淺談市政給水管道工程中管道材質的選擇及運用

陳文陽

(廈門市筼筜湖保護中心，福建 廈門 361004)

在市政工程進行給水管道項目建設時，確保供水的安全可靠性，對項目工程有著十分重要的作用和意義，現如今的市場中，管道種類較為繁多，因此在工程建設前，針對工程特點，對管道進行篩選有著決定性的作用，在選擇的過程中要從多方面因素綜合考慮進行選擇，才能將管道的安全性和適用性進行提升。隨著我國經濟水平的不斷上升和增長，城鎮建設化的需要，人民生活水平的攀升，使得市政工程建設也在不斷加快，對工程的各方面要求也在提升，在進行市政工程建設的過程中，要對給水工程管道提出更高的要求，保證給水管的靈活性、便利性和安全性，這些性能可以直接影響到整體工程的施工質量，本文主要對項目中市政給水管道材質的應用和選擇進行分析和研究，以便于對管道材質的了解和應用等。

1 工程概況

筼筜湖位于廈門島西南部，與廈門西海域相通，具有排洪、景觀、休閑娛樂等多重功能。湖區水域面積1.6km2，匯水面積37.1km2，庫容380萬m2，湖周邊共有排洪溝36條，主要雨水排放口49處。筼筜湖“西水東調”生態補水工程主要是通過沿松柏湖、天地湖新建敷設一條DN800-DN1400海水補水管道，管道長度約3.3km，更新提升海水補水泵站，泵房設置三臺水泵，每臺水泵設計流量為1.05m3/s，總設計流量最大為3.15m3/s等(圖1)。進一步提升筼筜湖上游區域松柏湖、天地湖等湖體水動力，保障充足水源，總體實現水質改善、水生態系統自我維持的水環境綜合整治目標。為確保工程質量，管道的選用就是項目的重點。

圖1 工程概況圖

2 項目給水管道材質選擇原則

(1)耐腐蝕性強(海水環境)。

(2)水力條件好，在相同條件下，輸水能力長期保持不變。

(3)管材性能可靠，抗震、防暴裂性能好，能承受要求的內壓和外壓。

(4)來源可靠，管配件齊全，貨源有保障，運輸條件好。

(5)施工方便，工程進度快。

(6)使用年限長，壽命≥50年，維修工作量小。

(7)工程造價低，技術經濟指標合理。

3 管道材質的比選

目前可采用的給水管管材主要有以下幾種。(1)鋼管。(2)球墨鑄鐵管。(3)鋼筋混凝土(PRC)管。(4)玻璃鋼連續纏繞夾砂管。(5)聚乙烯(PE)管。其性能說明如下(見表1)。

表1 管材綜合比較表

(1)鋼管 鋼管在不同行業中應用是最為廣泛的管材之一，使用較為長久，應用較為廣泛，是一種傳統給水管材中的應用材料，在城市供水中經常會用到的是Q235B鋼板制作而成的管材，該管材的優勢在于有著良好的韌性，使得管道和管件易于加工。

鋼管的主要優勢在以下內容中。材質較輕、強度高、承壓大、韌性好、適應性強、安裝簡便、抗沖擊性好，鋼管的焊接接口密封性好，對地基不均勻沉降適應能力強。

鋼管的主要缺點為耐防腐性能差，使用壽命一般不超過25年，本項目管道內外均為海水環境，對防腐會提出更高的要求；為保證管材在使用中壽命得到延長，需要對管材進行防腐或者是保護處理，主要的方式是可以通過涂料對其進行保護，以及加上犧牲陽極的復合防腐方式等，使得鋼管壽命延長到50年以上，但是該工藝施工較為復雜，并且焊接接口需要時間較長，工人焊接技藝要求較高，還需要先用砂子進行鋪底，并使用細砂回填以及夯實，以防止其過度變形等。

(2)球墨鑄鐵管(DIP) 球墨鑄鐵管(DIP)是使用18號以上的鑄造鐵水經過添加入球化劑之后，利用高速離心力鑄造成形，管壁密實，球狀石墨形態，以鐵素為主的基體。該管材既具有鐵的本質，同時又含有鋼的性能。其管材的特點在于，防腐性能力較強，延展性較強，安裝較為的簡便，通常用在市政、工業和礦業工程項目中進行給水輸送和輸送氣體等。該管材在防腐措施中不需要進行較為復雜的工藝，材料本身的耐腐蝕性較好，其材質柔韌性較高，可以承受較大的負荷，有著一定的伸縮性和曲折性，是管材中使用較為廣泛的材料之一，同時其電阻抗比鋼管大三倍。球墨鑄鐵管使用壽命≥50年。

還由于該管材在管道內壁中通常用水泥砂漿進行涂抹， 因此在進行長時間的使用之后，可以保證流量和流速不會產生較大的變化。并且根據相關的配套設施，可以自由的對相應厚度的管子和橡圈進行配套，可以更好的適應不同類型配件，接口方式通常采用較為簡單的滑入方式和機械柔性接口方式，施工相對簡單。

但是，大口徑球墨鑄鐵管和管件在運輸和安裝中難度相對較大，管壁較薄，在承插口端較容易發生變形，對于基礎較軟弱的區域，管材和管件接口處容易產生變形，會影響管道的敷設質量，且該管件本身價格相對較高。

