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卡箍式鑄鐵排水管在建筑中的應(yīng)用

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2013-10-05

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：根據(jù)收集到的大量資料

，對新型排水管材--卡箍式鑄鐵排水管的基本情況作了介紹

，并對設(shè)計(jì)采用這種管材的過程中遇到的一些問題提出了自己的看法

。
    關(guān)鍵詞：卡箍式鑄鐵排水管壓力試驗(yàn)
    0引言
    卡箍式鑄鐵排水管是一種新型的建筑用排水管材

，60年代開始進(jìn)入國際市場

，經(jīng)過幾十年的推廣和應(yīng)用

，這種管材已得到國際上的普遍認(rèn)可。根據(jù)美國鑄鐵排水管協(xié)會(CISPI)的統(tǒng)計(jì)資料

，在過去的幾十年中

，僅北美地區(qū)就有近7.5億個不銹鋼卡箍被用于排水系統(tǒng)中。亞洲的一些國家如日本

、新加坡

、馬來西亞及香港地區(qū)的許多工程也都采用了這類管材，其中新加坡還頒布了這方面的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

。據(jù)了解

，世界上目前最高的建筑物馬來西亞吉隆坡城市發(fā)展中心雙塔樓(451.9m)，香港的中環(huán)廣場(374m)

，上海金茂大廈(88層)等標(biāo)志性建筑均采用了這種產(chǎn)品

。我國的一些企業(yè)是從1989年開始根據(jù)國際市場的要求，研制和生產(chǎn)這種管材的

，1992年開始出口供國際市場

。雖然，這種管材與傳統(tǒng)的承插式鑄鐵排水管道相比有許多優(yōu)點(diǎn)

，是一種更新?lián)Q代產(chǎn)品

，但由于這種管材及配件價格相對較貴，所以在國內(nèi)一直未能得到普及推廣

，直到1994年上海

、廣州等地的一些建筑才開始陸續(xù)采用這種管材。隨著國內(nèi)整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高

，尤其是國家《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ15-88)1997年局部修訂條文中增加了第3.3.20A條內(nèi)容后

，這種管材才開始受到人們的重視。遺憾的是

，至今我國還未對這種管材制定出統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，大多按照國外標(biāo)準(zhǔn)和訂貨商的要求生產(chǎn)

，加上國內(nèi)缺乏采用這種管材方面的經(jīng)驗(yàn)

，這就為設(shè)計(jì)及施工人員設(shè)計(jì)及安裝這種管道帶來了一定困難。我院最近在設(shè)計(jì)一些超高層建筑如健力寶大廈(38層)

、廣州信德文化廣場幅樓(36層)，就遇到了類似的問題

。以下本人就設(shè)計(jì)選用這種管材的過程中

，了解到的一些情況向讀者介紹，并就遇到的一些問題提出個人的看法以供大家參考

。
    1組成
    卡箍式離心鑄鐵排水管由無承口離心鑄鐵管

、無承口管道配件、卡箍及橡膠密封圈4大部件組成。
    1.1無承口離心鑄鐵管
    通常采用水平旋轉(zhuǎn)離心式鑄造工藝制造

。為灰鑄鐵

，管壁厚度均勻，管材材質(zhì)密實(shí)

，外壁美觀

，重量較傳統(tǒng)的承插式鑄鐵管輕，無滲漏

。管道的內(nèi)外壁

，普通管一般采用瀝青漆保護(hù)，高檔的采用環(huán)氧樹脂漆保護(hù)

，當(dāng)對耐酸堿要求較高時也可采用搪瓷內(nèi)襯保護(hù)

。管道的管徑壁厚根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)而不同，表 1及表2分別為ISO6594標(biāo)準(zhǔn)和美國CISPI301-90標(biāo)準(zhǔn)中對箍式鑄鐵排水管徑

、壁厚的規(guī)定

。

與國際標(biāo)準(zhǔn)不同，美國標(biāo)準(zhǔn)采用英制(表2中單位為英寸)

