供水工程管材選擇分析

梁新平

摘要：在長(zhǎng)距離供水工程中，管材所占投資比例約為45-60%，且對(duì)供水工程效益發(fā)揮影響巨大，因此，在選擇合理的管道材料非常重要，本次對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、PVC-UH的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比選分析，為類似工程提供參考和工程借鑒。

關(guān)鍵詞：供水工程;管材;比選;建議

1管材性能

目前在長(zhǎng)距離中小管徑的管道輸水工程中，應(yīng)用較多為預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、PVC-UH等。參考已建工程管材比選的特點(diǎn)以及各種管材應(yīng)用情況，本次對(duì)上述六種管材方案進(jìn)行介紹。

1.1預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

PCCP管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鋼筒，在管芯上環(huán)向纏繞預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層。

PCCP管為復(fù)合結(jié)構(gòu)，管材在工作狀態(tài)下，由管芯中（處）的薄鋼筒承擔(dān)管材的抗?jié)B和一定程度的縱向抗拉功能，由纏在管芯外的預(yù)應(yīng)力鋼絲和管芯混凝土承受管材的內(nèi)部水壓和外部土荷載及其它動(dòng)靜荷載，通過保護(hù)層砂漿保證預(yù)應(yīng)力鋼絲免遭侵蝕，因此PCCP管結(jié)合了鋼管和普通預(yù)應(yīng)力混凝土管的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮混凝土抗壓、鋼絲抗拉、鋼筒抗?jié)B等性能，其承受內(nèi)外壓的能力均較高，剛性管壁和粗糙外表面使之有很好的耐久性。

1.2玻璃鋼管（FRP）

玻璃鋼管是由合成樹脂和玻璃纖維復(fù)合制成的一種管材，目前市場(chǎng)上主要的玻璃鋼管產(chǎn)品有三類，分別是纖維纏繞純玻璃鋼管、纖維纏繞夾砂玻璃鋼管和離心澆鑄夾砂玻璃鋼管。

玻璃鋼管的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，有利于施工安裝，纖維纏繞玻璃鋼管單根管道長(zhǎng)度可達(dá)到12m，可減少接頭數(shù)量，降低施工費(fèi)用，加快施工進(jìn)度。

1.3鋼管（SP）

目前一般對(duì)于大口徑、承高壓的輸水工程可采用螺旋縫埋弧焊鋼管。承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，用雙面埋弧焊法焊接，鋼管承壓能力強(qiáng)，焊接性能好，經(jīng)過各種嚴(yán)格的科學(xué)檢驗(yàn)和測(cè)試，使用安全可靠。鋼管根據(jù)防腐材料可分為涂塑鋼管和3PE鋼管兩種。

1.4球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是使用18號(hào)以上的鑄造鐵水經(jīng)添加球化劑后，經(jīng)過離心球墨鑄鐵機(jī)高速離心鑄造成的管道。球墨鑄鐵管是目前給水管中應(yīng)用較多的管材，球墨鑄鐵管的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，使用年代長(zhǎng)，安全性高，管道承受壓力較高，采用橡膠圈接口，柔性較好，對(duì)地基適應(yīng)性較強(qiáng)，耐腐蝕性強(qiáng)，富有強(qiáng)韌性，耐沖擊強(qiáng)度大。

1.5PE管

PE管是用聚乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)擠出成型的一種給水管材。優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性好，埋地施工無需內(nèi)外防腐;密封性良好，采用電熱熔連接，管材與管件溶為一體，接頭較為可靠;無毒，安全衛(wèi)生;屬于柔性管材，對(duì)地基的適應(yīng)性較好;耐磨，耐久性等指標(biāo)均較高。

1.6PVC-UH管

高性能硬聚氯乙烯管（PVC-UH）采用最小要求強(qiáng)度（MRS）大于或等于25Mpa的聚氯乙烯（PVC）混配料為原料，經(jīng)擠出成型，并具有一體成型的鋼骨架密封圈承口結(jié)構(gòu)的管材。給水用PVC-UH管采用獨(dú)特的綠色環(huán)保無鉛配方體系，因而不會(huì)破壞水質(zhì)，衛(wèi)生無毒，具有良好的衛(wèi)生性能;強(qiáng)度高，耐腐蝕，PVC-UH管材規(guī)定了混配料的定級(jí)要求為MRS≥25MPa。

2管材比選

2.1水力學(xué)條件分析

主要分析其過水能力情況，以海澄威廉系數(shù)作為依據(jù)，該值越大，管道越光滑，過流能力越強(qiáng)。玻璃鋼管、PE管、PVC-UH管內(nèi)壁最光滑，為140-150;涂料內(nèi)襯的鋼管內(nèi)壁為環(huán)氧樹脂，系數(shù)為130-140。球墨鑄鐵管內(nèi)壁為水泥砂漿，系數(shù)為120-130，PCCP管系數(shù)為110-130。因此在同等管徑的情況下，玻璃鋼管、PE管、PVC-UH管的過流能力最強(qiáng)，涂料內(nèi)襯鋼管的過流能力較強(qiáng)，水泥砂漿內(nèi)襯的球墨鑄鐵管稍低。

