密度聚乙烯（HDPE）纏繞管與鋼筋混凝土排水管管材在市政排水管網(wǎng)中的運用

陳 鑫（株洲市規(guī)劃設(shè)計院，湖南株洲412007）

密度聚乙烯（HDPE）纏繞管與鋼筋混凝土排水管管材在市政排水管網(wǎng)中的運用

陳 鑫（株洲市規(guī)劃設(shè)計院，湖南株洲412007）

通過對高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管與鋼筋混凝土排水管進(jìn)行技術(shù)、施工、管理維護(hù)及經(jīng)濟(jì)等方面的對比，提出了這兩種管材在市政排水管網(wǎng)工程建設(shè)中的適用范疇，以供借鑒。

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管；鋼筋混凝土排水管；市政排水；比選；適用范圍

引言

2000年以前，我國市政排水管網(wǎng)工程建設(shè)中，主要采用鋼筋混凝土排水管，進(jìn)入到21世紀(jì)，隨著新型材料的開發(fā)及生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，我國市政工程建設(shè)領(lǐng)域逐步引進(jìn)并推廣使用高密度聚乙烯（HDPE）室外排水管（雙壁波紋管、雙壁工字型管、鋼帶增強管、纏繞結(jié)構(gòu)壁管等）。從化學(xué)性能檢測分析來看，HDPE管材具有耐腐蝕，水流阻力小，使用壽命長等良好性能；從HDPE管在市政管網(wǎng)工程中的使用效果來看，與混凝土管相比，HDPE管具有施工快捷、水密性好、維護(hù)方便、綜合造價低等突出的應(yīng)用特點。雙壁波紋管、雙壁工字型管、鋼帶增強管、纏繞結(jié)構(gòu)壁管等主要原材料都是高密度聚乙烯（HDPE），但輔料不同，生產(chǎn)工藝、斷面結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致價格存在差異，同規(guī)格同壓力等級同柔度的正宗產(chǎn)品相比，市場價差為5～30%。

1 市政排水管道管材選用原則

（1）管材的物理性能好（抗壓能力強，環(huán)柔性好）；

（2）管道接口形式及止水密封性好（污水要求零滲漏，以保護(hù)地下水免受污染）；

（3）管道綜合單價低（包括管材、運輸、施工條件、施工工期等綜合因素）；

（4）市場行為規(guī)范，質(zhì)量可控性好（原材料要求97～98%為新料+2～3%母料，杜絕使用再生料）。

2 高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管與鋼筋混凝土管比較

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管與鋼筋混凝土管在成型工藝、環(huán)剛度、過水能力、施工工藝、施工條件、工程造價等各方面各有優(yōu)缺點，具體比較如下：

2.1 成型工藝

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，在高溫?zé)崛蹱顟B(tài)下，通過一次性熱擠塑纏繞熔接成型工藝制作，整個生產(chǎn)過程連續(xù)，并均由計算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。通過自然風(fēng)滾動的冷卻，應(yīng)力自然釋放，從而解決了高密度聚乙烯管材本身的應(yīng)力問題。管材壁厚均勻，內(nèi)壁光滑，外壁為螺旋狀加強肋筋管結(jié)構(gòu)壁。產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19472.2-2004中B型結(jié)構(gòu)壁管的標(biāo)準(zhǔn)（見圖1）。

鋼筋混凝土排水管，特制的模具中綁扎鋼筋，然后澆注混凝土，養(yǎng)護(hù)待凝固成形后，從模具中取出（見圖2）。

2.2 環(huán)剛度

HDPE纏繞管的慣性矩連續(xù)可調(diào)，采用高密度聚乙烯為主要原料，SN最大值可達(dá)20kN/m2。

圖1 高密度聚乙烯（HD P E）纏繞管成型工藝圖

圖2 鋼筋混凝土排水管成型工藝圖

鋼筋混凝土排水管屬于剛性管，強度和剛度高。但當(dāng)長期持續(xù)外壓負(fù)荷作用于管道上時，管道出現(xiàn)“塑性破壞”，若荷載超出它的強度和剛度時，管材將遭到永久性的破壞，不可修復(fù)。

