1500塑料管在市政排水工程中的應用研究

丁杰

（上海吳淞市政建設有限公司，上海 200941）

1 我國排水塑料管道發展現狀及趨勢

我國過去在埋地排水領域應用塑料管較為落后，原因之一是中國過去對環境保護不夠重視，排水管的建設投資不足;傳統上排水主要采用價格最低的平接混凝土管，原因之二就是我國過去對于塑料埋地排水管的研究試驗不夠，實際應用經驗不足，一直沒有定出國家級的設計和驗收規范，也沒有對埋地排水管的生產設備進行研究開發。即使有幾個企業引進了埋地排水管生產線，由于推廣工作不力，只停留在做個別的試驗工程階段。過去，由于我國的環保意識不強，對城市排污管道建設投資不重視，在運行的城市排污管網有50%以上的是80年代鋪設的，其主要是混凝土管、鑄鐵管、陶制管以及用磚石砌成的暗渠。目前大部分己經多年失修，管道腐爛、接頭滲漏極為嚴重，管道破損、塌陷、堵塞時有發生。

近幾年，我國塑料埋地排水的市場開始復蘇，一方面是我國國民經濟持續穩定的高速增長，為城鎮基礎設施建設提供了良好的宏觀環境和廣闊空間，為塑料管的推廣應用提供了市場發展空間。另一方面，隨著我國對于環境保護的日益重視，特別是在2000年11月國務院發出《關于加城市供水排水節水和水污染防治工作通知》(國發)(2001)36號之后從國中央到地方各級政府出臺了一系列節水，治污保護環境的政策法規。

近幾年來塑料埋地排水管的市場開始起步，是因為對于塑料埋地排水管的研究試驗和標準及規范制定工作逐步有了進展。通過實際應用，塑料埋地排水管的優點正在逐步被認識，部分地區已開始大量應用。建設部組織的兩個推廣會上海、北京等市政部門都介紹了使用塑料埋地排水管的成功經驗。

2 塑料管和混凝土管物理性能比較研究

2.1 強度和剛度

塑料管屬柔性管，在受外載荷時，剛性管和柔性管的承受負載荷的機理則是完全不相同的。剛性管在受外壓破壞之前不可能產生較大變形，而柔性管在受壓破壞之前，可以產生較大的變形。當柔性管在產生破壞之前先變形即產生橫向外擴，這樣管材周圍的回填土壤可以起到阻止柔性管變形及外擴的作用，外壓載荷被傳遞和分攤到周圍的回填土中去了;而剛性管受外載荷時，負載完全通過管材傳遞到管床底部，在管材管壁內產生彎矩，隨著管材直徑加大，管壁的彎矩和應力急劇加大，所以大直徑的混凝土排水管常常需要增加鋼筋，已增加其承受外載荷的能力。

2.2 水力特性比較

水力特性方面由于塑料管內壁光滑，在輸送液體時其比摩阻明顯小于混凝土管。塑料管的內壁粗糙系數為0.01,而混凝土管為0.014，因此在同樣的使用條件下，塑料管的輸水量可比混凝土管提高40%。實踐證明，在相同的坡度時，相比混凝上管采用直徑較小的塑料埋地排水竹就可以達到要求的流量;在相同的直徑下，采用塑料埋地排水管可以減少坡度同時減少了鋪設工程費。

2.3 密封性

密封性方而塑料管的連接較可靠，密封性能較好，抗不均勻沉降性強及能適應較大角度變位。根據接頭的水壓試驗，直線接頭防滲壓力可達0.2MPa。接頭的轉角變形試驗表明，該管可有效消除不均勻沉降對管道接口的不利影響。而且疑土排水管在保證密封性方面是比較難的。

3 相同管徑情況下塑料管與混凝土管輸水量比較

在管徑、粗糙系數一定的情況下，當充滿度、水力坡度、流速三個因素中兩個因素一定時塑料管及混凝土管輸水能力的區別。

3.1 管徑相同、充滿度相同、流速相同時塑料管與混凝土管的輸水量比較當管徑相同、充滿度相同、流速相同時，則兩種管道的水力半徑相同，過水斷面面積相同，因此，兩種管道的輸水量相同。但這時塑料管的坡度較混凝土管小，混凝土管的坡度是塑料管的40%倍，這樣在施工的過程中塑料管較混凝土管可大大節省造價。