，且管道又分為端頭帶突緣的管和不帶突緣的管兩種

，而國際標(biāo)準(zhǔn)只有不帶突緣的管的規(guī)格。
1.2無承口管道配件
采用無箱射壓造型鑄造生產(chǎn)線制造

，管徑尺寸統(tǒng)一

，管壁厚度均勻，外表美觀

，能與離心無承口鑄鐵管配套

。其防腐保護(hù)同管道一樣，但其壁厚較管道略厚

。
    1.3卡箍
    卡箍有很多種構(gòu)造形式

，大多采用螺栓收緊。較為流行的卡箍有按美國CISPI310-90標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的不銹鋼卡箍及瑞典生產(chǎn)的Sum 型卡箍

。按美國標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的卡箍主要由不銹鋼波紋罩

、不銹鋼緊箍帶及橡膠密封圈組成，11／2″～4″的卡箍采用2條緊箍帶

，5″～10″的卡箍采用4條緊箍帶

。每個不銹鋼帶配一個不銹鋼擰緊裝置，Sum型卡箍由一個不銹鋼緊箍片加上收緊螺拴及橡膠密封圈組成

。這種卡箍又分為通用型及加強(qiáng)型(IGH)兩種

，加強(qiáng)型適用200mm～300mm的管道及瞬間水壓達(dá)到4MPa～10MPa的管道。
    1.4橡膠密封圈
    美國標(biāo)準(zhǔn)的密封圈采用聚氯丁橡膠制造而成

，這種橡膠耐磨

，耐油脂，耐化學(xué)物品，耐日曬

，耐臭氧

，耐熱，耐冷

，且抗老化

。據(jù)資料介紹由杜邦(DUPONT)研究所研制出的聚氯丁橡膠產(chǎn)品已成功地使用了幾十年。我國一些廠家生產(chǎn)的橡膠圈有的采用聚氯丁橡膠

，也有的按國家標(biāo)準(zhǔn) GB9876-88生產(chǎn)

，或采用其它品種的橡膠。
    2與其它排水管材的比較
    2.1與傳統(tǒng)的承插式鑄鐵管比較
    2.1.1重量較輕
    卡箍式鑄鐵排水管均采用離心鑄造

，壁厚均勻

，重量較輕；而傳統(tǒng)的承插鑄鐵排水管國內(nèi)大多采用連續(xù)鑄造及砂模鑄造生產(chǎn)

，壁厚往往不夠均勻

，重量較重。以DN100口徑為例

，兩種管材壁厚及重量的比較如表3

。
    表3兩種管材壁厚及重量比較

    2.1.2抗震性能好
    國家《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ15-88)1997年局部修訂條文中增加的第3.3.20A條，對高層及超高層建筑中鑄鐵排水管材提出了抗震方面的要求

。規(guī)范這樣規(guī)定是合理的

，根據(jù)日本的一些資料介紹，傳統(tǒng)承插式鑄鐵排水管為鋼性聯(lián)接

，在建筑的層間位移達(dá)到10mm左右時就會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象

；在高層及超高層建筑中由于地震或風(fēng)壓所引起的層間位移往往可達(dá)20mm～40mm?div id="d48novz" class="flower left">

？ü渴借T鐵排水管為柔性接口

，兩管間的軸向偏心角可達(dá) 5°，完全能夠滿足抗震的要求

。
2.1.3安裝

、更換管道方便
卡箍式鑄鐵排水管由于重量較輕，且采用卡箍接頭為“活接頭”

，管與管之間

、管與配件之間無套疊，無論安裝及拆卸

、更換管道都要比傳統(tǒng)承插鑄鐵排水管道方便

。人工費(fèi)自然也就低。
2.1.2抗震性能好
國家《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ15-88)1997年局部修訂條文中增加的第3.3.20A條

，對高層及超高層建筑中鑄鐵排水管材提出了抗震方面的要求。規(guī)范這樣規(guī)定是合理的，根據(jù)日本的一些資料介紹

，傳統(tǒng)承插式鑄鐵排水管為鋼性聯(lián)接

，在建筑的層間位移達(dá)到10mm左右時就會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；在高層及超高層建筑中由于地震或風(fēng)壓所引起的層間位移往往可達(dá)20mm～40mm

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？ü渴借T鐵排水管為柔性接口，兩管間的軸向偏心角可達(dá) 5°

，完全能夠滿足抗震的要求

。
2.1.3安裝、更換管道方便
卡箍式鑄鐵排水管由于重量較輕

，且采用卡箍接頭為“活接頭”

