塑料检查井的开发
塑料检查井的开发
摘要：排水用塑料检查井是用于连接排雨水或排污水装置，改变雨水或污水流向的配件。是排水系统中的重要组成部分。当排水系统不畅时，地表和地下水将被污染，甚至会污染干净的水源，目前国内大部分的检查井为砖砌井，其中塑料管与砖砌井的连接处防渗非常困难，粘土实心砖检查井周围是发生渗漏的重灾区。应用塑料检查井可以很好的解决这一问题，但在前期开发设计中也必须将其使用环境考虑的面面俱到。
关键词：塑料检查井；人孔井；井筒；井座；应力；载荷
Abstract:. Plastic drainage manhole is a device used to connect line rain water or sewage water, changing the flow of storm water or sewage accessories. Are important components of the drainage system. When the poor drainage system, and surface and groundwater will be contaminated, even contaminate clean water sources, the current domestic inspection Chamber mostly brick, plastic pipes and seepage connection of brick well very difficult, clay solid brick manhole is leaking around the worst-hit areas. Application of plastic inspection Chambers can solve the problem, but early in development and design environment for their use must also be taken into account in every aspect.
Keywords: plastic inspection Chambers ； manhole Chambers; shaft;; stress; load
1.塑料检查井的介绍
传统的粘土实心砖检查井，占用土地资源，不符合国家土地和环保政策；随着国家“四节一环保”的政策的出台，在各建设部、建设厅、建设局等政策执行和推动下，塑料检查井市场经过导入阶段，开始进入发展期，国内塑料检查井需求量不断增加，促使塑料检查井技术开发不断提高与创新，以生产出高质量产品从而满足市场需求。在此种情况下本公司想插入检查井行业并占据销售市场，必须又快又准的确定好开发方案，加快推入市场的时间。
1.1塑料检查井的主要功能
塑料检查井分为建筑小区井和市政井两类，也可以按照检查井和人孔井两类进行划分，主要用于小区、人行道或车辆交通区域，部分产品也用于建筑物旁，采用的材料主要为聚乙烯（PE)、未增塑聚氯乙烯（ PVC-U) 、聚丙烯（PP)、矿物改性聚丙烯（ PP-MD) 以及玻璃钢等。塑料人孔井和检查井的功能如下：
①提供井与管道之间的连接，并可改变水流方向；
②在较低运行费用下得到管道最佳流动特性；
③可以供人员或设备进入排水系统进行清洁和检查；
1.2 国内外塑料检查的发展现状
发达国家如美国、日本、英国、荷兰、德国等，从上世纪80年代就开始研究应用塑料检查井。目前日本新建小区管网使用塑料检查井的比例接近90%。国际上最具代表性的是荷兰wavin公司的注塑检查井，据了解，国内第一只注塑检查井2003 年12月诞生于江苏河马公司。近年来，塑料检查井在国内发展很快，已经形成了江苏常州市河马塑胶有限公司、浙江双环塑胶阀门有限公司、云南普尔顿集团有限公司、四川成都美沃实机电科技有限公司、杭州锦程实业有限公司等近二十余家企业。
目前，我国建筑小区和市政用塑料检查井都有生产，主要以PP. PE 和PVC材料为主，个别企业采用玻璃钢。井座及其配件生产工艺以注塑为主，也可以采用旋转成型工艺生产，还有的企业采用拼装或机械连接的方法进行生产。各厂家井筒基本上采用目前比较成熟的实壁或结构壁管段，并采用焊接或橡胶圈密封连接。
2.塑料检查井的设计要求
检查井的设计，一定要基于基本的使用条件。填埋层沉降应在一定限度内，若沉降超过10%需要特殊设计，为了保证整个井周边的土壤稳定性，回填材料应该延伸到检查井外围周边1m范围。检查井应放置在I级材料，普氏密度至少为95%，厚度为30. 5mm 的土层上，或者放在水泥垫层上。垫层下面的土层应有足够的抗剪切能力，抵抗周围土壤的下拽负荷。
