鋼波紋管取代現(xiàn)有輸水管材的應(yīng)用探討

凌培柱 馬 騁

一、概述

我國是一個水資源相對匱乏的國家，許多城市嚴(yán)重缺水，為了滿足日益增長的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水等需求，許多城市都面臨著調(diào)水、輸水的強(qiáng)烈需求，目前市場上常用的預(yù)制混凝土管、PCCP預(yù)應(yīng)力鋼管、球墨鑄鐵鋼管是常用的輸水管道，但是上述材料都有不同程度的嚴(yán)重缺陷，管道爆裂事故經(jīng)常發(fā)生，為了解決這類問題，本文對鋼波紋管作為輸水管道應(yīng)用進(jìn)行分析和比較，以供參考。

二、現(xiàn)有工程技術(shù)應(yīng)用對比分析

1.鋼筋混凝土管道構(gòu)造及存在的問題

預(yù)制鋼筋混凝土管道主要包括基礎(chǔ)、鋼筋混凝土管、對接處理等。每節(jié)鋼筋混凝土管長度受限，每節(jié)鋼筋混凝土管，如：直徑1.0m，長度2.0m，壁厚100mm，則自重為 1.7t，對運輸、安裝都造成不便。鋼筋混凝土管受到生產(chǎn)和自重的限制，故現(xiàn)場要進(jìn)行對接處理，以避免滲漏。

該管道在施工中出現(xiàn)的問題主要有：一是基礎(chǔ)混凝土基座水泥標(biāo)號達(dá)不到；二是施工效率低，一個班組五、六個工人，平均每天施工10m內(nèi)，而且受天氣的影響很大；三是質(zhì)量無法保證，鋼筋混凝土管的水泥接頭處理、回填土的密實等；四是人工占用比例大，占投資的40%以上，無法高效的機(jī)械施工。鋼筋混凝土管道的不均勻沉降后受水的壓力作用，管道爆裂，影響供水。

2.PCCP預(yù)應(yīng)力鋼管構(gòu)造及存在的問題

PCCP管構(gòu)造復(fù)雜，自重大，運輸困難，安裝不方便。PCCP的薄壁鋼管外壁纏繞鋼絲，再在鋼絲外面噴涂水泥砂漿，之后再在水泥砂漿外面做防腐防靜電處理，內(nèi)壁做防腐處理。該產(chǎn)品主要受力元素是高強(qiáng)度鋼絲，鋼絲直徑通常5～7mm，設(shè)計要求鋼絲要緊緊纏繞混凝土管芯，鋼絲要拉緊到應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度75%才是合格的；一旦砂漿防腐層有缺陷，鋼絲就被腐蝕，因為鋼絲直徑僅5～7mm，承受應(yīng)力大，腐蝕發(fā)生后很快就進(jìn)入鋼絲斷裂、管身爆裂。

鋼絲、水泥砂漿二種材料熱工特性差異大，砂漿層出現(xiàn)裂縫是自然的，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)允許小裂縫存在，允許小裂縫和有害裂縫分界線認(rèn)定難度大，就對有害裂縫開了通行口子；PCCP重量很大，運輸?shù)跹b中的輕微碰擦，都可以對砂漿層損傷，使小縫轉(zhuǎn)為有害裂縫；埋設(shè)條件諸多不同制作條件因子，如外壓、土壤中的侵害成分，也都可以使小裂轉(zhuǎn)為有害裂縫。當(dāng)有害裂縫受到腐蝕氣、液體侵蝕，很快造成鋼絲銹蝕斷裂，受到水壓及外部荷載壓力共同作用，發(fā)生管身爆裂事故是很正常的。

3.球墨鑄鐵管的構(gòu)造

球墨鑄鐵管是半鋼性半柔性的鋼管，管壁厚，自重大，價格高，運輸成本高，運輸不便，施工速度慢等特點。

4.鋼波紋管應(yīng)用輸水管道構(gòu)造

鋼波紋管輸水管道是用波紋狀板通過高強(qiáng)止水螺栓連接、專用波紋間緊密結(jié)合的止水橡膠、防止不均勻沉降的伸縮裝置拼裝形成的一種管道的形式，作為替代鋼筋混凝土管、PCCP鋼管、球墨鑄鐵鋼管的優(yōu)質(zhì)建材。管徑范圍為Φ0.5～8.0m，管壁厚度為1.5～12.0mm，能夠滿足填土0.5～40.0m厚的需要。

（1）鋼波紋管優(yōu)點

鋼波紋管自重較輕，如：直徑2.5m，長度1.0m，管壁厚度4.5mm，自重為0.45t，還沒有1m直徑鋼筋混凝土管的1/3重量，現(xiàn)場拼接，便于運輸和安裝。對地基基礎(chǔ)要求不高，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，適應(yīng)各種土、砂礫土基礎(chǔ)，處理簡單，清除硬物后壓實即可作為基礎(chǔ)使用，非常適宜農(nóng)田的軟土地基。