2.3 過水能力

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，內(nèi)壁光滑（曼寧系數(shù)小，僅為0.009），在同等流量條件下，HDPE管材口徑可以比混凝土管道降低一級，或在同一口徑下減小水力坡降，溝槽挖埋深度降低，從而節(jié)省了人工、機(jī)械臺班等費用。

鋼筋混凝土排水管，曼寧系數(shù)為0.014?；炷凉艿涝谑褂靡欢螘r間后，常在管道內(nèi)出現(xiàn)根阻、積淤等現(xiàn)象，大大減小了混凝土管的通流能力，并且需要不斷清理、維護(hù)。

2.4 口徑

高密度聚乙烯 （HDPE）纏繞管，品種齊全?？梢陨a(chǎn)DN300～4000mm管徑的管材及配套管件，應(yīng)用廣泛。

鋼筋混凝土排水管，可以達(dá)到d2200mm，但口徑越大成本越高，且管材運輸?shù)馁M用及連接的施工成本很高。

2.5 原料

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，生產(chǎn)工藝決定需要采用100%的高密度聚乙烯為原材料。力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，柔韌性好，延伸性能好，是一種高韌性管材，對管道基礎(chǔ)不均勻沉降和錯位的適應(yīng)能力非常強，抗震性好，最適合在沿海區(qū)域、地震頻發(fā)區(qū)及軟土質(zhì)區(qū)域使用（1995年日本神戶發(fā)生的地震中唯一沒有發(fā)生破裂的管道，在日本多地震帶地區(qū)均敷設(shè)了HDPE管道，是對HDPE管道抗沉降性能的肯定）。

鋼筋混凝土排水管，采用混凝土及鋼筋，澆筑脫模成型。

2.6 密封性

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，連接方式為承插電熱熔連接或節(jié)流式承插密封圈連接。管材在生產(chǎn)時，承插口與管體一次性纏繞成型。

圖3 承插電熱熔連接

圖4 節(jié)流式承插密封圈連接

雨水管道采用承插電熱熔連接方式；污水管道采用節(jié)流式承插密封圈連接方式，均可達(dá)到管道的整體零滲漏。

鋼筋混凝土排水管，在保證密封方面比較困難，致使污水泄漏從而造成對地下水和土壤的污染。國內(nèi)絕大多數(shù)使用的平接口混凝土排水管的連接，只在連接處抹一圈混凝土，時間一長很難保證不泄漏。現(xiàn)在也有采用承插＋O型橡膠圈＋密封膏＋現(xiàn)澆水泥連接。但承插口接觸面小，接口材質(zhì)不同，而且完全是剛性連接，管道稍有移動（如地基不均勻沉降），連接處就很容易被破壞。另外，混凝土排水管單節(jié)長度短，接口多。國家對鋼筋混凝土管的使用，住建部第2000[27]號和2004[28]號文有明文規(guī)定限制使用鋼筋混凝土管道。

2.7 使用壽命

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，使用壽命長，連續(xù)使用50年以上。高密度聚乙烯管道屬于柔性管道，與傳統(tǒng)水泥管、球墨鑄鐵管等剛性管材相比，具有變形能力強，柔韌性好，抗沖擊力強，耐腐蝕和耐磨損能力強等諸多優(yōu)點。剛性管作為埋地用時，管材獨立承受外力，并且不允許變形 （變形將損壞管材）。柔性管則不然，它正是利用其良好的彈性變形能力和特有的外肋筋結(jié)構(gòu)同周圍土壤的緊密結(jié)合形成一個良好的受力結(jié)構(gòu)，真正起到管土共同作用。當(dāng)管材受到正上方的載荷時，管材將發(fā)生橫向變形，將力分散至周圍土壤形成一個共同受力結(jié)構(gòu)，管土共同作。當(dāng)載荷離開時，管材恢復(fù)圓形。埋深為可達(dá)0.7～20m。