2.2抗壓方面

PCCP管、玻璃鋼管最大為1.6MPa;PE、PVC-UH管最大為2.5MPa，球墨鑄鐵管最大為4.0MPa，鋼管可以滿足10.0MPa。對(duì)于承受外壓能力方面，球墨鑄鐵管最大，PCCP管、鋼管相對(duì)較大，玻璃鋼管和PE管相對(duì)最弱。

2.3地基適應(yīng)性及回填要求

六種管材的標(biāo)準(zhǔn)直管最大容許轉(zhuǎn)角均為1°，對(duì)管基的要求相對(duì)較高，主管區(qū)回填材料的最大粒徑PCCP管、鋼管及球墨鑄鐵管為40mm以下，玻璃鋼管、PE管及PVC-UH管為20mm以下。

2.4抗腐蝕性方面

鋼管、球墨鑄鐵管及PCCP管均受地下水及場(chǎng)地土的腐蝕性影響，均需采取一定的防腐措施，其中對(duì)PCCP管，要求管道外壁的砂漿保護(hù)層采用抗硫酸鹽水泥，并增設(shè)加強(qiáng)級(jí)環(huán)氧煤瀝青防腐措施;對(duì)于鋼管，管道內(nèi)外均需考慮防腐，內(nèi)壁采用常溫型環(huán)氧涂料或熱固性環(huán)氧樹脂、外壁采用涂塑或3PE防腐層，其中3PE外防腐層的結(jié)構(gòu)是熱固性環(huán)氧樹脂（防腐）+PE外保護(hù)層（防磕碰），涂塑外防腐層的結(jié)構(gòu)為PE（防腐與防磕碰合一）;球墨鑄鐵管管道內(nèi)壁采用水泥砂漿內(nèi)襯防腐，外壁采用噴鋅+環(huán)氧煤瀝青防腐層+聚乙烯套防腐。PE管、PVC-UH管和玻璃鋼管在抗腐蝕性方面性能突出，管材本身所用材質(zhì)已具備耐腐蝕能力，因此不需要額外增加防腐措施。

2.5施工方面

PCCP管吊裝重量最大，裝卸和搬運(yùn)相對(duì)困難，采用承插接頭，單節(jié)管長(zhǎng)5m或6m，接頭數(shù)量相對(duì)較多。球墨鑄鐵管吊裝重量最大，裝卸和搬運(yùn)相對(duì)困難，采用承插接頭，單節(jié)管長(zhǎng)5m或6m，接頭數(shù)量相對(duì)較多;鋼管吊裝重量較大，采用焊接接頭，單節(jié)管長(zhǎng)12m，接頭數(shù)量少，接頭為現(xiàn)場(chǎng)焊接，現(xiàn)場(chǎng)的工作量較大，施工速度相對(duì)最慢，并且施工現(xiàn)場(chǎng)焊接需要有電源，并保證工作坑內(nèi)無積水，涌水地點(diǎn)施工困難。PE管重量也較輕，采用承插接頭，單節(jié)管長(zhǎng)12m，最大可做到18m，接頭數(shù)量少，熱熔連接施工速度快。玻璃鋼管吊裝重量最輕，采用承插接頭，纖維纏繞管單節(jié)管長(zhǎng)12m，接頭數(shù)量少，施工速度快。

2.6維修和配件方面

長(zhǎng)距離輸水管線在運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生爆管、漏水等事故時(shí)，鋼管可切割，可焊接，可加工各類異型管件，維修最為便利;球墨鑄鐵管的切割性和可焊性都不好，一般也只能整體更換，維修不便;玻璃鋼管可通過現(xiàn)場(chǎng)纏繞玻璃纖維的方式進(jìn)行修補(bǔ)，但纏繞的可靠性不如焊接，維修較便利;PE管可通過換管熱熔或現(xiàn)場(chǎng)箍哈夫節(jié)的方式進(jìn)行維修，維修較便利。配件方面，鋼管采用鋼制管件，球墨鑄鐵管的管件較為豐富，但彎頭為定型角度，實(shí)際放線角度不可能都為定型角度，因此會(huì)采用部分鋼制管件;玻璃鋼管的管件由于是手工糊制，可靠性和穩(wěn)定性不高，一般都采用鋼制管件。

3結(jié)論

管材選擇時(shí)宜依據(jù)管道沿線地形、地質(zhì)條件、最大使用壓力、工程造價(jià)及供貨條件進(jìn)行綜合比選，確定推薦管材。建議PCCP適用于1.6MPa以內(nèi)，管徑在DN1400-DN3000，沿線底層巖性為卵礫石、且無地下水的地段。玻璃鋼管適用于1.0MPa以內(nèi)，沿線地層巖性為粉土、粘土或砂土的地段。PE管及PVC-UH管，適用于1.6MPa以內(nèi)，管徑不大于DN400的地段。球墨鑄鐵管、鋼管適用范圍較廣。

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