農(nóng)村飲水和灌溉輸水工程中管材的選用

[摘 要] 輸水工程中管道管材的選取對(duì)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有非常重要的意義，本文對(duì)幾種常見的輸水管材的特性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析探討，并結(jié)合工程實(shí)例，為相關(guān)單位選取管材提供參考。

[關(guān)鍵詞] 輸水管道；管材；選用

[中圖分類號(hào)] S277.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2017）11-95-2

在農(nóng)村飲水和灌溉輸水工程的設(shè)計(jì)中，管道管材的選取是非常重要的環(huán)節(jié)。近幾年，隨著工程技術(shù)和新型材料的發(fā)展，新型管材和新的生產(chǎn)工藝越來(lái)越多。但各廠家出于自身的經(jīng)濟(jì)利益考慮，往往盲目夸大自己產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。市場(chǎng)上常見的室外輸水工程管道主要有鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管及硬塑料管五類，現(xiàn)將各管材特性分析如下。

1 管材特點(diǎn)

1.1 鋼管（SP）

鋼管應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，適用范圍廣，輸水工程中大口徑管道比較常用的是螺旋焊接鋼管和直縫焊接鋼管。焊接鋼管通常是以Q235B（A3）帶鋼卷板為原材料，經(jīng)常溫?cái)D壓成型，再焊接成的表面有接縫的鋼管[1]。按焊縫形狀可分為直縫焊管和螺旋焊管。直縫焊管生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低，發(fā)展較快；螺旋焊管的強(qiáng)度一般比直縫焊管高，能用較窄的坯料生產(chǎn)管徑較大的焊管，還可以用同樣寬度的坯料生產(chǎn)管徑不同的焊管。但是與相同長(zhǎng)度的直縫管相比，焊縫長(zhǎng)度增加30%～100%，而且生產(chǎn)速度較低。因此，較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊。

鋼管的特點(diǎn)是耐高壓、耐沖擊、韌性強(qiáng)、管壁薄、重量輕且接口少，對(duì)不同地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，穿越障礙物容易，而且其壁厚可以由內(nèi)壓及剛度要求而決定。管道接口一般為剛性焊接，管件齊全，易于加工安裝，施工較方便。鋼管的缺點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)較高，而且抗腐蝕性差，容易污染水質(zhì)，內(nèi)外壁均需做防腐處理，使用壽命不長(zhǎng)。

1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是經(jīng)過(guò)球化和孕育鐵水處理后，析出的石墨成明顯球狀的鐵水生產(chǎn)的管材，也稱為可延性鑄鐵管。以離心工藝生產(chǎn)的管材為離心球墨鑄鐵管，以連續(xù)澆注法生產(chǎn)的管材稱為連續(xù)鑄造球墨鑄鐵管。

球墨鑄鐵管是延伸率、剛度、抗拉強(qiáng)度均較大的金屬管道，承受土壤靜荷載及地面動(dòng)荷載的能力強(qiáng)。采用柔性接口，管件規(guī)格齊全，對(duì)地基適應(yīng)性較強(qiáng)[2]。球墨鑄鐵管的缺點(diǎn)是壁厚比鋼管厚，所以重量比鋼管重、價(jià)格高，而且鑄鐵管內(nèi)壁易長(zhǎng)銹結(jié)瘤，對(duì)水質(zhì)有一定影響，長(zhǎng)期使用管道的過(guò)水能力會(huì)下降。

1.3 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是由鋼板、預(yù)應(yīng)力鋼絲、混凝土和水泥砂漿4種基本原材料在經(jīng)過(guò)鋼筒成型、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)的施加和保護(hù)層噴射等制造工藝后，構(gòu)成的一種新型復(fù)合管材。其是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。按其結(jié)構(gòu)分內(nèi)襯式與埋置式，公稱內(nèi)徑600～1 200 mm為內(nèi)襯式，公稱內(nèi)徑1 400～3 000 mm為埋置式。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管造價(jià)比鋼管低，可以承受較高的工作壓力和外部荷載，接口采用鋼板冷加工成型，加工精度高。采用雙橡膠圈，密封性能好，接口較為簡(jiǎn)單，防腐性能好，使用壽命長(zhǎng)，而且管徑大。但預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的缺點(diǎn)是自重大、質(zhì)地脆、切鑿困難，最大偏轉(zhuǎn)角1.5°，對(duì)地形適應(yīng)能力差，在基礎(chǔ)處理、運(yùn)輸及吊裝成本較高，在復(fù)雜的地形使用更顯麻煩，這些都是制約該管普遍使用的主要因素。

