農(nóng)村污水管材比選與環(huán)剛度分析

吳建立

廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

0 前言

隨著美麗鄉(xiāng)村政策的落實(shí)，農(nóng)村污水治理受到廣泛關(guān)注。 本項(xiàng)目包含貴州省某市11 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共347 個(gè)村組的污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)。 以本項(xiàng)目為例，項(xiàng)目總工程費(fèi)用3.22 億元， 其中管網(wǎng)總長(zhǎng)835.5 km，工程費(fèi)用1.15 億元。 在農(nóng)村污水治理建設(shè)中，選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)安全、施工便捷的管材是不可忽略的重要環(huán)節(jié)。文章旨在分析更適合農(nóng)村污水的管材及參數(shù)。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)

西南地區(qū)跨全國(guó)地勢(shì)第一、二階梯，地形復(fù)雜，村落多沿河而建，自然分隔成若干村民組。 本項(xiàng)目村組多位于山區(qū)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)落后，生活污水主要通過旱廁、簡(jiǎn)易化糞池、明溝就近排入水體等3 種方式排放。地形以山地為主，地勢(shì)落差較大。村組規(guī)模小，分散性大，交通運(yùn)輸及二次搬運(yùn)費(fèi)高。

2 管材適用性分析

在農(nóng)村污水處理中， 常用的有塑料(HDPE、UPVC)管、鋼筋混凝土管（II、III 級(jí)管）、鋼管(鍍鋅鋼管)和玻璃鋼砂管，見表1。

2.1 塑料管

塑料管材的質(zhì)量輕，管節(jié)長(zhǎng)（常見6.3 m），接頭方式簡(jiǎn)單易操作，不論是運(yùn)輸還是安裝都極為便捷。本項(xiàng)目村組分散、運(yùn)距長(zhǎng)，且技術(shù)水平相對(duì)較低的情況下，格外適用。 此外，本項(xiàng)目村組規(guī)模小，農(nóng)村污水管網(wǎng)水量低，主管道一般為DN400、DN300塑料管[1]。 對(duì)于小管徑，塑料管比混凝土管更有優(yōu)勢(shì)[2]。

2.2 鋼筋混凝土管

鋼筋混凝土管（II、III 級(jí)管）在市政工程中應(yīng)用很廣泛，工藝成熟，造價(jià)低，應(yīng)用于市政重力流管道比較經(jīng)濟(jì)合適。 但在本項(xiàng)目中，村組分散，鋼筋混凝土管重量大、管節(jié)短（常見2 m），運(yùn)輸和二次搬運(yùn)成本高。 此外，本項(xiàng)目管道多臨近水系，鋼筋混凝土管抗?jié)B性能差，給施工帶來極大不便和安全隱患，在本項(xiàng)目不占優(yōu)勢(shì)。

2.3 鋼管

鋼管（如鍍鋅鋼管）機(jī)械強(qiáng)度好，重量比鋼筋混凝土管較輕，單管長(zhǎng)度大（常見3～12 m），接口方便，適應(yīng)性較強(qiáng)，但耐腐蝕性差，特別用于污水管道時(shí)，防腐造價(jià)高。 本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)實(shí)力和管理水平有限，主管不宜大規(guī)模使用鋼管，但在高壓處、穿越鐵路、掛橋段及泵站接口等特殊地段建議采用[3]。

表1 常見污水管材對(duì)比表

2.4 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管具有塑料管材的優(yōu)點(diǎn)：重量輕，管節(jié)長(zhǎng)（常見 6～12 m），施工安裝、運(yùn)輸便利。 此外，水力性能好，但玻璃鋼夾砂管與同管徑管材相比價(jià)格偏高，且抗擊集中外力和不均勻外力的能力較弱[4]。在本項(xiàng)目中不適用。

對(duì)比表1 發(fā)現(xiàn)，各種管材價(jià)格：混凝土管＜UPVC(HDPE)管＜鋼管＜玻璃鋼管。結(jié)合農(nóng)村污水管網(wǎng)的特點(diǎn)，農(nóng)村污水管道主管盡量選用塑料管，如HDPE、UPVC 管；泵站外出水壓力管采用塑料管，如PE100；泵站內(nèi)工藝管、倒虹管及污水壓力管道跨橋采用鋼管；接戶管采用硬聚氯乙烯管(PVC-U)。

3 管道環(huán)剛度的計(jì)算

管道環(huán)剛度Sp是塑料管材的重要參數(shù)，選擇的環(huán)剛度Sp太小，可能發(fā)生管道變形、損壞；環(huán)剛度Sp太大，又會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。 設(shè)計(jì)中，可根據(jù)管道在組合荷載作用下的最大豎向變形Wd，max不應(yīng)超過0.05D0，可驗(yàn)算出管材的環(huán)剛度Sp。

式中：Wd，max——管道在組合荷載作用下的最大豎向變形（≤0.05D0）；DL——變形滯后效應(yīng)系數(shù)（取1.50）；Kd——管道變形系數(shù)（取0.1）；Fsv，k——每m管道管頂?shù)呢Q向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值；φq——地面荷載（φq=0.5）；qvk——車輪荷載傳遞到管頂處的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；D0——管道的計(jì)算直徑（m）；Sp；Ed——管側(cè)土的綜合變形模量（kN/m2）。

Wd，max是覆土厚度、管徑的函數(shù)，因此在選擇環(huán)剛度時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況，根據(jù)覆土厚度和管徑等參數(shù)綜合確定。 本項(xiàng)目推薦如下：

4 結(jié)語

針對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平較低、整體施工水平不高等特點(diǎn)，推薦主管道采用經(jīng)濟(jì)、便捷的塑料管，泵站、架管等特殊要求管段采用鋼管。 管道環(huán)剛度的選擇應(yīng)結(jié)合覆土、荷載及土質(zhì)等條確定，建議機(jī)動(dòng)車道下采用環(huán)剛度≥8，而庭院、田埂等荷載小，可視情況降低環(huán)剛度，節(jié)約投資。