（2）施工方便，工序簡單

一般性土質(zhì)地基：如承載能力不高，清除表面后，需鋪設(shè)100～300mm砂礫墊層。若將管底基槽原狀土經(jīng)嚴(yán)格夯實以后（壓實度達(dá)96%以上），也可直接將鋼波紋管置于該地基上。特殊地基：當(dāng)處于軟土地基上時，需進(jìn)行處理，然后在其上鋪設(shè)一層大于200mm厚的優(yōu)質(zhì)砂礫墊層，緊密夯實。

由于鋼波紋管現(xiàn)場主要為現(xiàn)場拼接、土方開挖和回填作業(yè)，鋼波紋管中心標(biāo)高以下，應(yīng)采用砂礫回填，標(biāo)高以上采用現(xiàn)場可利用土即可，用壓實機(jī)具壓實。一臺挖掘機(jī)配合兩組工人的班組，每天能完成50m以上的拼接安裝工作。施工速度是其他管道施工的3倍以上，非常適合不利天氣下的工期要求。

（3）防腐

鋼波紋管在出廠時，已經(jīng)經(jīng)過熱浸鍍鋅，鍍鋅量要求大于600g/m2，平均厚度不小于84μm，使用年限大于50年。如果對水質(zhì)、環(huán)境較使用壽命要求高的情況下，可采用內(nèi)外加涂船用環(huán)氧無毒害油漆一道，或外壁噴涂環(huán)氧煤瀝青，內(nèi)壁加噴環(huán)氧無毒害油漆一遍，以加強(qiáng)防腐蝕作用，使用壽命可達(dá)到75～100年。

（4）應(yīng)用實例

2017年12月，安徽淮源水利設(shè)計院為“亳州市十八里泵站到花海大世界七百米輸水管線”應(yīng)用鋼波紋管道。此次應(yīng)用，設(shè)計方反復(fù)調(diào)研全國大量的鋼波紋管生產(chǎn)商、專業(yè)止水螺栓、止水材料生產(chǎn)商、防止不均勻沉降的伸縮節(jié)的應(yīng)用，開創(chuàng)了鋼波紋管應(yīng)用到輸水管道上的先例，為全國走出了一條創(chuàng)新模式。該項目采用直接2.5m，管壁厚4.5mm，設(shè)計流量 6m3/s，設(shè)計壓力1.5MPa，平均覆土厚度2m，穿越渦河河堤，穿越311國道亳州十八里鎮(zhèn)路段。該項目從渦河提防附近的淤泥地段到500m的原狀莊稼地、311國道硬性土，通過此次對各種土的復(fù)雜地適應(yīng)考驗，證明鋼波紋管作為輸水管線是值得推廣和應(yīng)用的。

鋼波紋管輸水管道采用柔性、高強(qiáng)度的鋼波紋板拼接現(xiàn)場而成，不僅具有適應(yīng)地基與基礎(chǔ)變形的能力，可以解決因地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的管道破壞問題，而且鋼波紋管道由于加裝了一種伸縮裝置，使得軸向和徑向都能滿足各種變形受力扭變，軸向和徑向同時分布因荷載引起的應(yīng)力應(yīng)變，可以更大程度上分散荷載的應(yīng)力集中，更好地發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，具有比鋼筋混凝土管更高的承載力。

（5）造價

DN2000以上的大直徑鋼波紋解決了預(yù)制混凝土管做不到大直徑的問題，如果和DN2000的混凝土管相比價格稍高，和同尺寸的PCCP預(yù)應(yīng)力鋼管相比價格比其低，運輸費用低，不存在超高超寬運輸問題，施工基坑作業(yè)面窄，土方開挖和回填工程量小很多，施工速度快。和球墨鑄鐵管相比價格只是球墨鑄鐵管的80%，解決了球墨鑄鐵管做不了特大尺寸的弊端，提高了施工速度，確保了施工質(zhì)量，減少了對環(huán)境的影響，延長了使用壽命，綜合效益明顯。

三、推廣的意義和作用

早在青藏鐵路修建之初，因要在凍融土上修建大直徑跨度的過路涵，混凝土橋不適應(yīng)這種變化很大的不均勻沉降，所以第一次將鋼波紋管引進(jìn)應(yīng)用到鐵路行業(yè)，之后的十幾年內(nèi)被推廣到公路、鐵路上大量應(yīng)用。鋼波紋管輸水管道如能應(yīng)用于農(nóng)田水利上，將逐步帶動其他水利項目的應(yīng)用和推廣，對水利行業(yè)在新材料、新技術(shù)應(yīng)用推廣方面將是革命性、里程碑式的突破，也將為水利行業(yè)的改革創(chuàng)新邁出堅實的一步■