1.4 玻璃鋼夾砂管（GRP）

玻璃鋼夾砂管是近些年國(guó)內(nèi)新興的一種優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料管道，全稱是玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管，是以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等為基體材料，以石英砂為填充材料的一種復(fù)合材料管道。

玻璃鋼夾砂管的優(yōu)點(diǎn)是材料強(qiáng)度高、密封性好、重量輕，管道內(nèi)壁光滑，水頭損失小，在相同輸水量管徑比其他管材小，具有良好的防腐性，使用壽命長(zhǎng)，管道維修方便快捷，安裝時(shí)不需要大型起吊設(shè)備，施工難度小。玻璃鋼夾砂管的缺點(diǎn)是，抗外壓能力相對(duì)較差，抗折性能差易受沖擊破壞，用于溫差大的地方易老化變形，管道為半柔性管道，對(duì)溝槽回填要求高，回填料應(yīng)是粗粒土，回填料的壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到95%[3]。

1.5 硬塑料管（UPVC）

室外給水硬塑料管常見的有聚氯乙烯管（UPVC）和聚乙烯管（PE）。由于聚氯乙烯管的強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性稍強(qiáng)于聚乙烯管，所以在實(shí)際應(yīng)用中聚氯乙烯管更廣泛。硬塑料管（UPVC）是以聚氯乙烯樹脂為原料，加入為生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的管材所必要的添加劑組合，不含增塑劑的塑料管材。

硬塑料管的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，水頭損失小，清潔衛(wèi)生，安裝方便快捷，配套的各種管件豐富。缺點(diǎn)是管徑較小，大管徑價(jià)格高，溫差大易老化變形。

各種管材機(jī)械性能和綜合成本對(duì)比見表1和圖1。

2 管道選材的基本原則

根據(jù)各管材的特性，建議在輸水管道選取時(shí)遵循以下原則：硬塑料管小管徑與金屬管相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，建議管徑DN300以下水壓小于2 MPa使用硬塑料管；球墨鑄鐵管小管徑和大管徑鑄造困難價(jià)格較高，管徑DN300-DN1000考慮使用球墨鑄鐵管；管徑DN1000-DN1600水壓小于1 Mpa使用玻璃鋼夾砂管；預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在大口徑范圍具有優(yōu)勢(shì)，DN1600以上大管徑地形條件較好的建議使用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管；鋼管在不同管徑均不具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但其優(yōu)良的力學(xué)性能和廣泛的適用性是其他管材不能相比的，在大、中口徑中廣泛應(yīng)用，特別適用于地形復(fù)雜、要求較高的情況[4]。

3 工程實(shí)例

筆者承擔(dān)了甘肅省平?jīng)鍪斜睏顫舅畮?kù)輸水管道的設(shè)計(jì)工作。該水庫(kù)是一座以農(nóng)村飲水和灌溉為主的小（2）型注入式水庫(kù)，總庫(kù)容94.82萬(wàn)m3，工程總投資9 981萬(wàn)元。工程從北楊澗溝道上的取水樞紐通過(guò)輸水管道將水引入下游的注入式水庫(kù)，水庫(kù)設(shè)在北楊澗溝出口的平坦臺(tái)地上。輸水管道基本沿溝道左岸階地布設(shè)，管道總長(zhǎng)3.49 km，由于水頭不足，采用無(wú)壓輸水，設(shè)計(jì)輸水流量0.3 m3/s，設(shè)計(jì)縱坡最大1/222，最小1/755。管線所處溝道地形屬隴東黃土丘陵溝壑區(qū)，地形陡峻，溝谷縱橫，輸水管線共跨越河道和山溝8處。由于輸水管線地形復(fù)雜，施工難度較大，管道采用地埋式且埋深較淺，經(jīng)綜合分析比選，最后確定采用DN700螺旋鋼管作為輸水管材，管道外防腐采用環(huán)氧煤瀝青加玻璃絲布（三油兩布），內(nèi)防腐采用涂刷無(wú)毒防腐涂料（一底三面）。目前工程已竣工通水，運(yùn)行良好。

4 結(jié)語(yǔ)

正確合理地選用管材，對(duì)提高輸水工程的投資效益和供水安全性都具有十分重要的意義。在工程應(yīng)用中，要在掌握各管材的特性的情況下，結(jié)合工程的實(shí)際情況，經(jīng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合比較后確定管材的選取。

參考文獻(xiàn)

[1]《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50332-2002.給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]蔣柱武.給排水管道工程[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.

[4]宋岢岢.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.