UPVC管道在灌溉管道工程中的應(yīng)用

任華紅

(洪洞縣水利局，山西 臨汾 041600)

1 工程背景

臨汾市洪洞縣2016年小型農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目位于洪洞縣趙城鎮(zhèn)，該農(nóng)田水利設(shè)施工程建成后將會(huì)為6個(gè)行政村帶來(lái)灌溉方面的便利，涉及總?cè)丝?332人，總耕地面積1140hm2，將使項(xiàng)目區(qū)新增可灌溉耕地面積946.66hm2。項(xiàng)目區(qū)主要為大陸性干燥氣候，在季風(fēng)的顯著影響下氣候較為溫和，四季分明。多年平均降雨量為492.1mm，降水年內(nèi)分配極不均勻，汛期雨量在全年降雨量中的占比在70%左右，7-8月份降雨量最大，因地形原因，山區(qū)常常出現(xiàn)局部性暴雨，今進(jìn)而引發(fā)洪水；降雨年際變化較大，年降水量最大值約為最小值的三倍，多年平均氣溫12.0℃，極端最高和最低氣溫分別為40.7℃和-18.6℃。

項(xiàng)目區(qū)主要建設(shè)內(nèi)容包括泵站工程、提水管道工程、蓄水池工程、輸水管道工程及田間灌溉工程。共設(shè)置四條灌溉輸水主管道，總長(zhǎng)度11.968km，其中主輸水管道①和主輸水管道②均采用設(shè)計(jì)外徑Φ225的UPVC管道，長(zhǎng)度共為3.393km；主輸水管道③和主輸水管道④均采用設(shè)計(jì)外徑Φ315的UPVC管道，長(zhǎng)度共為8.575km；主輸水管線沿線設(shè)7個(gè)排水閥、5個(gè)排氣閥，27個(gè)分水閥，9個(gè)減壓閥，48座閘閥井和167座鎮(zhèn)墩。

2 水文地質(zhì)條件

該農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目位于臨汾斷陷盆地以北，汾河左岸趙城鎮(zhèn)境內(nèi)。地形平緩，且主要呈現(xiàn)為沖積高階地與沖積低階地地貌，Ⅰ級(jí)階地、Ⅱ級(jí)階地、高級(jí)階地均有分布。項(xiàng)目區(qū)區(qū)域構(gòu)造較為穩(wěn)定，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，項(xiàng)目區(qū)西北部主要分布數(shù)條NNE向推測(cè)斷層，覆蓋層較厚，所以對(duì)項(xiàng)目并無(wú)較大影響。工程區(qū)地下水主要為松散巖層孔隙水，具體分為淺層潛水和中層承壓水。淺層潛水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水和汾河?xùn)|西兩岸地下水、河水，開(kāi)采方式主要為人工開(kāi)采以及向河流下游排泄。中層承壓水的補(bǔ)給來(lái)源主要為邊山側(cè)向徑流，排泄途徑以人工開(kāi)采為主。區(qū)域內(nèi)地下水埋深為1.5-4.8m。

3 灌溉管道方案設(shè)計(jì)

3.1 管材選擇

大量工程實(shí)踐表明，UPVC管材重量輕，內(nèi)壁光滑，不結(jié)垢和生銹，水力條件優(yōu)越，更不會(huì)對(duì)管道造成二次污染，質(zhì)地堅(jiān)硬，抗腐蝕性能優(yōu)良，其抗老化值、抗沖擊性能、抗化學(xué)有機(jī)物性能、抗熱性、熔接性、易卷性及抗壓性能均符合規(guī)范要求。且與其他類(lèi)型的塑料管材相比，UPVC管技術(shù)成熟，管材管件規(guī)格齊全，維修養(yǎng)護(hù)十分便利，在我國(guó)各大灌區(qū)成功應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富。

考慮到灌區(qū)主要為粉質(zhì)壤土，根據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合農(nóng)田灌溉工程施工經(jīng)驗(yàn)和地形地貌特點(diǎn)，按照施工和管理維護(hù)方便、節(jié)省投資的原則進(jìn)行田間管道工程管材選擇及布置：管網(wǎng)系統(tǒng)由主管、支管、斗管、給水栓及各種管件組成。4道主管道選用UPVC管道，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)11.968km。支管按照500m的間距垂直于主管布置；斗管按100m間距垂直于支管布置，支、斗管均選用UPVC管道，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)150km；根據(jù)實(shí)際情況給水栓間距取100m左右。

3.2 管徑設(shè)計(jì)

根據(jù)本灌區(qū)地勢(shì)條件及設(shè)計(jì)水頭損失進(jìn)行主、支、斗灌溉管道管段管徑的確定，《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》所規(guī)定的管道沿程損失[1]計(jì)算公式如下：

hf=f×(Qm/Db)×L

(1)

式中：hf為灌溉管段沿程水頭損失，m；f為UPVC管材摩阻系數(shù)，取5.65×105；Q為灌溉管道的設(shè)計(jì)流量，m3/h，主要根據(jù)控制灌溉面積進(jìn)行確定；L為灌溉管段長(zhǎng)，m；m為流量系數(shù)，取1.85；b為管徑系數(shù)，取5.04；D為UPVC灌溉管道內(nèi)經(jīng)，mm。

