面向給水工程的管材性能分析與選擇研究

臧照光

摘 要：介紹了供水管材的種類，對管材的綜合性能進(jìn)行了分析比較，探討了管材的選擇原則，提出了選擇管材的建議，指出只有對運(yùn)行工況環(huán)境條件、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等多種因素進(jìn)行綜合比較和分析，才能最終合理確定選用何種管材。

關(guān)鍵詞：供水管材 分析比較 選擇原則

中圖分類號：TB495 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0066-02

市場上的給水管材種類繁多，一些廠家出于自身的利益，夸大各自管材的優(yōu)點(diǎn)，對工程設(shè)計(jì)中管材的選擇造成了不利影響。國內(nèi)部分地區(qū)由于管材選用不當(dāng)造成漏失嚴(yán)重、爆管等事故率較高，供水安全性差。為改進(jìn)管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)，提高管網(wǎng)的安全性，科技部組織相關(guān)單位對城市市政管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。其中，正確合理地確定管材，對降低漏損率、提高城鎮(zhèn)供水安全性，具有舉足輕重的意義。另一方面，管道費(fèi)用在城市供水工程中占50%以上，管道材料的選擇，對工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性，也具有非常重要的意義。本文主要針對市政給水常用管材（鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、PE管）的選擇進(jìn)行分析論述。

1 給水工程對管材的要求

給水管必須具有足夠的強(qiáng)度，以承受外部的荷載和內(nèi)部水壓；必須能抵抗沖刷并具有抗腐蝕的能力，特別對某些地下水具有腐蝕性的地區(qū)；必須不透水，以防止管中水滲漏或地下水滲入；內(nèi)壁應(yīng)平整光滑，使水流阻力盡量減??；應(yīng)盡量就地取材，并考慮到預(yù)制管件及快速施工的可能，減少運(yùn)輸和施工費(fèi)用。

2 給水管材的類型及分析選擇

2.1 管材種類（見圖1）

2.1.1 鋼管（SP）

鋼管應(yīng)用歷史較長，范圍較廣。埋地鋼管易受腐蝕，必須對其內(nèi)、外壁作防腐涂層。一般當(dāng)鋼管的埋地敷設(shè)長度大于500 m時，還需作陰極保護(hù)。正確選擇鋼管的內(nèi)、外壁涂層并采取陰極保護(hù)，可使其使用壽命大大延長，使用年限能達(dá)30年或更長。鋼管一般在工廠制作，因受運(yùn)輸及裝卸條件的限制，每節(jié)鋼管的長度一般為5～10 m，因此在現(xiàn)場敷設(shè)時鋼管的接頭較多。

2.1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵中石墨是以球狀形式存在，既保持了鑄鐵的傳統(tǒng)特點(diǎn)又增加了良好的可延伸和抗沖擊的特性，因此又稱為延性鑄鐵管，其強(qiáng)度比鋼管大，延伸率也高出10%。球墨鑄鐵管屬于金屬管材，制造時采用離心澆鑄方法成型，制管技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品規(guī)格齊全，抗震性能好，強(qiáng)度高，與鋼管相似，具有柔韌性，耐蝕性優(yōu)于鋼管，適應(yīng)地形復(fù)雜地段。球墨鑄鐵管壁薄抗?jié)B性能好，逐步成為城市供水管道系統(tǒng)的新寵。

球墨鑄鐵管具有穩(wěn)定均勻的金相組織，能保持較高的延伸率。由于其具有較高抗拉強(qiáng)度和延伸率，而且具有較好的韌性、耐腐蝕、抗氧化、耐高壓等優(yōu)良性能，故被廣泛應(yīng)用。

2.1.3 玻璃鋼夾砂管（RPMP）

玻璃鋼夾砂管采用樹脂、玻璃纖維、石英砂為原料，用特殊工藝制作而成。在原有玻璃鋼管所有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，既提高了剛度，又降低了成本?，F(xiàn)在越來越多地運(yùn)用于長距離輸水管道工程中。優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕性強(qiáng)；重量輕；摩阻小，與其他管材相比，其自身不生銹、不結(jié)垢、不滋生微生物、藻類物質(zhì)，對水質(zhì)不造成二次污染，所以深受供水行業(yè)的歡迎。

2.1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）

預(yù)應(yīng)力混凝土管屬于非金屬管道材料，包括一階段預(yù)應(yīng)力混凝土管（振動擠壓工藝）和三階段預(yù)應(yīng)力混凝土管（管芯纏絲工藝）。其主要結(jié)構(gòu)為混凝土管壁內(nèi)建立有雙向預(yù)應(yīng)力的預(yù)制混凝土管，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管是國內(nèi)目前在給水工程中應(yīng)用較多的一種管材。其優(yōu)點(diǎn)是采用承插式膠圈柔性接口，對各種地基的適應(yīng)能力較強(qiáng)，施工安裝方便；管材自身防腐能力強(qiáng)，不需進(jìn)行內(nèi)外防腐處理，工程造價較低，并可大量節(jié)約鋼材。

