山區水利工程各種管道比較與選擇

□蒲繼剛(貴州省水利科學研究院)

1.山區水利工程多種管道的比較

山區水利工程多種管道每一種都有各自的特色。在山區中，水利工程事業還處在相對比較落后的狀態。因此管道的應用就會相對比較多樣化。

1.1 鋼管管道

鋼管按制管材質（即鋼種）可分為碳素管、合金管、不銹鋼管等。在水利工程中鋼管主要用于輸送水流體。鋼管按生產方法可分為兩大類：無縫鋼管和有縫鋼管。但在樹立工程中一般使用無縫鋼管。農業灌溉用水龍頭帶管和噴灌用管等。無縫鋼管是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。無縫鋼管具有中空截面，可用作輸送流體的管道，如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長相等的條件下，圓面積最大，用圓形管可以輸送更多的流體。

1.1.1 鋼管管道的特點

鋼管管道具有一些優點：鋼管管道外徑小，精度高，表面質量好，性能優越，金屬密度高，機械強度高，耐壓、耐熱性好。在抗彎抗壓方面具有很強的能力。使用鋼管管道可以大大減輕結構重量，節約鋼材。但是鋼管管道也有一些缺點，在現在大多數山區中，鋼管管道的應用不是很普及。在山區水利工程中鋼管管道的使用有一定的困難。此鋼材用久后容易生銹，在山區中使用鋼管管道也會加劇當地的經濟困難。山區地表崎嶇，而且管道用量要長距離使用。裸露在地表上的管道經風吹日曬很容易損壞從而降低了水利工程事業的發展。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管已大量使用在城市供水管網中。其優點是延伸率、剛度、抗拉強度均較大，承受土壤靜荷載及地面動荷載的能力通常比其它管材強,襯里和管壁外表面不需另作防腐，采用承插式接口，組裝工藝成熟，可承受內水壓力超過2.5MPa以上，使用壽命通常有50-100年，比化學管材及鋼管使用壽命長；其缺點是只能提供標準管件，單管重量大，同直徑、同內壓單位長度管重比鋼管重1.35倍，在野外特別是山區交通條件不便的情況下二次搬運費用高，安裝不便。

1.3 玻璃夾砂管道

玻璃管道是一種輕質、高強、耐腐蝕的非金屬管道。玻璃管道是把樹脂基體重的玻璃纖維纏繞在旋轉的芯模上，并石英砂鋪在玻璃纖維之間制作而成的。玻璃管道采用樹脂（輸送飲用水采用食品級樹脂）、玻璃纖維、石英砂為原料。玻璃管道在水利工程中主要用于農業灌溉、污水輸送、雨水輸送。

1.3.1 玻璃管道的特點

玻璃管道管壁結構合理先進，強度高，穩定性和可靠性強，能充分發揮材料的作用。玻璃管道具有高抗腐蝕性能，玻璃表面不易腐蝕，使用時間比其他的鋼管管道長，使用壽命長。玻璃管道管壁表面光滑，不易結垢，液體流通速度快，能夠很好地保護水體的質量。玻璃管道還有輕質高強、抗震性強的特點。能夠大大提高水利工程的效率。但是玻璃管道也有一些缺點，玻璃管道在山區水利工程中應用起來很不方便，工程量大，玻璃具有易破碎的特點。一旦造成玻璃的破壞就很難修復。因此玻璃管道在使用工程中必須要保護好玻璃不被破壞。只有這樣玻璃管道才能大大提高工作的流通和效率。

1.4 預應力鋼筋混凝土管（PCCP管）

PCCP管是我國于20世紀90年代初從美國引進的新型管材生產技術，采用新型復合材料，其工作原理是：將預應力鋼絲按設計拉應力和螺距連續均勻地纏繞在混凝土管芯上，使其處于壓應力狀態，能夠平衡內部壓力或外部荷載而不破裂。在2000年以來，PCCP管廣泛用于水利、電力、市政和自來水供水主管項目上，其中南水北調工程北京段采用了DN4000mm的PCCP管，為國內同類管道最大口徑。

