วิธีการติดตั้งและบำรุงรักษาท่อเหล็กหล่อแบบดัดโค้งได้

การวางแผนก่อนการติดตั้งและการเตรียมสถานที่สำหรับท่อเหล็กหล่อแบบดัดโค้งได้

การประเมินสถานที่ การวางผังร่องวางท่อ (trench layout) และการปฏิบัติตามมาตรฐาน AWWA C600

การประเมินสถานที่ต้องดำเนินการก่อนเป็นอันดับแรกในการติดตั้งท่อเหล็กหล่อแบบเหนียว ซึ่งถือเป็นเรื่องที่สำคัญมากจริงๆ การศึกษาด้านธรณีวิทยาช่วยให้ทราบลักษณะของดินที่เราต้องจัดการ ระดับน้ำใต้ดิน และสิ่งกีดขวางที่อาจซ่อนอยู่ใต้ผิวดิน รายละเอียดทั้งหมดเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบคูระบายน้ำอย่างเหมาะสม และการวางแผนการรองรับคูระบายน้ำในขั้นตอนต่อไป ขณะจัดวางคูระบายน้ำ จำเป็นต้องปฏิบัติตามระดับความลาดเอียงตามแผนที่กำหนดอย่างใกล้เคียงที่สุด แต่ก็ต้องระมัดระวังสายส่งใต้ดินที่มีอยู่แล้วและสภาพพื้นดินที่ไม่แน่นอนด้วย ตามมาตรฐานของ AWWA ความกว้างของคูระบายน้ำควรอยู่ที่ประมาณ 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ บวกกับระยะเพิ่มเติมอีกประมาณหนึ่งฟุต เพื่อให้มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการติดตั้งข้อต่อ การตรวจสอบความเรียบร้อยของงาน และการอัดแน่นวัสดุรอบท่ออย่างเหมาะสม ในปัจจุบัน ช่างสำรวจใช้อุปกรณ์เลเซอร์เพื่อให้มั่นใจว่าระดับความสูงถูกต้องแม่นยำ โดยควบคุมความคลาดเคลื่อนให้อยู่ต่ำกว่าร้อยละ 0.5 เพื่อให้น้ำไหลผ่านระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับงานส่วนใหญ่ พื้นดินต้องสามารถรับน้ำหนักได้ไม่น้อยกว่า 1,500 ปอนด์ต่อตารางฟุต หากพื้นดินไม่สามารถรับน้ำหนักตามเกณฑ์ดังกล่าว ทีมงานจะต้องดำเนินการ เช่น การสูบน้ำส่วนเกินออก หรือการนำดินผสมคุณภาพดีขึ้นมาใช้เพื่อเสริมความมั่นคงของพื้นที่

การออกแบบการรองรับท่อเหล็กหล่อแบบยืดหยุ่นและการจัดหมวดหมู่ดินเพื่อการรองรับโครงสร้าง

วิธีการที่เราออกแบบการรองรับมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของโครงสร้างในระยะยาว เมื่อพิจารณาเลือกวัสดุ การจัดหมวดหมู่ดินตามระบบการจัดหมวดหมู่ดินแบบรวม (Unified Soil Classification System) มีความสำคัญอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น ทรายตามมาตรฐาน ASTM C33 จำเป็นต้องอัดแน่นให้ได้อย่างน้อย 95% ของความหนาแน่นแบบโปรคเตอร์ (Proctor density) เพื่อกระจายแรงโหลดอย่างเหมาะสมบริเวณส่วนล่างของท่อ ส่วนดินประเภทเหนียว (cohesive soils) เช่น ดินชนิด CL หรือ CH ควรปูหินบดละเอียดหนาประมาณหกนิ้วเป็นฐานรอง (sub base) เพื่อป้องกันปัญหาการทรุดตัวไม่สม่ำเสมอ มุมของการรองรับที่ใช้จริงขึ้นอยู่กับชนิดของแรงโหลดที่ระบบจะต้องรับไว้ และเงื่อนไขของดินเฉพาะที่สถานที่ติดตั้ง