(3)預應力鋼筋混凝土(PRC)管 預應力鋼筋混凝土(PRC)管應用廣泛，價格便宜，施工經驗豐富，抗震性能好，管壁光滑，水力條件好，耐蝕性良好，爆管率低，對水質無影響，使用壽命30年～50年。但是預應力鋼筋混凝土管重量大而質地較脆，裝卸和搬運困難，管配件缺乏，日后維修難度大；同時承插接口的加工精度難以保證，滲漏較大，輸水安全性相對較差。預應力鋼筋混凝土(PRC)管工作壓力0.4MPa～0.8MPa，管徑及壓力較大時使用較少。

(4)玻璃鋼連續纏繞夾砂管 玻璃鋼管按制造工藝不同分為兩種材質：一種是離心澆鑄型玻璃鋼管，另一種是纖維纏繞型玻璃鋼管。給水管道應用中通常采用的是纖維纏繞型的玻璃鋼夾砂給水管，主要是以玻璃纖維、 石英砂和不飽和聚酯樹脂為原料，在使用纖維纏繞法制成的復合材料管材，在近些年中，我國應用較為居多。而玻璃鋼夾砂給水管規格在 DN25-3 000mm壓力中的有30多種，一般小于或等于DN400的玻璃鋼管道中是不夾砂。通常使用玻璃鋼管一般壓力范圍在0.1MPa～1MPa，而大于0.6MPa的產量較少。

玻璃鋼連續纏繞夾砂管具有管輕(重量只有鋼管的1/4左右，是預應力鋼筋混凝土管的1/5-1/10)、強度好、耐腐蝕、水頭損失小(與同管徑的預應力鋼筋混凝土管和鑄鐵管相比，過流量要大30%)、密閉性好等優點，并且運輸、吊裝、連接方便；玻璃鋼連續纏繞夾砂管由于內壁光滑，輸送海水時，海生物不易附著，可長期保持輸水能力，減少維護成本；玻璃鋼連續纏繞夾砂管價格較低。由于剛性較低，易損壞，管坑的開挖回填的要求高，專業性安裝要求高，增加了安裝費用。

(5)聚乙烯(PE)管 聚乙烯(PE)管由于其強度高、耐腐蝕、無毒等特點，被廣泛應用于給水管制造領域。聚乙烯(PE)管比重小，熱導率低，壁厚均勻，能夠同時承受內壓和外壓，抗拉、抗壓、抗彎強度較大，物理機械性能較高；表面光滑、摩阻小，水輸送能力高且可以適應較大水量變化；不結垢、不滋生細菌；抗腐蝕性能良好，不受潮濕水分和土壤酸、堿、鹽的影響，對高低溫適應能力強；具有較低的彈性模量，具有較高的抗外沖擊性，在安裝及運輸過程中不易斷裂或損壞，其耐環境應力開裂性能非常突出，同時具有較低的缺口敏感性、良好的抗剪切強度和優異的抗刮痕能力，連接性能可靠、不易漏水，其玻璃化溫度在-60℃，冬季也可完成施工，施工方便、施工費用低；使用壽命≥50年，運行、維護方便、費用低；聚乙烯管道最常用的連接方式有:熱熔連接、電熔連接、承插式柔性連接、法蘭連接、鋼塑過渡接頭連接等。聚乙烯(PE)管一般應用于中小管徑，大管徑應用較少。

鋼絲網骨架塑料(聚乙烯)復合管較普通的聚乙烯(PE)管增加了高強度鋼絲網連續纏繞內襯骨架，在提高了管材抗內壓強度和剛度的同時，同時保留了柔性管材柔韌性的特點，適應變形能力較好，其剛度為8 000N/m2～16 000N/m2，其抗外荷載能力仍較差。

4 結論和建議

通過比選，預應力鋼筋混凝土(PRC)管對地質適應性較差、管道重、運輸不便、施工強度大、周期長，因此工程項目不予考慮。聚乙烯(PE)管和玻璃鋼連續纏繞夾砂管具有最好的水力條件，同樣的輸水能力，管徑最小，水損最小，可減少泵站的揚程，從而降低運行費用。

筼筜湖“西水東調”生態補水工程輸送介質為海水，外部環境也為海水腐蝕性環境，對防腐蝕要求較高，聚乙烯(PE)管和玻璃鋼連續纏繞夾砂管耐腐性性最強，海生物最不易附著，能長期保持輸送能力，減少后期管養。但考慮工程有數量較多的管道于湖底敷設，地質情況較為復雜，施工、維護及檢修不易，聚乙烯(PE)管易于運輸、安裝，使用壽命長，且聚乙烯(PE)管能夠同時承受內壓和外壓，密封性能好，柔韌性好，具有一定的彎曲度，適應地基能力強；玻璃鋼連續纏繞夾砂管較脆、抗壓能力差，對管道基礎要求高，因此必須對生產廠家的產品質量、管道運輸、施工質量等方面要求高。

現有西水東調補水管道系統不同區段采用了鋼管、混凝土管及聚乙烯(PE)管等多種材質，結合現有補水管道系統實際的運維管理，其中以聚乙烯(PE)管運行狀況最為良好，運行多年未有返修記錄。綜合所述，推薦采用聚乙烯(PE)管作為新建的補水輸水管道。