將本灌區(qū)灌溉管道相關(guān)參數(shù)取值帶入式(1)后可得出該灌溉工程局部管段水頭損失，并按照沿程水頭損失10%計(jì)[2]，具體結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 UPVC輸水管道水頭損失計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上對(duì)該灌區(qū)UPVC管道水頭損失計(jì)算結(jié)果，主輸水管道①和主輸水管道②設(shè)計(jì)管徑均為Ф225，而主輸水管道③和主輸水管道④設(shè)計(jì)管徑均為Ф315，支管、斗管設(shè)計(jì)管徑均為Ф110。

4 UPVC灌溉管道施工要點(diǎn)

4.1 溝槽開(kāi)挖回填

UPVC灌溉管材與球磨鑄鐵管材相比重量輕，安裝便捷，用工少，對(duì)安裝機(jī)具也無(wú)高要求，但是要求溝槽開(kāi)挖寬度必須達(dá)到規(guī)范規(guī)定，如果管材溝槽開(kāi)挖寬度不符合相關(guān)規(guī)范，雖然不會(huì)直接影響UPVC灌溉管材的安裝，但是會(huì)影響回填質(zhì)量及壓實(shí)度，在回填及壓實(shí)的過(guò)程中，很容易導(dǎo)致管道破裂。與此同時(shí)，管材開(kāi)挖溝槽底部砂墊層厚度應(yīng)至少為100mm，尤其對(duì)于土壤地質(zhì)條件較為特殊、溝底大塊礫石較多的區(qū)域，必須嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，確?；靥钍┕べ|(zhì)量。

4.2 管道安裝

UPVC灌溉管材比金屬管材重量輕，安裝過(guò)程中無(wú)需大量人工和施工機(jī)具，主要通過(guò)膠圈接口連接，能大大降低安裝成本，提升安裝效率，且這種性能優(yōu)勢(shì)隨管徑的增大而愈發(fā)明顯。但是，UPVC灌溉管材端口無(wú)頂進(jìn)深度刻度線，在頂進(jìn)深度方面存在掌握難度，尤其是在夜間或光線不良情況下安裝的過(guò)程中，造成漏水或試壓失敗的可能性較大。此外，在UPVC灌溉管道安裝的過(guò)程中可能需要切割管材，而UPVC彎頭多為雙承口接頭，如果切口端面坡口不到位，則會(huì)增大安裝難度，還會(huì)導(dǎo)致膠圈頂壞、錯(cuò)位。

UPVC管材的連接方式通常有承插膠圈連接、法蘭連接和黏合連接，對(duì)于較大管徑的UPVC管道通常采用承插膠圈連接方式，而黏合連接方式對(duì)于施工過(guò)程中管段接頭處的清潔程度要求較高，同時(shí)還受到環(huán)境溫度和空氣濕度等的較大影響，質(zhì)量控制難度大。為此本農(nóng)田灌溉工程UPVC管材連接采用法蘭連接方式。

4.3 管道試壓

在進(jìn)行本灌區(qū)UPVC灌溉管道試壓時(shí)，按照相關(guān)規(guī)范的規(guī)定試驗(yàn)靜水壓力應(yīng)大于設(shè)內(nèi)水壓0.8MPa，在進(jìn)行管道試壓時(shí)沿用球磨鑄鐵管試壓標(biāo)準(zhǔn)，將試驗(yàn)水壓設(shè)定為1.0MPa，穩(wěn)壓30min[3]。考慮到UPVC管道具有比金屬管材更大的軸線膨脹系數(shù)，所以應(yīng)采用較高的試壓標(biāo)準(zhǔn)，而試壓過(guò)程中也會(huì)造成接口滑出2.0-5.0mm，為避免接口繼續(xù)滑出，回填土方必須符合設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求，且管道支墩強(qiáng)度和后背安全穩(wěn)固性均應(yīng)按規(guī)范控制，確保試壓順利。

4.4 管道支墩

UPVC灌溉管材在我國(guó)農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目中的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，但是部分規(guī)范并不完善，例如管道支墩技術(shù)方面，金屬管材支墩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖集已經(jīng)相對(duì)完整，技術(shù)及施工人員對(duì)金屬管道支墩施工流程已經(jīng)相當(dāng)熟悉，但遺憾的是UPVC灌溉管道支墩施工技術(shù)并無(wú)相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，在施工操作中，施工人員通常沿用金屬管材支墩技術(shù)進(jìn)行UPVC管道支墩砌筑施工，但是金屬管材和UPVC管材在材質(zhì)、性能、承載力等方面存在較大差異。為防止因操作技術(shù)不同引發(fā)管道局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致UPVC管材損壞，影響安全施工與工程運(yùn)行，本工程管理部門(mén)結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范及灌區(qū)土質(zhì)條件，制定出適用于本工程的UPVC管道支墩施工規(guī)范，保證了管道支墩安全施工及灌溉工程安全運(yùn)行。

5 結(jié) 論

通過(guò)文章對(duì)位于洪洞縣趙城鎮(zhèn)的《臨汾市洪洞縣2016年小型農(nóng)田水利設(shè)施項(xiàng)目》中UPVC灌溉管道應(yīng)用過(guò)程的分析表明，UPVC管道應(yīng)用于農(nóng)田灌溉工程能大大減少傳統(tǒng)渠道高填挖方工程量，節(jié)省工程投資，還能減少工程占地，提升農(nóng)田土地資源的使用效率。UPVC管以樹(shù)脂為原材料，不含增塑劑，無(wú)毒性，且抗腐蝕性和柔性?xún)?yōu)良，不會(huì)與酸、堿、鹽等發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，也無(wú)需涂刷防腐涂層和設(shè)置內(nèi)襯，對(duì)于農(nóng)田灌溉工程以及農(nóng)村安全引水工程、城市供水工程等均具有普遍適用性。