จำเป็นต้องใช้วัสดุผ้าแยก (geotextile separation fabric) ที่รอยต่อระหว่างชั้นดินที่มีการจัดหมวดหมู่ต่างกัน เพื่อป้องกันไม่ให้ดินปนกัน การทดสอบการโก่งตัวสุดท้ายตามมาตรฐาน ASTM F1216 ต้องยืนยันว่าค่าความรีบรูปเป็นรูปวงรี (pipe ovality) ยังคงต่ำกว่า 5%

การติดตั้งท่อเหล็กหล่อแบบเหนียวอย่างถูกต้อง: การต่อข้อต่อ การจัดแนว และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในสนาม

การประกอบข้อต่อแบบดันเข้า (Push-On) และข้อต่อแบบกลไกภายใต้สภาพสถานที่ที่เปลี่ยนแปลงได้

การได้มาซึ่งความสมบูรณ์ของข้อต่อที่ดีนั้นขึ้นอยู่กับการปฏิบัติตามขั้นตอนที่ถูกต้องอย่างเป็นลำดับขั้นตอนอย่างเคร่งครัด เมื่อทำงานกับข้อต่อแบบดันเข้า (push-on joints) ให้แน่ใจว่าได้ทำความสะอาดส่วนปลายที่ยื่นออก (spigot) และส่วนปลายที่รับ (bell) อย่างทั่วถึงก่อนเป็นอันดับแรก ใช้สารหล่อลื่นเฉพาะบริเวณที่สำคัญที่สุดเท่านั้น คือโดยตรงบนวัสดุของปะเก็น (gasket) และอย่าลืมจัดแนวส่วนปลายที่ยื่นออกให้ตรงก่อนใส่เข้าไปในตำแหน่งที่กำหนด เพราะหากการติดตั้งไม่อยู่ศูนย์กลาง มักจะทำให้ปะเก็นถูกดันออก (gasket extrusion) ซึ่งก่อให้เกิดการรั่วซึมที่น่าหงุดหงิดในระบบที่มีแรงดัน สำหรับข้อต่อแบบกลไก (mechanical joints) ต้องขันสลักเกลียวให้แน่นอย่างสม่ำเสมอโดยใช้วิธีการขันตามรูปแบบดาว (star pattern) และรักษาระยะห่างระหว่างแผ่นหน้าแปลน (flanges) ให้คงที่ที่ 0.5 นิ้ว ตามที่ผู้ผลิตกำหนดไว้อย่างแม่นยำ หากมีน้ำอยู่รอบๆ ควรเปิดใช้งานปั๊มแบบจุ่ม (submersible pumps) เพื่อรักษาความแห้งของร่องวางท่อ (trenches) ขณะทำการต่อท่อ ปัญหาการขยายตัวเนื่องจากความร้อน (thermal expansion) ก็เกิดขึ้นได้เช่นกัน โดยเฉพาะกับท่อที่ติดตั้งเหนือพื้นดิน ซึ่งอุณหภูมิอาจเปลี่ยนแปลงมากกว่า 30 องศาฟาเรนไฮต์ ดังนั้นควรเว้นระยะเพิ่มเติมประมาณหนึ่งในสี่นิ้วต่อท่อความยาวร้อยฟุต และระวังการเบี่ยงเบนเชิงมุม (angular deflections) ระหว่างการติดตั้ง ซึ่งไม่ควรเกินสององศาจากแกนกลาง มิฉะนั้นอาจเกิดปัญหาในอนาคต

