市政給水管道施工中選材的合理選擇

陳震宇

（廈門市特水集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

1 對(duì)管材的要求

輸水管必須具有足夠的強(qiáng)度，以承受外部的荷載和內(nèi)部的水壓；必須能抵抗沖刷并具有抗腐蝕的能力，特別對(duì)某些地下水有腐蝕性的地區(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，使水流阻力盡量減小；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

2.1 鋼管(SP)

鋼管應(yīng)用歷史較長，范圍較廣，用于市政輸水管道的管徑一般宜大于DN800，國內(nèi)最大鋼管直徑可達(dá)DN4000。鋼管管材一般采用Q235B(A3)碳素鎮(zhèn)靜鋼。鋼管按其焊接形式分為螺旋縫埋弧焊管和直縫埋弧焊管，后者適用于直徑大于DN2000的鋼管。鋼管的壁厚應(yīng)根據(jù)作用于管道上的內(nèi)外荷載和埋設(shè)條件，按《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50332-2002)計(jì)算確定，在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算厚度增加2mm腐蝕余量(當(dāng)采用內(nèi)外防腐涂層及陰極保護(hù)時(shí)可不增加腐蝕余量)。埋地鋼管易受腐蝕，必須對(duì)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500m時(shí)，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5-10m，因此在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)時(shí)鋼管的接頭較多。由于現(xiàn)場(chǎng)施工的接頭焊接及內(nèi)、外防腐涂層的施工質(zhì)量較難以達(dá)到工廠制作的質(zhì)量要求，往往會(huì)對(duì)鋼管的安全運(yùn)行及使用壽命帶來影響。

近年來，有些地區(qū)采用的擴(kuò)脹成型承插式柔性接口鋼管的制作及施工，較好地解決了上述問題。擴(kuò)脹成型承插式柔性接口鋼管能適應(yīng)地基不均勻沉降及管道的伸縮，抗震性能良好，并減少了鋼管的溫度應(yīng)力[1]。

2.2 鑄鐵管(DW)

按材質(zhì)可分為灰口鑄鐵管和延性鑄鐵管。灰口鑄鐵管口徑不大、材質(zhì)不穩(wěn)定，事故較多，在輸水工程中基本不采用。延性鑄鐵管也稱為球墨鑄鐵管，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。由于其具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，而且具有較好的韌性、耐腐蝕、抗氧化、耐高氣壓等優(yōu)良性能，故被廣泛運(yùn)用于輸水、輸氣及其他液體的輸送。球墨鑄鐵管采用柔性接口，按接口形式分為機(jī)械式、滑入式2種，按標(biāo)準(zhǔn)壁厚的不同分為K8級(jí)、K9級(jí)、K10級(jí)、K12級(jí)。球墨鑄鐵管外壁采用噴涂瀝青或噴鋅防腐，內(nèi)壁襯水泥沙漿防腐。

目前，國內(nèi)一些球墨鑄鐵管廠生產(chǎn)的產(chǎn)品按ISO2531國際標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)，其最大口徑達(dá)DN2200。由于球墨鑄鐵管性能好，且施工方便，不需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接及防腐操作，加上產(chǎn)量及口徑的增加、管配件的配套供應(yīng)等，已在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土管(PCP)

預(yù)應(yīng)力混凝土管有震動(dòng)擠壓(一階段)工藝制造和管芯纏絲(三階段)工藝制造2種。《預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管(震動(dòng)擠壓工藝))(GR5695-1994)中管徑規(guī)格為DN400～DN2000；《預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管(管芯纏絲工藝)》(GB5696-94)中管徑規(guī)格為DN400～DN3000。2種PCP管的靜水壓力均為0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa5個(gè)等級(jí)，管長為5m。

由振動(dòng)擠壓(一階段)工藝制造的管道所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力混凝土蒸養(yǎng)固結(jié)過程中的應(yīng)力損失達(dá)20%～30%，且不穩(wěn)定，故國外大多數(shù)國家已不生產(chǎn)和應(yīng)用[2]。PCP管均為承插式膠圈柔性接頭，可敷設(shè)在未擾動(dòng)的土基上，施工方便。PCP管管材價(jià)格低廉，自20世紀(jì)60年代以來，為較多城鎮(zhèn)給水工程所采用。PCP管若在軟土地基上敷設(shè)，需做好管道基礎(chǔ)，否則易引起管道不均勻沉降，造成管道承插口處膠圈的滑脫并導(dǎo)致漏水。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管屬于管芯纏絲預(yù)應(yīng)力管，其管芯為鋼筒與}昆凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)。該管有2種結(jié)構(gòu)形式：一種為內(nèi)襯式(PCCP-L)，即鋼筒在管芯外壁，用離心法工藝澆筑管芯混凝土，其最大管徑可達(dá)DN1400；另一種為埋置式(PCCP-E)，即鋼筒埋在管芯混凝土中部，用立式振搗法工藝澆筑混凝土，其最小管徑為DN1200。PCCP連接均采用剛制承插口膠圈柔性接頭。鋼制承插口與管芯鋼筒焊接，使其抗?jié)B性能良好。《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》(JC625-1996)中PCCP-L規(guī)格為 DN600～DN1200；PCCP-E規(guī)格為DN1400～DN3000，管材內(nèi)壓等級(jí)為0.4～2.0MPa，逢雙數(shù)排列9個(gè)等級(jí)。