，管與管之間、管與配件之間無套疊

，無論安裝及拆卸

、更換管道都要比傳統(tǒng)承插鑄鐵排水管道方便。人工費(fèi)自然也就低

。
2.1.4噪音低
由于采用柔性橡膠連接

，可以有效地防止衛(wèi)生器具等產(chǎn)生的噪音通過管道進(jìn)行傳遞。
2.1.5美觀
由以上比較可見卡箍式鑄鐵排水管是傳統(tǒng)鑄鐵排水管的換代產(chǎn)品

，各方面的性能都比傳統(tǒng)承插鑄鐵排水管要好

，應(yīng)該給予推廣。唯一的缺點(diǎn)就是這種管的材料價格較高

，目前階段只適于在超高層建筑

、比較重要的公用建筑、及對抗震有較高要求的建筑物中推廣使用

。
    2.2與UPVC排水管道比較
    2.2.1噪音低
    鑄鐵排水管質(zhì)量較大

，它比質(zhì)量輕的其它管道如UPVC管，ABS管

，銅管

，鍍鋅鋼管更難引起振動，因而對直接通過管壁傳遞的噪音有良好的隔音作用

。另外

，由于采用氯丁橡膠接口，使振動的傳遞也受到削弱

。據(jù)美國一些實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)表明

，卡箍式(或柔性接口承插式)鑄鐵排水管系統(tǒng)，與傳統(tǒng)承插鑄鐵排水管系統(tǒng)

、UPVC排水管系統(tǒng)

、ABS排水管系統(tǒng)等相比是最安靜的排水系統(tǒng)

。
2.2.2防火性能好
UPVC管雖然為難燃自熄型管材，但在明火的作用下

，如超過一定溫度

，仍會引起管道彎曲、變形以至破壞不能使用

，甚至火勢還會沿排水立管

、地漏、清掃口與衛(wèi)生器具的接管而向上蔓延

。雖然《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技術(shù)規(guī)范》(CJJ29-97)第4.1.15條對高層建筑中UPVC管立管及橫支管明裝時

，如何采取防止火災(zāi)貫穿的措施提出了幾點(diǎn)要求，但衛(wèi)生間處的接管如何防止火勢向上蔓延則未有交待

。所以至今一些地方的消防部門仍不贊同在高層建筑尤其是超高層建筑中采用UPVC管

。
2.2.3壽命長
UPVC管的理論壽命約為30～40年，而實(shí)際上是很難達(dá)到的

，目前許多生產(chǎn)廠家為了爭取市場

，降低生產(chǎn)成本，而采用再生塑料或增加添加劑含量的做法

，使得UPVC排水管的壽命大打折扣

。
而卡箍式鑄鐵排水管的壽命則超過建筑物的預(yù)期壽命，雖然氯丁橡膠圈的壽命沒有鑄鐵管壽命長

，但更換橡膠圈比更換整個管道系統(tǒng)還是經(jīng)濟(jì)的

。在國外比較重要的建筑物仍多采用鑄鐵排水管，而普通住宅才采用UPVC排水管

。
2.2.4膨脹

、收縮系數(shù)小
UPVC排水管的缺點(diǎn)之一就是線脹系數(shù)較大，約為鑄鐵管的6～8倍

，所以UPVC排水管安裝時一定要安裝伸縮節(jié)

。伸縮節(jié)安裝在立管上沒有什么問題，但在橫管上安裝就容易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象

，使得管道轉(zhuǎn)換層的懸吊橫管往往要改為采用造價高得多的柔性接口承插式給水UPVC塑料管

。
2.2.5耐磨性、耐高溫性好
UPVC排水塑料管雖然擁有重量輕

，耐腐蝕

，美觀，安裝方便

，造價低等優(yōu)點(diǎn)

，但與鑄鐵排水管尤其是卡箍式鑄鐵排水管相比還是有許多本身難以克服的缺點(diǎn)，筆者認(rèn)為在高層建筑中還是應(yīng)當(dāng)盡量采用鑄鐵排水管

，而在超高層建筑則應(yīng)優(yōu)先采用防火性能好

，壽命長

，噪音低，抗震性能好且膨脹收縮小的柔性接口鑄鐵排水管

。一些地方的政府部門以法規(guī)的形式強(qiáng)制要求一律采用UPVC排水管是不適當(dāng)?shù)摹?nbsp;
2.3與其它有承口柔性接口鑄鐵排水管的比較
帶承口的柔性接口鑄鐵排水管有十多種接口形式