鋼筋混凝土排水管，設(shè)計壽命只有15～20年，實際使用則更短。需要重復(fù)投資和不斷維護(hù)。

2.8 輸送介質(zhì)

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，輸送介質(zhì)廣泛，酸堿性液體、油性液體、天然氣、煤氣、工業(yè)廢水、生活污水以及雨水等。耐磨性好、耐腐蝕、抗老化性強。目前，已在沿海地區(qū)市政、電力、化工、碼頭等領(lǐng)域大量采用。

鋼筋混凝土排水管，主要輸送雨水。

2.9 施工

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，方便快捷，安全。由于管材質(zhì)量輕，所以方便快捷，做到邊開挖邊敷管邊回填，由于接口為本體承插式連接，管道也可以在溝槽邊連接好后以一段管敷入溝槽。當(dāng)管道口徑≤DN800mm時無需機(jī)械設(shè)備作業(yè)，只用人工就可完成敷管作業(yè)。降低了工程成本，縮短了施工工期，提高了工程進(jìn)度。施工過程中保障了施工工人的安全系數(shù)，減少了安全隱患。

鋼筋混凝土排水管，管道溝槽開挖量大，對基礎(chǔ)平整度要求高，敷設(shè)管材前要先做好混凝土管基，管基做好后需要養(yǎng)護(hù)周期。季節(jié)、氣候影響因素大。管材質(zhì)量較重，施工時無論管材口徑大小都需要使用吊裝設(shè)備，施工周期長，增加了工人施工中的不安全隱患。

2.10 環(huán)保

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，環(huán)保產(chǎn)品。HDPE是21世紀(jì)的綠色管道，管道本身可以回收再做它用，對環(huán)境、土壤無污染。排水排污零滲漏，沒有二次污染。做到了一次投資，長期受益。完全符合國際提倡的環(huán)保、節(jié)能、降耗的原則。

鋼筋混凝土排水管，非環(huán)保產(chǎn)品。

2.11 綜合單價

高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管，小管徑管道綜合單價較混凝土管低5%左右，大管徑管道綜合單價較鋼筋混凝土管高5～30%不等。

鋼筋混凝土排水管，大管徑管道綜合單價較HDPE管低。

3 結(jié)論

3.1 市政排水管道工程管材選用原則

（1）質(zhì)量優(yōu)先，以滿足技術(shù)要求放在首位；

（2）推廣采用新工藝、新材料、新產(chǎn)品，提高技術(shù)水平，推進(jìn)行業(yè)發(fā)展；

（3）盡量考慮價廉物美，節(jié)省工程造價；

（4）滿足政策和規(guī)范要求。

3.2 市政排水管道工程管材選擇

綜合考慮各工程項目管道管徑大小、項目所處位置及使用要求的不同，選用不同的管材。

（1）高密度聚乙烯（HDPE）纏繞管適用范圍：

①小管徑管道（DN400-DN1000）或超大管徑管道（DN220 0-DN3000）；

②污水管道（要求零滲漏）；

③位于兩型示范區(qū)；

④地下水水質(zhì)要求高；

⑤伴隨或鄰近防洪堤（壩）（防滲漏以確保堤體結(jié)構(gòu)安全）；

⑥伴隨或鄰近景觀水體（系）。

（2）鋼筋混凝土管適用范圍：

管徑較大的雨水管道 （d1200-d2000）?？紤]綜合單價較低，且施工工期沒有特別要求時選用。

[1]《給水排水設(shè)計手冊第1冊常用資料》.中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]《給水排水設(shè)計手冊第5冊城鎮(zhèn)排水》.中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2014年版）.中國計劃出版社，2014.

[4]《埋地用聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第2部分：聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管材》（GB/T19472.2-2004）.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[5]《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

TU532.6

A

2095-2066（2016）24-0053-02

2016-7-2

陳 鑫（1983-），男，工程師，本科，主要從事市政給排水、水處理方面的工作。