其主要優點有材料單價低、采用承插式接口，安裝方便；其缺點主要是PCCP管容易發生的空鼓問題。尤其是離心成型的的管材，更應加強這方面的管理與檢查。對該管材的混凝土與水泥砂漿表面的裂縫較難控制，且標準管件重量大，比同管徑、同壓力作用下的鋼管重2.8倍，山區運輸困難，施工難度大，臨時費用投資較大。

2.管材選擇

2.1 鋼管和預應力混凝土管比較

目前使用的預應力混凝土管公稱壓力在0.2～1.0MPa，因此僅水頭在1.0MPa以下考慮預應力混凝土管，對于高于1.0MPa以上水頭的管道，可按壓力要求直接采用焊接鋼管。

表1 同種型號管材比較表

可以看出雖然預應力混凝土管比鋼管重，但價格便宜，綜合下來0.2～1.0MPa采用預應力混凝土管比鋼管經濟。

2.2 鋼管和球墨鑄鐵管比較

表2 同種型號管材比較表

球墨鑄鐵管和鋼管單價相當，但球墨鑄鐵管施工方便，對同樣管徑的管道，應選擇單位重量較輕的材料，由上表不難看出Φ800mm的管道，球墨鑄鐵管重量較大無優勢，仍選用焊接鋼管。

2.3 鋼管和夾砂管比較

鋼管和夾砂管比較，目前使用的夾砂管公稱壓力在0.6～2.5 MPa，因此兩者都能滿足本工程的要求。

表3 同種型號管材比較表

鋼管和夾砂管的壁厚相當，由于夾砂管糙率較小同一流量采用的管徑也較小。從上表不難看出夾砂管從重量和價格上要優于鋼管，只是存在施工復雜等因素，綜合考慮下來夾砂管比鋼管要經濟。

2.4 預應力混凝土管和夾砂管比較

從上表可以看出預應力混凝土管比夾砂管重，管徑大，目前使用的預應力混凝土管公稱壓力在0.2～1.0MPa，在同等公稱壓力下夾砂管比預應力混凝土管造價低，綜合考慮下來夾砂管比預應力混凝土管經濟。

表4 管材比較表

綜上所述，從管道壓力要求、經濟性及安全運輸條件等綜合考慮，山區輸水管道可根據實際情況優先選擇玻璃夾砂管和預應力混凝土管。

3.山區水利工程管道的保護措施

在山區當中，由于地區的不平坦，地形起伏大。管道的保護是非常重要的。并且在輸送水資源當中會產生一些污垢。廢水中也會存在一些化學物質，造成管道的腐蝕。因此必須采取解決的措施。第一要經常檢查管道，并清洗管道內部的異物，發現有堵塞的現象要及時疏通管道，時常保持管道的暢通。第二不要讓管道裸露在地表，應把管道埋在地下，以免管道遭到破壞。第三在山區中，制定管道保護措施，提高山區人們對水利工程管道保護意識，自覺遵守規則，不去破壞管道。第四廢舊管道的回收利用要提高，在回收廢舊管道過程中，應分類回收，盡量避免造成環境的污染。第五山區水利工程管道的應用要根據山區具體的地形來使用管道,這樣有利于提高管道的使用效率。

4.結論

山區水利工程多種管道的應用各有優缺點，使用哪一種管道要根據具體的情況而定。目前，山區地區大多數使用塑料管道，因為塑料管道對于山區地區來說成本低，使用方便安全。隨著管道的廣泛應用，山區水利工程事業也有了質的飛躍。管道的安全使用也是一直探討的話題。因此管道安全保護也是山區水利工程中不可忽視的一個環節。

總之，山區水利工程多種管道的應用已經深入山區人們的生活、生產當中。通過比較各種管道的優缺點，能夠更好地為山區水利工程提供有力的幫助。同時促進山區農業、灌溉業的發展，促進人民生活水平的提高。

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