PCCP管采用承插口連接，PCCP-E設(shè)有凸出承口，現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)方便，接口的抗?jié)B漏性能好，加上管材價(jià)格比金屬管便宜，因此，已得到較多應(yīng)用，但管體自重較重，選用時(shí)應(yīng)考慮從制管廠到工地的運(yùn)輸條件及費(fèi)用，還應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況及施工措施等因素。

2.5 玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂管(RPMP)

目前，玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂管在國內(nèi)有2種制管工藝。《離心澆鑄玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂夾砂管》(JC/T695)中，管徑為DN200～DN2400，共20種規(guī)格；公稱壓力分為0.4MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa5個(gè)等級(jí)；剛度(SN)分為2500N/m2、5000N/m2、10000N/m23個(gè)等級(jí)。《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂壓力管》(JC/T838)中，管徑為DN100～DN3000，共27種規(guī)格；公稱壓力為0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa5 個(gè)等級(jí)。剛度(SN)分為 1250N/m2、2500N/m2、5000N/m2、10000N/m24個(gè)等級(jí)。

ROMP具有比熱塑性料管更強(qiáng)的耐腐蝕性能和耐溫性能，其允許輸送水溫可達(dá)80℃，連續(xù)工藝?yán)p繞管管長可達(dá)20m以上，定長工藝?yán)p繞管管長可達(dá)8m以上，一般采用承插式膠圈密封柔性接頭；離心管管長均為6m，采用套簡(jiǎn)式膠圈密封柔性接頭。

RPMP摩阻系數(shù)小，設(shè)計(jì)n值為0.01，從而可降低水頭損失，節(jié)約能耗。此外，由于不需做內(nèi)外防腐，質(zhì)量輕，每節(jié)管長可選，運(yùn)輸方便，施工快捷。在選材中，除考慮RPMP工作壓力外，更應(yīng)注重管材的剛度及做好管道基礎(chǔ)，減少管道不均勻沉降。

2.6 硬聚氯乙烯管(UPVC)，聚乙烯管(PE)

塑料管的推廣應(yīng)用主要以UPVC管和PE管為主。

UPVC管由硬聚氯乙烯塑料通過一定工藝制成。UPVC管材不導(dǎo)熱、不導(dǎo)電、阻燃。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。

國內(nèi)的UPVC給水管材主要規(guī)格為DN15～DN700，共10多種。管材最高許可壓力為0.6MPa、0.9MPa和1.6MPa3種規(guī)格。管道主要連接方法有承插式連接、粘結(jié)劑粘結(jié)。

給水用PE管口徑為DN30～DN500，公稱壓力為 0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MP a、1.6Mpa。PE管有PE63，PE80和PE1003種強(qiáng)度等級(jí)，PE63級(jí)承壓較低，不宜用于埋地給水管道。PE管的物理性能：密度為950kg/m3；軸向線膨脹系數(shù)為0.22mm/(m·℃)；彈性模量為600脅；拉伸強(qiáng)度為25MPa。

PE管除具有UPVC管的優(yōu)點(diǎn)外，該管屬柔性管，對(duì)小口徑管可用盤管供應(yīng)，運(yùn)輸、敷設(shè)方便，連接時(shí)采用熱熔對(duì)接可將管道連接長達(dá)數(shù)百米進(jìn)行彈性敷設(shè)。為此，可利用PE管的這種特性對(duì)已敷設(shè)的舊管道進(jìn)行改造，也就是將PE管連續(xù)送入舊管道內(nèi)作為舊管道的內(nèi)襯。利用這種方法對(duì)舊管道進(jìn)行改造，施工方便，價(jià)格低廉，且可不進(jìn)行路面開挖。

當(dāng)塑料管管徑在一定范圍時(shí)，與金屬管相比具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，隨著管徑增大，經(jīng)濟(jì)性下降；其次，大口徑塑料管管件由于生產(chǎn)投資大，生產(chǎn)企業(yè)很少，容易造成管件與管材不配套，給工程施工帶來不便。因此，市政供水塑料管以DN500以下為主。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，塑料管材在全國各類管道中市場(chǎng)占有率達(dá)到60%以上。其中，城市供水管道(DN400以下)60%采用塑料管，村鎮(zhèn)供水管道70%采用塑料管。

[1]程金煦.大中型輸水管道管材選擇探討.給水排水，2001，27(5)：81-85.

[2]魏新宇，馬念尊，李杏敏.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)在給水管道工程中的應(yīng)用.管道技術(shù)與設(shè)備，2001(2)：30-32.