夾砂玻璃鋼管在農業灌溉工程中的設計要點與注意事項

侯立柱

(新疆水利水電勘測設計研究院地質研究所 烏魯木齊 830000)

1 前言

隨著國家農業現代化的逐步實施，為加快新疆兵團農業的規模化、現代化、信息化建設，兵團黨委決定在兵團某師共青團農場建設國家級現代農業示范園區。為滿足園區4000余hm2耕地灌溉要求，根據項目區水源、地質、管理水平等條件，經經濟、技術方案比選，最終確定采用大口徑管道供水，而夾砂玻璃鋼管(FRP)是近年來國內外逐漸推廣使用的一種新型復合材料壓力管道，它采用樹脂I(輸送飲用水采用食品級樹脂)、玻璃纖維、石英砂為原料，用特殊工藝制作而成，由于其具有彈性大、剛度大、抗滲性和抗腐蝕強、比重小的特點，且具有優異的流體力學特性，被本工程所采用。本文結合新疆兵團國家級現代農業示范園區工程(以下簡稱園區工程)，從設計角度提出工程建設的幾點要點及注意事項。

2 工程概況

園區工程采用噴灌、滴灌共用技術，進行4000余hm2耕地的灌溉，鋪設輸水管道38.20km，全為加壓輸水，輸水流量為4.04m3/s，其中共布置9條夾砂玻璃鋼管，總長度為16.60km，管徑為 DN550～DN1200，剛度為5000N/m2。工程場地地質為土黃色、棕紅色、土灰色的黏性土層。該工程于2008年8月開工，2009年10月全部建成試通水，2010年3月全部竣工驗收，總造價1.3億元。

3 管道類別選擇

目前市場上用于農業灌溉的管道主要有玻璃鋼管、PCCP管(預應力鋼筋混凝土管)及UPVC管，在園區工程中通過對同等壓力條件下不同管徑的管材進行綜合比較(見表1和表2)，決定大口徑農業灌溉管道采用玻璃鋼管的技術，其經濟優勢比較明顯。

3.1 價格比較

表1 管材價格比較

3.2 管道性能比較

表2 管道性能比較

4 玻璃鋼管設計要點

4.1 玻璃鋼管水力計算

作為輸水加壓管道，應按滿流條件進行水力計算，一般用經驗公式:

式中 k——局部水頭損失系數;

L——管道設計長度，m;

Q——管道設計流量，m3/h;

f、m、b——摩阻系數、流量指數、管徑指數，參考相關資料取值;

d——管道內徑，mm。

4.2 內襯層要求

農業灌溉對內襯層材料要求不高，不需要采用食品級樹脂，但需滿足ISO7370標準和JC/T 838—1998要求。

4.3 管道結構技術指標

影響玻璃鋼管道結構設計的主要參數有工作壓力(靜水壓力和波動壓力)、外載(靜載和動載)、剛度、屈曲強度以及水錘壓力。

剛度衡量玻璃鋼管承受外界荷載、抵抗變形的能力，是玻璃鋼管道的一個重要性能指標，其物理表達式如下:

式中 SN——管壁剛度，N/m3;

E——管壁環向彎曲彈性模量，N/m2;

I——管壁慣性矩，對于均勻壁厚管道，I=t3/12，m4/m;

D——管道直徑，mm。

上式計算得出初始剛度，設計時應進行剛度校驗，玻璃鋼管剛度的校驗通常采用平行板荷載試驗，其剛度計算公式如下:

式中 F——在管道上施加的平行板荷載，N;

ΔY——荷載作用下管道的豎向撓曲變形量。

將ΔY=D×5%時對應的F值代入上式計算得到的剛度值即為對應管道的校驗。校驗剛度不應低于設計剛度，否則為剛度不合格管材。

4.4 其他性能指標

為保證農業灌溉長期正常運行，玻璃鋼管軸向拉伸強度、環向拉伸強度、軸向壓縮強度、巴氏硬度、內表面粗糙度等技術性能指標均應滿足相關標準的要求，目前國內執行的主要有中華人民共和國建材行業標準:CJ/T 838—1998《玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂夾砂壓力管》。

5 設計注意事項

a.玻璃鋼管為輕質管道，應特別注意各種工況下的抗浮驗算。

b.進行水錘壓力計算時，一定要分不同水錘產生條件，取最不利水錘校驗管道壓力等級。

c.如遇到埋深較淺(H＜1.2m)、水下安裝、基礎不平或易產生不均勻性沉降等條件時，應進行特殊設計。

d.盡量少使用大角度彎管，應特別注意管道支墩及管件聯接處等需加固部位的處理。

6 小結

園區工程已竣工驗收，從近兩年的結果來看，所有玻璃鋼管均運行正常，均達到設計要求，其經濟技術指標同其他管道相比十分優越，它的長使用壽命及低運行成本是其他管道無法相比的。另外，從施工過程來看，同等級的玻璃鋼管安裝難度比預應力鋼筋混凝土管大大降低，尤其是對于施工期較短的農業灌溉工程，其安裝進度快和工期短的優點尤為突出。如果在新疆范圍內，對相關的安裝定額進行調整并將材料價格進一步細化，玻璃鋼管道的經濟指標將更為優越，相信其在今后的農業灌溉工程中將越來越受歡迎。

1 CJ/T 838—1998 玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂夾砂壓力管［S］.

2 鐘云.玻璃鋼管道的應用［J］.玻璃鋼/復合材料，1997(1).

3 傅國棟.淺談大口徑FRP管的發展前景［J］.玻璃鋼/復合材料，1994(3).