3.2 管徑相同、坡度相同、流速相同時塑料管與混凝土管的輸水量比較

當管徑相同、坡度相同、流速相同時，塑料管的過水斷面面積較混凝土管小，塑料管不能達到最大充滿度，管道未得到充分利用，從經濟方面考慮，設計人員一般也不會考慮這樣的設計，所以在這種情況下，兩種管道無可比性。

4 流量相等時塑料管與鋼筋混凝土管的工程造價分析

混凝土排水管要求使用混凝土基礎，所用的混凝土量大且養護時間長，而塑料管要求在標高下下挖0.1到0.15m管道基礎用細砂石墊底即可，操作簡單，不需養護，大大提高了施工效率。

由表1可見，同等管徑的混凝土管與塑料管由于采用的基礎不同，相關長度上，總價也不相同，塑料管的施工簡易且造價低。

5 層次分析法數學模型的建立與分析

5.1 層次分析法

“層次分析法”(Analytic Hierarchy Proeess，簡稱AHP)是一種定性與定量分析相結合的多因素決策分析方法，在20世紀70年代中期由美國運籌學家T.L.Saaty正式提出。

層次分析法主要包括四個基本步驟:第一步，在確定決策的目標后，對影響目標決策的因素進行分類，建立一個多層次結構;第二步，比較同一層次中各因素關于上一層次的同一個因素的相對重要性，構造成對比較矩陣;第三步，計算與成對比較矩陣最大特征根相對應的特征向量，檢驗成對比較矩陣的一致性，必要時對成對比較矩陣進行修改，以達到可以接受的一致性;第四步，在符合一致性檢驗的前提下，確定每個因素對上一層次該因素的權重，進而計算各因素對于系統目標的總排序權重并決策。

5.2 管材選擇數學模型的建立

如下圖把塑料竹材應用可行性分為目標層為管材優選;四個準則層次;準則層分別從物理化學條件、水力條件、施工安裝條件、綜合造價四個方面來分析。每個準則層又分有三個主要影響因素，根據情況不同，把準則層底下又分為若干幾個指標層。物化指標分為:環剛度、重量、使用年限;水力指標分為:流量、流速、坡度;施工安裝指標分為:安裝基礎、埋深、接口;綜合造價指標分為:人工費、材料費、機械費。這里考慮的是主要影響因素，一些次要因素因為影響不大或不利于定量分析而舍棄。

四個準則層與目標層構建層次比較矩陣來分析。首先確立目標層A和四個準則層B的層次矩陣(A-B)(圖1)。構造的A-B層次矩陣(表2)。

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需要說明的是:A-B層次矩陣中準則層的指標權數是根據塑料管與混凝土管定性與定量比較得出的。

5.3 原則層和指標層矩陣的一致性檢驗

5.3.1 首先利用下式計算層次矩陣每一行元素的乘積：

5.3.2 計算層次矩陣的權重矩陣w的乘積：

5.3.3 計算下式C.R：

C.R=0<0.1時，認為通過一致性檢驗。

6 總結

本文通過對目前常用塑料管及混凝土管的物理力學性能進行比較得出，塑料管無論是在強度及剛度還是密封性優于混凝土管，還有就是管徑相同、充滿度相同、流速相同時塑料管與混凝土管的輸水量相同，但此時塑料管的埋設深度大大減小，塑料管的埋設深度較混凝土大約減小一半。同時本文通過對管材的分析比較和，而且建立了數學模型進一步說明了塑料管道在各方面的優越性，為城鎮管網建設在管材的選擇方面提供了一定的依據

[1]王磊.層次分析法的應用，科技信息，2007年

[2]肖治斌.市政工程塑料埋地排水管道的性能和施工技術，科學咨詢導報，2007年