การตรวจสอบการจัดแนวและการควบคุมความคลาดเคลื่อนตามมาตรฐาน AWWA C151/A21.51

เครื่องมือสำรวจที่ควบคุมด้วยเลเซอร์ใช้ตรวจสอบการจัดแนวทันทีหลังจากแต่ละข้อต่อถูกประกอบเข้าด้วยกัน เพื่อให้มั่นใจว่าทุกส่วนจะเรียงตัวตามแนวนอนและแนวตั้งตามที่ระบุไว้ในแบบแปลน อุตสาหกรรมนี้ยังกำหนดความคลาดเคลื่อนที่ค่อนข้างเข้มงวดอีกด้วย สำหรับมุม จำเป็นต้องรักษาความคลาดเคลื่อนให้อยู่ภายในประมาณ 1.5 องศา ที่แต่ละจุดเชื่อมต่อ ส่วนการเบี่ยงเบนแบบขนาน (parallel offsets) ห้ามมีการเบี่ยงเบนเกิน 1 นิ้ว ต่อระยะทาง 50 ฟุต และสำหรับความชันแนวตั้ง (vertical grades) ต้องอยู่ภายในช่วง ±0.1 ฟุต จากตำแหน่งที่ระบุไว้ในแบบแปลน ความลึกของการฝังท่อก็มีความสำคัญมากเช่นกัน โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีการจราจรผ่าน ตามข้อบังคับ ต้องฝังท่อลงลึกอย่างน้อย 3 ฟุต ใต้ระดับพื้นดิน ตามแนวทางของกรมการขนส่งทางบก (DOT) หลังจากเทวัสดุถมกลับ (backfill) ชั้นแรกหนา 6 นิ้วแล้ว ให้ดำเนินการตรวจสอบซ้ำอีกครั้งโดยใช้มาเนิร์ลเกจ (mandrel gauges) หากพบการโค้งหรือบิดเบี้ยวเกินร้อยละ 5 ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อจริง ต้องดำเนินการแก้ไขทันทีตามมาตรฐาน AWWA C151 ทั้งนี้ ควรบันทึกค่าทั้งหมดเหล่านี้ด้วยโปรแกรมทำแผนที่เชิงภูมิศาสตร์ (geospatial mapping programs) เนื่องจากการจัดทำเอกสารเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้สอดคล้องกับข้อบังคับ และเพื่อจัดเก็บบันทึกที่ดีสำหรับการบำรุงรักษาในอนาคต

ขั้นตอนหลังการติดตั้ง: การถมดินกลับ การทดสอบแรงดันน้ำ และการฆ่าเชื้อ

การถมดินกลับและการอัดแน่นอย่างควบคุมเพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวของท่อเหล็กหล่อแบบยืดหยุ่น

การจัดลำดับและควบคุมการถมวัสดุกลับ (backfill) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาเรขาคณิตและแนวแกนของท่อให้ถูกต้องในระหว่างการติดตั้ง ขั้นตอนแรกคือการเทวัสดุเม็ด (granular material) ที่ผ่านการคัดเลือกแล้ว ซึ่งปราศจากหิน ก้อนเศษสิ่งสกปรก หรือก้อนน้ำแข็ง จนสูงประมาณครึ่งหนึ่งของความสูงท่อ จากนั้นดำเนินการอัดแน่นวัสดุเป็นชั้น (lifts) ที่มีความหนาประมาณ 6–8 นิ้ว โดยวัสดุต้องอยู่ในระดับความชื้นที่เหมาะสมที่สุด และมีเป้าหมายในการบรรลุความหนาแน่นตามมาตรฐาน Proctor อย่างน้อยร้อยละ 95 เป็นเกณฑ์อ้างอิง ตามแนวทางที่ระบุไว้ในเอกสาร AWWA M41 ท่อไม่ควรบิดเบี้ยว (deflect) เกินร้อยละ 3 ภายใต้แรงกดจากดินตามปกติ เมื่อทำการถมวัสดุเหนือบริเวณที่เรียกว่า "springline" แล้ว การใช้โครงรับชั่วคราว (temporary bracing) จะจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อรักษาให้ท่อมีรูปทรงกลมและแนวแกนถูกต้องตลอดกระบวนการ สำหรับขั้นตอนสุดท้าย ดินพื้นถิ่น (native soil) จะถูกอัดแน่นเป็นชั้นๆ หนา 12 นิ้ว โดยให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับบริเวณที่เรียกว่า "haunches" โดยเฉพาะบริเวณรอยต่อท่อ ซึ่งจำเป็นต้องรักษาการรองรับด้านข้าง (lateral support) ให้สมบูรณ์เต็มที่ ประสบการณ์จากการปฏิบัติงานจริงในไซต์งานพบว่า การอัดแน่นที่ไม่เหมาะสมอาจเพิ่มความเสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวได้สูงถึงร้อยละเจ็ดสิบ ซึ่งอาจทำให้อายุการใช้งานที่แท้จริงของระบบ piping ที่ติดตั้งแล้วลดลงได้ 15–20 ปี ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและปัจจัยต่างๆ

แนวปฏิบัติการทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติกและการปฏิบัติตามข้อกำหนดการฆ่าเชื้อด้วยคลอรีน

หลังจากดำเนินการงานถมกลับเสร็จสิ้นแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบความดันน้ำ (hydrostatic testing) ซึ่งต้องเป็นไปตามมาตรฐาน AWWA C600 หลักการพื้นฐานในขั้นตอนนี้ค่อนข้างง่ายทางคณิตศาสตร์ คือ นำความดันในการทำงานปกติของระบบมาคูณด้วย 1.5 เพื่อให้ได้ความดันที่ใช้ในการทดสอบ จากนั้นรักษาระดับความดันนั้นไว้อย่างน้อยสองชั่วโมงอย่างต่อเนื่อง เมื่อกำหนดส่วนที่จะทำการทดสอบ เจ้าหน้าที่เทคนิคจำเป็นต้องแยกส่วนนั้นออกอย่างเหมาะสม โดยใช้มาตรวัดความดันที่ได้รับการสอบเทียบอย่างแม่นยำ หากพบว่าความดันลดลงมากกว่า 2 psi ต่อทุกๆ 100 ฟุตของท่อ นั่นมักบ่งชี้ถึงปัญหาบางประการที่ควรตรวจสอบเพิ่มเติม สำหรับกระบวนการฆ่าเชื้อ ส่วนใหญ่สถานที่ต่างๆ จะใช้ความเข้มข้นของคลอรีนแบบไม่ผูกพัน (free chlorine) ระหว่าง 10 ถึง 50 มิลลิกรัมต่อลิตร ปล่อยทิ้งไว้เป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งวันเต็ม จากนั้นล้างระบบออกอย่างทั่วถึงจนกว่าระดับคลอรีนคงเหลือจะเท่ากับระดับคลอรีนที่จัดหามาจากแหล่งน้ำในท้องถิ่น ระบบใดๆ ก็ตามจะไม่สามารถเริ่มใช้งานได้หากยังไม่ผ่านการทดสอบเชิงแบคทีเรียวิทยา จากรายงานข้อมูลภาคสนามจริง ระบบที่ปฏิบัติตามขั้นตอนเหล่านี้อย่างเคร่งครัด มักแสดงผลการดำเนินงานโดยไม่มีการรั่วซึมประมาณร้อยละ 98 เมื่อตรวจสอบหลังจากใช้งานมาแล้วห้าปี นี่จึงเป็นเหตุผลสำคัญว่าทำไมการจัดทำบันทึกผลการทดสอบทั้งหมดอย่างละเอียดจึงมีความสำคัญยิ่งในระหว่างการตรวจสอบตามกฎระเบียบซึ่งเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในอนาคต

การบำรุงรักษาในระยะยาวและการรับประกันประสิทธิภาพของระบบท่อเหล็กหล่อแบบเหนียว

การป้องกันการกัดกร่อน: ชั้นเคลือบปูนซีเมนต์-โมตาร์, การป้องกันแบบคาโทดิก, และระบบที่มีการเคลือบสองชั้น

