给水管道水压试验的分析及应用

提要：对给水管道水压试验中的现象、原因加以理论分析，以便在工程中，根据实际情况，加以利用。
关键词：水压试验 分析及应用

一、前言
给排水施工中给水管道的水压试验是对管道安装及铺设后，进行最后质量鉴定的必要手段，应用广泛。在实际工程中，试压工作往往是管道工要进行的必不可少的关键工序，是保证工程质量的前提。
二、问题的提出
本人在明珠线上海火车站站消火栓系统试压过程中，管道中放满水后，试压泵设在地下室进行加压，加压了近30min，压力表还是不上去，此时管道外端无渗漏现象。最后在顶层排气放水后再试，加压15min后，压力表上去，再继续加压15min后，至试验压力。10min后，压力表无下降，然后，降压至使用压力，管道外端无渗漏现象，试验成功。这种现象，在水压试验中经常会出现。
实际现象总以理论为依据，于是提出这样一些问题：渗水量与降压有什么关系？能不能从降压值估算出渗水量？管内有气对试验有多大影响？怎么能知道管内会有气？对这些问题作定性的回答还比较容易，但要定量，就困难了。本人查阅了有关书籍，结合自己的理论知识和工程实际，作了一些分析，以供探讨和应用。（以承插给水铸铁管为例进行分析）
三、分析及应用
（一）、管内空气基本排净的情况下，渗水量与降压的关系
管道作水压试验时，管内充满水以后，还要继续向管内注水，才能在管内产生水压和达到要求的压力。此时管内的水量比刚刚充满水还没有压力时增多了。增多这些水，是由于两个原因：一是管壁受水压而产生拉应力，环向伸长了，管子的断面积就比原来增大了，管端纵向也伸长了；二是管内的水和部分未排净的空气，在受压下密度增大了，也就是体积比原来无压时缩小了。由于管子被拉伸管内增加的体积，加上水和空气被压缩而减小的体积，就是需要向管内增补的水量。相反，管子要降压时，就必须放出或渗漏掉这些水量。
1、渗水量与降压关系的计算式
要计算水压试验中渗水量与降压的关系，就要分析在水压下管材的变形和管内水的变形。
⑴、 先分析在压强为Ｐ的水压下，由于管壁环向拉应力所产生的管壁周长的变形。设管内径为 Ｄ１，壁厚为Ｔ，其变形可写成下式：
δT＝PD１／2TE
　　由于圆周长度的变形值很小，它反映在圆面积上的变形可写成下式：
δA＝2δT＝PD１／TE
设管内充满水无压时的总体积为Ｗ（Ｌ），水压增为Ｐ（Kgf/cm2）时，由于管壁环向变形而需要向管内增补的水量为：
Δω1＝WPD1／TE (1)
⑵、 分析管道的纵向变形。在水压作用下管子的纵向拉应力约为环向拉引力的1/2。如果管道是完全可以自由伸张的，它的纵向变形量也是可观的。但实际上，试压时，管道大部分都已固定或回土，并不能自由伸张。而最主要的是，管道的纵向变形量取决于试压后背及其支撑的变形量，而与管道长度无关。
根据有关资料和实际经验，水压10Kgf/cm2所产生的这项变形量不过1cm左右。那么水压１Kgf/cm2，一个后背的变形，使管子增加的容积应为（1／10）πD12／4（cm3）＝πD12／40000（L）。试压P（Kgf/cm2）时，管道两端后背变形使管子增加的容积，也就是比管内无压时要向管内增补的水量为（单位以升计）：
Δω2＝2×PπD12／40000=PπD12／20000 （2）
⑶、 分析管内水的变形。在单位压力下，管内水的变形就是它的压缩系数β。在P（Kgf/cm2）压力下需要向管内增补的水量可写成下式：
Δω3＝WPβ
1m管道的容积为：
πD12×100／4（cm3）＝πD12／40（L）
试压管道长度为L（m）时，在无压时管内水的总体积为：
W＝πD12L／40 （L）
则： Δω3＝πD12LPβ／40 （3）
于是水压试验升压P（Kgf/cm2）时，由于管子的变形和水的压缩，需要向管内增补的水量，也就是降压P（Kgf/cm2）时需要排出或渗漏掉的水量为：
Δω＝Δω1+Δω2+Δω3
＝πD12LP［（D1／TE）+（１／500L）+β］／40 （4）
式中：Δω——管道水压试验升压Ｐ（Kgf/cm2）时，需向管内增补的总水量，或降压Ｐ（Kgf/cm2）时需要排出或渗漏掉的总水量（L），其中包括：Δω1、Δω2、Δω3三个部分；
Δω1——由于管壁环向变形需要向管内增补或排出的水量（L）；
Δω2——由于试压后背变形需要向管内增补或排出的水量（L）；
Δω3——由于管内水的压缩变形需要向管内增补或排出的水量（L）；
D1——管道内径（cm）；
T——管道平均厚度（cm）；
L——试压管道长度（m）；
P——管道水压试验的压强（Kgf/cm2）；
E——管材的弹性模量（Kgf/cm2），取E=0.9×106；
β——水的压缩系数（cm2/Kgf），取β=0.475×10-4；
上式就是管内空气基本排净的情况下，水压试验时注水量与升压