检查井井筒需要考虑的性能包括：环向形变、环向和轴向应力（应变）、以及环和轴向的压曲失稳等。作用在井筒的径向载荷产生环向形变和环向弯曲应力。作用在井筒各点的径向载荷沿长度方向变化，井筒埋地越深，其承受的径向载荷也较大。除径向应力之外，还要考虑作用于井壁的轴向应力所产生的下拽力。检查井与周围的回填土具有动摩擦力，当回填土随时间逐步发生沉降时对检查井产生下拽力，也就是检查井和回填土之间由于摩擦力产生的轴向载荷，此外，检查井还必须考虑由于拉拽力产生的轴向压应力以及轴向压曲作用。下面分别介绍检查井的径向压力和下拽力的计算方法。
2.1 作用于井筒的径向压力计算
沿着井筒长度方向的径向压力，可以采用有限元或其他方法进行计算。但是由于井筒周围土壤密度是不均匀的．因此其土壤的径向压力计算需要进一步修正．修正后土壤对井筒径向设计压力的计算如公式1.由公式1可见，径向压力与埋深有关，越深则受到的径向压力越大。
PR=1.21KaγH （1）
PR＝所计算的径向压力（kPa)
KA＝主动土压力系数
γ＝土壤重力密度（KN/m³）
H＝埋深（m）
地下水对径向压力有较大的形响，设计时必须给予考虑。地下水的出现，在并筒外围形成静液压，同时在检查井底部产生浮力。这时，作用在井简上的径向压力，应该加上地下水的压力，同时减去由于浮力使土壤产生的径向压力的减小的部分。
如果地下水到达地表面但不高出地面，则土壤处于饱和状态，检查井周围回填材料在完全饱和状态下的径向压力可以由公式2计算。
PR´=γWH+1.21KA(γS-γW) （2）
PR´=径向压力（Kpa）
KA＝主动土压力系数
H＝埋深（m）
γW＝水的重力密度（KN/m³）
γS＝土壤重力密度（KN/m³）
如果地下水位在地表之下，但在检查井流道之上，土壤处于部分饱和状态，这时径向压力由地下水位上方土壤以及公式2给出的地下水和饱和土壤的径向压力相结合进行计算。这时，公式2中的H应减去地表到水面的距离。
2.2 作用于井筒的最大下拽力计算
要计算检查井的最大下拽力，先计算其轴向剪切应力。检查井周边土壤沉降在井筒和回填土之间产生轴向剪切应力，并沿着井筒外壁对井筒产生拉拽作用，并持续到回填土稳定之后，下沉土壤对井筒的下拽剪切力就开始产生，直到该剪切力与土壤和井筒之间的摩擦力相等为止。
下拽负荷可运用公式3进行计算。
TA=μ[PR1+PR1]/2（3）
TA =平均剪切（摩擦）应力（Kpa）
PR1=井顶部土壤的径向应力（Kpa）
PR2=井底部土壤的径向应力（Kpa）
μ=井与土壤之间的摩擦系数
土壤下拽力在检查井壁上产生轴向负载，且随着检查井埋深而增加。作用在检查井的总的轴向力可以通过检查井和土壤之间各点的摩擦力积分进行计算。
PD=TAπ（D0/12）H （4）
PD=最大下拽力（KN）
D0＝检查井外径（m）
TA =平均剪切（摩擦）应力（Kpa）
H＝埋深（m）
2.3塑料检查井的设计程序
典型的检查井包括井筒、井座、锥体、井筒接头。每部分要求不同，需要分别进行设计。井筒需要抵抗地下水的压力、土壤的径向压力、以及由于周围土壤沉降产生的剪切力、同时还要承受静载和动载。井座底部主要需抵抗地下水的压力。顶部必然传递动载到井筒。对于承受车辆载荷的检查井，必须做承压圈。检查井井筒、井底和锥体等可以用有限元分析、经验测试及其他方法进行设计计算。
目前检查井暂无国家标准，只有行业标准，欧洲BS EN13598-2:2009 标准涉及到检查井的l000h持持久性外推试验。该标准要求的测试项目比较贴近检查井的使用环境。我国各地的气候和地质条件相差较大，对检查井的性能要求以及铺设条件也不一样。例如在北部寒冷地区，对产品的抗低温冲击性能和抗跌落性能要求就非常重要，设计时还要考虑冻土层的影响，行抗拔计算等；我国南方地区在设计时应该更多地考虑地下水的影响，安装时还要考虑采取抗浮措施等。
采用注塑和旋转成型等都是塑料检查井成熟的加工工艺。注塑成型具有产品密实度好、生产效率高、节省原材料、尺寸稳定等优点，但设备和模具的投资较大、投产速度较慢，比较适合小型和中型以下的检查井的生产；采用旋转成型加工方法，具有模具设计和加工较为简单、投产快等优点，比较适合大型的检查井的生产，缺点是产品生产效率较低。因此，塑料检查井的开发要结合公司的技术特长和面对的市场，选择合适的技术路线。
3.结论
建设部早在“十一五技术公告”中就明确要求推广塑料检查井。北京、上海、河北、四川、重庆、山西、江西等省市的建设厅己经下文明确规定在市政和住宅小区工程中禁止使用砖砌井。从国家节能减排的政策导向以及从市场需求的角度看，该产品有较大的发展空间。但由于产品和模具很大，开发难度和成本高，且模具较大模具套数上千套，场地及设备投入都很大，因此塑料检查井开发前期的方案评审工作至关重要。
参考文献：
[1] 建筑小区塑料排水检查井应用技术规程 CECS 227:2007
[2] 在交通区的和深埋的人孔井和检查井规范BS EN 13598-2:2009