、較具代表性的有承插式及法蘭式兩大類。與這類管道相比卡箍式鑄鐵排水管具有以下優(yōu)點(diǎn)：
2.3.1重量輕
雖然有些帶承口柔性接口鑄鐵排水管也是采用離心鑄造工藝制造

，管壁厚度均勻，但由于為了保證承口處的強(qiáng)度

，不得不將管子的厚度定得比較厚

。兩種管材的壁厚、單位重量比較可參見表3

。
由于單位長度的重量較重

，帶承口的柔性接口排水鑄鐵管的造價就較高。
2.3.2安裝尺寸小

、更換方便
帶承口柔性接口鑄鐵排水管的接口尺寸較大

，尤其是法蘭壓蓋式，無論是在管井內(nèi)安裝還是靠墻安裝都不方便

，當(dāng)衛(wèi)生器具較多時

，短管采用較多，管材浪費(fèi)較大

。另外當(dāng)維修更換管道時要先鋸斷管子再能退出管子

。而卡箍式鑄鐵排水管的安裝尺寸就小的多，廣州信德文化廣場大樓一個 800mm×600mm管井就安裝了5根DN150mm管及兩根DN100mm管

。另外這種管道采用的是平口聯(lián)接

，安裝更換都很方便。
帶承口柔性接口鑄鐵排水管唯一優(yōu)點(diǎn)就是有些接口型式尤其是法蘭壓蓋式的接口處的抗拔出性能較好

，因而承壓能力一般較卡箍式鑄鐵排水管要高一些

。
    3產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
    目前筆者所了解到的國際上有關(guān)卡箍式鑄鐵排水管的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個：
    (1)ISO6594標(biāo)準(zhǔn)(國際標(biāo)準(zhǔn))
    CISPI301-90標(biāo)準(zhǔn)(美國鑄鐵污水協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))
    ASTMA888-90標(biāo)準(zhǔn)(美國試驗(yàn)和材料學(xué)會標(biāo)準(zhǔn))
    以上標(biāo)準(zhǔn)涉及到無承口離心鑄鐵管及管件。
    (2)CISPI310-90標(biāo)準(zhǔn)(美國鑄鐵污水協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))
    ASTMA564-88標(biāo)準(zhǔn)(美國試驗(yàn)和材料學(xué)會標(biāo)準(zhǔn))
    以上標(biāo)準(zhǔn)涉及到橡膠密封圈

，不銹鋼卡箍

，及管道的試壓及安裝。
    (3)其它國家的標(biāo)準(zhǔn)還有
    WFA48-720(法國)
    DIN19522(德國)
    2584/81FromstatensPlanwerK(瑞典)
    BritishBoardofAgrement——CertificateN°89/2349(英國)
    SingaporeMoE/SISIP

、I130291ML(新加坡)

。
由于我國目前還未有制定有關(guān)卡箍式鑄鐵排水管的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，這就為設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)選用這種管材帶來了一些麻煩

，不知選何種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品為好

，筆者認(rèn)為無論是選用進(jìn)口產(chǎn)品還是選用國內(nèi)產(chǎn)品都應(yīng)首先考慮選用按國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6594標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的管道及配件，這樣做一來有利于與國際市場接軌

，二來由于國內(nèi)生產(chǎn)的鍍鋅鋼管

，排水鑄鐵管及UPVC管的管徑大多都采用國際標(biāo)準(zhǔn)

，采用同一標(biāo)準(zhǔn)的管徑有利于管道間的聯(lián)接，否則往往由于采用標(biāo)準(zhǔn)不同的管材而會導(dǎo)致在卡箍接頭處引起密封不好而產(chǎn)生漏水的現(xiàn)象

。另外將來制定的國產(chǎn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格也會是按照國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定

。目前國內(nèi)廠家能生產(chǎn)多種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，選用時應(yīng)當(dāng)慎重