การจัดการการกัดกร่อนเป็นพื้นฐานสำคัญในการทำให้ท่อเหล็กหล่อแบบเหนียวมีอายุการใช้งานเกิน 70 ปี ซึ่งประกอบด้วยกลยุทธ์เสริมซึ่งกันและกันสามประการ ซึ่งถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม:

• ชั้นเคลือบปูนซีเมนต์-โมตาร์ ที่นำมาใช้กับผิวด้านใน สร้างชั้นพาสซิเวชันที่มีความเป็นด่าง ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนภายในได้สูงสุดถึงร้อยละ 90 ในระบบน้ำดื่ม
• การป้องกันด้วยประจุไฟฟ้าลบ การป้องกันแบบคาโทดิก ที่ดำเนินการผ่านขั้วไฟฟ้าแบบเสียสละ (sacrificial anodes) หรือระบบกระแสไฟฟ้าที่ป้อนเข้า (impressed current systems) เพื่อต่อต้านการเสื่อมสภาพเชิงไฟฟ้าเคมีในดินที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
• ระบบที่มีการเคลือบสองชั้น ซึ่งรวมการหุ้มด้วยโพลีเอทิลีนเข้ากับรอยต่อที่เคลือบด้วยอีพอกซีอย่างแน่นหนา ให้การป้องกันที่แข็งแกร่งในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว — รวมถึงเขตชายฝั่งทะเลและดินที่มีสารซัลไฟด์สูง

การตรวจสอบประจำปี รวมถึงการสุ่มเก็บตัวอย่างความหนาของชั้นเคลือบ และการจัดทำแผนที่ความต้านทานของดินตามมาตรฐาน NACE SP0169 เพื่อยืนยันประสิทธิภาพของการป้องกันอย่างต่อเนื่อง

การตรวจสอบขณะใช้งานจริง การติดตั้งวาล์วเชื่อมต่อสำหรับบริการ และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการตรวจจับการรั่วซึม

เมื่อหน่วยงานสาธารณูปโภคเปลี่ยนจากการแก้ไขปัญหาหลังเกิดเหตุเป็นการคาดการณ์ปัญหาก่อนที่จะเกิดขึ้น วิธีการบำรุงรักษาทั้งหมดก็จะเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง เทคโนโลยีการตรวจจับการรั่วซึมด้วยเสียงที่ใช้ไมโครโฟนใต้น้ำสามารถระบุตำแหน่งการรั่วซึมได้แม่นยำถึงประมาณหนึ่งเมตร ซึ่งช่วยลดปริมาณน้ำสูญเสียที่ไม่สามารถเรียกเก็บค่าบริการได้ลงได้ราว 15% สำหรับการเชื่อมต่อเพื่อให้บริการ ท่อจะต้องใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงพิเศษที่สอดคล้องตามมาตรฐาน AWWA เพื่อรักษาระดับความแข็งแรงของท่อหลักไว้แม้จะมีการต่อท่อแยกออกไป ในระหว่างที่ระบบหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษาตามแผน เครื่องมือตรวจสอบแบบแม่เหล็กที่เรียกว่า "สมาร์ทพิก" (smart pigs) จะวัดความหนาของผนังท่อได้อย่างละเอียดยิ่ง ทั้งนี้ การวัดค่าความดันให้ได้ผลที่แม่นยำทั่วทั้งระบบก็เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเช่นกัน เมื่อนำข้อมูลการวัดความดันมาผสมผสานกับการวัดการใช้น้ำเฉพาะในแต่ละพื้นที่ ปัญหาส่วนใหญ่สามารถตรวจพบและแก้ไขได้ภายในหนึ่งวัน ทำให้ระบบดำเนินงานได้อย่างราบรื่นแม้จะมีการสึกหรอตามกาลเวลา