模具形式。

　　2結果分析

　　2.1強度試驗結果

　　試件的結合強度受高低溫冷熱循環試件的影響結果。隨著循環次數的不斷增大試件的結合強度呈現出不斷的下降趨勢，相對于E0試件E9、E12的結合強度平均值降低了約25%、40%，并且低于設計標準1.0MPa的要求。

　　研究表明，在溫差為70℃的東北季節性凍土區的極端環境中該塑性鋼管結合強度明顯下降的冷熱循環至少要經歷9次。在實際環境中，東北地區的極端氣溫平均為多年一遇，因此利用該塑性鋼管作為給排水系統管道具有較強的安全性與可靠性，從長遠的角度分析為增大鋼管的使用壽命，可采取適當的保溫防凍措施。

　　2.2壓扁強度試驗結果

　　對試件壓扁強度受冷熱循環試驗的影響進行計算，根據鋼塑復合管標準要求設定管徑壓縮量為1/4。可以看出，E0試件經壓扁試驗后未出現肉眼觀測到的內塑層與鋼管層分離的現象。相對于R0試件平均壓扁強度經過9次循環試驗后的E9試件降低了約7%。

　　在試驗機壓力作用下原本未發生分離的高低溫循環后的試件出現塑層分離時的強度值，經過12次循環后的E12試件在壓力作用下出現肉眼能夠觀察到的分離現象，且試件發生破壞無法測試其壓扁強度。通過對比分析表2、3值發現，襯塑鋼管壓扁強度受高低溫冷熱循環的影響程度相對較弱，而結合強度的影響較為顯著。

　　結合強度在經過第9個冷熱循環后基本趨于標準設計值的1.00MPa，在同等條件下的壓扁試件剛剛出現分離現象。由此表明，襯塑鋼管的結合強度與壓扁強度在一定程度上存在關聯作用，在內外層結合緊密度相對較低時，鋼管內外層不僅在徑向上承載上部壓力而發生內外分離，而且在長度方向上會出現滑移錯動現象。

　　2.3適用性分析

　　通過分析可知，隨著襯塑鋼管本身的內外層黏結性能的增強其抵抗冷熱循環破壞的能力逐漸增大，且鋼管材質的質量逐漸提升。由于該管材一般應用于水利工程給排水管道，在溫度<冰點時管道會受到內部結冰的擠壓作用。為提高管材的適用性與安全性，在極端低溫氣候使用過程中為維持管道溫度宜采用電伴熱保溫措施。

　　在埋地后襯塑鋼管承受上覆土壓力的能力可根據壓扁試驗反映，通常情況下水利工程管道埋置換填土為黏土、粉質黏土、粉土及砂土，本研究對管道頂部在4種不同土質下所承受的豎向壓力利用理論計算的方法確定。根據土體與管道的相對剛度在給排水管道結構設計標準的劃分方法，周圍土地的變形模量遠遠低于鋼管的彈性模量，因此管道可按照鋼性計算[4]。

　　3結論

　　文章以東北地區某水利工程為例，通過設計在季節性凍土區襯塑鋼管的高低溫冷熱循環試驗評價分析了壓扁強度、結合強度的演化規律，得出的主要結論如下:

　　1)文章對襯塑鋼管在季節性凍土區的耐久性設計了一種新的抗溫變性能的檢驗方法，隨著循環次數的不斷增大試件的結合強度呈現出不斷的下降趨勢，利用該塑性鋼管作為給排水系統管道具有較強的安全性與可靠性，從長遠的角度分析為增大鋼管的使用壽命，可采取適當的保溫防凍措施。

　　2)塑鋼管的結合強度與壓扁強度在一定程度上存在關聯作用，在內外層結合緊密度相對較低時，鋼管內外層不僅在徑向上承載上部壓力而發生內外分離，而且在長度方向上會出現滑移錯動現象。

　　3)襯塑鋼管內外層在1.8m換填土埋置深時均不會出現分離現象，從而保證了管道的正常運行與安全狀態。在工程實踐中應選擇經濟合理的埋置深度與土質條件，由此降低施工成本和減少管道頂部壓力。

　　參考文獻:

　　[1]諸葛睿.明鋼管支座的橫向推力[J].云南水力發電，2007，23(03):33-34，72.

　　[2]周敏.加鋼管旋噴樁在大口徑輸水管線基坑支護中的應用[J].水利規劃與設計，2016(07):101-102，11.

　　[3]徐海洋，伍鶴皋，石長征.日照溫差影響下明鋼管支座受力特性研究[J].水力發電，2010，36(12):27-30

　　水利方向評職知識：水利工程管理的現代化與精細化路徑

　　摘要：隨著社會經濟的發展，我國水利工程建設受到國家有關部門的高度重視，水利工程作為我國民生建設中的重要組成部分，是我國實現現代化發展，推動社會經濟建設的重點工程。而當前我國水利工程的管理方式還較為傳統，無法適應社會經濟發展需求。因此，水利工程管理的現代化與精細化建設成為水利工程管理的重要目標。