。
    4設(shè)計(jì)方面的問題
    4.1橫管的坡度
    ISO6594標(biāo)準(zhǔn)中三通

，四通及彎頭所構(gòu)成的水流轉(zhuǎn)角方向均為88.5°，不論管徑大小都一致

，由此而得到橫管的標(biāo)準(zhǔn)坡度為 tg1．5°＝0．026

，此坡度與UPVC排水管材管件是相同的，亦是國際上通用的

。設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量采用此坡度

。如要加大坡度或要減少坡度可通過管段末端的接口的偏轉(zhuǎn)來達(dá)到。
4.2水力計(jì)算
卡箍式鑄鐵排水管橫管的水力計(jì)算公式仍可采用國際上通行的曼寧公式Q＝A.V＝A／nR2／3.I1／2

。與普通鑄鐵排水管不同的是由于卡箍式鑄鐵排水管是采用離心澆鑄而成

，內(nèi)壁光滑，故其粗糙系數(shù)要比普通鑄鐵排水管小

，國外規(guī)范推薦使用n＝0．012

。對于管內(nèi)加了環(huán)氧樹脂漆等涂層保護(hù)的管道，n值還要小些

，但計(jì)算時也可按n＝0．012計(jì)

。
5安裝
由于卡箍式鑄鐵排水管的接口為柔性聯(lián)接，而吊架的設(shè)置應(yīng)考慮到防止管道下凹

。另外卡箍式接口的抗撥出性能略差

，接口兩端固定和不固定對整個管道系統(tǒng)的耐壓能力有很大影響，應(yīng)當(dāng)在橫管直管段適當(dāng)位置加設(shè)固定支架

，以防管子水平方向的位移

，在彎頭、三通

、四通等配件處要加固定支架或支墩以防管道拔脫

。立管應(yīng)在穿樓板處采用專用的承重短管或采用磨擦夾緊式的固定支架以均分管道的重量，防止接口處滑脫

。
國內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)的管道與卡箍都不是同一個廠家

，應(yīng)選擇同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的產(chǎn)品，否則容易因?yàn)楣艿琅c配件的尺寸對不上而引起接口收不死而漏水的情況

。管道的安裝可以參照廣東省建筑設(shè)計(jì)院何冠欽主編的《卡箍式鑄鐵排水管設(shè)計(jì)

、施工指南》。
6試壓
ISO6594及CISPI301-90標(biāo)準(zhǔn)并未提出試壓的問題

，只有CISPI301—82曾要求管道應(yīng)能承受50Psi(注：lPsi=0.006894MPa)的水壓

，而美國CISPI310-90標(biāo)準(zhǔn)則對管道及卡箍有如下要求：
(1)水壓試驗(yàn)(單口

、一端固定、一端自由)
    直管與管件接口應(yīng)能承受以下的水壓(保持5min)
    1.5″～5″20Psi0．14MPa
    6″18Psi0．13MPa
    8″10Psi0．07MPa
    10″6Psi0．04MPa
    達(dá)到或超過以上壓力又未出現(xiàn)滲漏及拔出的均被認(rèn)為合格

。
(2)水壓曲撓試驗(yàn)
管道水平放置單邊固定單邊自由

，一個接口，管道偏心為每英尺1／2″

，壓力達(dá)到4.3Psi保持5min不滲漏為合格

。需要指出的是以上兩項(xiàng)試驗(yàn)均是在單端自由的條件下進(jìn)行的，當(dāng)兩端固定時實(shí)際承壓能力要提高幾倍

。
6.1污水排水系統(tǒng)
室內(nèi)污水排水系統(tǒng)一般均為非滿流

，所以系統(tǒng)驗(yàn)收時，排出管只要進(jìn)行灌水試驗(yàn)

，立管及橫支管只要進(jìn)行通水試驗(yàn)即可。對于高層及超高層建筑

，有的情況是最低的一個衛(wèi)生器具或地漏至排出管的高差較高

，如發(fā)生管道堵塞，至最低一個器具或地漏發(fā)生污水溢流時管道內(nèi)可能會產(chǎn)生較高的水壓

，以至可能會破壞卡箍式鑄鐵排水管

，為安全起見，這部分管段設(shè)計(jì)時也可以考慮采用耐壓較高的加強(qiáng)型卡箍或柔性接口的排水球墨鑄鐵管

。
6.2雨水排水系統(tǒng)
室內(nèi)雨水管道一般也是按無壓流設(shè)計(jì)