2.1.5 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在歐美發(fā)達(dá)國家應(yīng)用非常廣泛。PCCP管道是一種鋼筒與混凝土制作的復(fù)合管，管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚15 mm鋼筒，在管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力，采用機(jī)械張拉纏繞高強(qiáng)鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層而制成的管道，因此，它比一般鋼管和混凝土管更具優(yōu)勢。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管抗?jié)B性能高；接頭密封可靠、安裝方便快捷；可承受高內(nèi)壓，能承受埋深10～20 m外壓荷載；耐腐蝕性比鋼管和普通混凝土管好，使用壽命長。

2.1.6 聚乙烯管（PE）

PE管材是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。PE管無毒，不含重金屬添加劑，不滋生細(xì)菌，很到的解決了飲用水二次污染的問題。突出應(yīng)用于高腐蝕性水質(zhì)的管道輸送，質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效果甚佳。PE管內(nèi)壁光滑，不易結(jié)垢，摩擦系數(shù)極低，水頭損失小，耐腐蝕性好，柔韌性好，抗沖擊強(qiáng)度高，耐強(qiáng)震、扭曲，重量輕，加工、運(yùn)輸、安裝便捷，采用獨(dú)特的電熔連接和熱熔對接、熱熔承插連接技術(shù)使接口強(qiáng)度高與管材本體，保證了接口的安全可靠，對管道基礎(chǔ)要求低。

3 管材選擇考慮因素分析及優(yōu)先序確定

影響管材選擇的因素很多，比如管道直徑、工作壓力、工程地質(zhì)、地形、外荷載狀況、工程的工期要求、資金的控制等諸多方面。不同管材，在上述種種因素下，差異較大。選用何種管材，應(yīng)首先確定哪些因素作為主要因素，哪些因素作為次要因素，通過綜合評價確定。

3.1 管材選擇考慮因素，按重要性從高到低排列為

（1）符合衛(wèi)生要求；（2）足夠的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，能承受要求的內(nèi)壓和外荷載，滿足本地地質(zhì)及各種實(shí)際運(yùn)行工況的需要；（3）接口安全可靠；（4）制造、施工、安裝質(zhì)量容易控制，管材性能可靠；（5）耐腐蝕性能好；（6）阻力小，能耗低，輸水能力可基本保持不變；（7）綜合成本合理；（8）管材來源有保證，管件配套方便；（9）便于運(yùn)輸，安裝；（10）壽命長，維修量小，便于管理。

3.2 管材的性能比較與選擇

3.2.1 管材綜合性能比較

管材的綜合性能可從以下幾個方面比較：管材能承受工程要求的內(nèi)壓和荷載；工程造價低；管材管件運(yùn)輸費(fèi)用低；施工安裝簡單易操作；使用年限長。各種管材綜合性能對比（見表1）。

從表1可知，每一種管材都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

就水力條件而言，管材可以歸為兩類。第一類管材為鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，管壁粗糙系數(shù)≈0.0125；第二類管材為玻璃鋼夾砂管和聚乙烯管，管壁粗糙系數(shù)≈0.0095。

3.2.2 管材的選擇原則

物理性能好，可保證安全供水；管材衛(wèi)生環(huán)保；易于運(yùn)輸、安裝和維護(hù)；使用壽命長；水力條件優(yōu)越，水頭損失??；在保證使用功能的前提下，盡量降低投資。

3.2.3 管材的合理選擇

（1）管徑在DN200以下時，宜采用聚乙烯管；管徑在DN200 ～DN1200 mm時，宜采用球墨鑄鐵管；管徑在DN1200 mm以上時，宜采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管和玻璃鋼夾砂管；（2）在經(jīng)濟(jì)條件允許下，應(yīng)首先考慮選擇使用球墨鑄鐵管，其安全度較高。使用球墨鑄鐵管主要受管徑的限制，直徑在DN1200 ～DN2000 mm之間的廠家很少，且價格昂貴，因此建議管道直徑控制在DN1200 mm以下；（3）若資金條件受到限制，可考慮選擇使用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，其安全度高，性價比最好，選用此種管材時，盡量選擇雙膠圈接口形式；（4）選擇使用鋼管時，應(yīng)特別注意分析水質(zhì)和土質(zhì)對鋼管的腐蝕，必要時使用陰極保護(hù)等防腐措施；（5）對于地震區(qū)或地基突變處，地下直埋管宜盡可能采用延性較好、具有柔性接口的球墨鑄鐵管；（6）在過河、穿越鐵路、公路或主要交通干線的管道宜優(yōu)先采用鋼管。

4 結(jié)論

以上分析，在管材的選擇上，既不能只看價格，也不能只注意管材種類和質(zhì)量。一定要對運(yùn)行工況、環(huán)境條件、施工條件、維護(hù)管理、經(jīng)濟(jì)條件等多種因素進(jìn)行綜合比較和分析，才能最終合理地確定選用何種管材。

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