面向給水工程的管材性能分析與選擇研究

臧照光

摘 要：介紹了供水管材的種類，對管材的綜合性能進行了分析比較，探討了管材的選擇原則，提出了選擇管材的建議，指出只有對運行工況環境條件、施工條件、經濟條件等多種因素進行綜合比較和分析，才能最終合理確定選用何種管材。

關鍵詞：供水管材 分析比較 選擇原則

中圖分類號：TB495 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0066-02

市場上的給水管材種類繁多，一些廠家出于自身的利益，夸大各自管材的優點，對工程設計中管材的選擇造成了不利影響。國內部分地區由于管材選用不當造成漏失嚴重、爆管等事故率較高，供水安全性差。為改進管網規劃設計技術，提高管網的安全性，科技部組織相關單位對城市市政管網規劃設計與技術標準進行了研究。其中，正確合理地確定管材，對降低漏損率、提高城鎮供水安全性，具有舉足輕重的意義。另一方面，管道費用在城市供水工程中占50%以上，管道材料的選擇，對工程建設的經濟合理性，也具有非常重要的意義。本文主要針對市政給水常用管材（鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筋混凝土管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、PE管）的選擇進行分析論述。

1 給水工程對管材的要求

給水管必須具有足夠的強度，以承受外部的荷載和內部水壓；必須能抵抗沖刷并具有抗腐蝕的能力，特別對某些地下水具有腐蝕性的地區；必須不透水，以防止管中水滲漏或地下水滲入；內壁應平整光滑，使水流阻力盡量減小；應盡量就地取材，并考慮到預制管件及快速施工的可能，減少運輸和施工費用。

2 給水管材的類型及分析選擇

2.1 管材種類（見圖1）

2.1.1 鋼管（SP）

鋼管應用歷史較長，范圍較廣。埋地鋼管易受腐蝕，必須對其內、外壁作防腐涂層。一般當鋼管的埋地敷設長度大于500 m時，還需作陰極保護。正確選擇鋼管的內、外壁涂層并采取陰極保護，可使其使用壽命大大延長，使用年限能達30年或更長。鋼管一般在工廠制作，因受運輸及裝卸條件的限制，每節鋼管的長度一般為5～10 m，因此在現場敷設時鋼管的接頭較多。

2.1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵中石墨是以球狀形式存在，既保持了鑄鐵的傳統特點又增加了良好的可延伸和抗沖擊的特性，因此又稱為延性鑄鐵管，其強度比鋼管大，延伸率也高出10%。球墨鑄鐵管屬于金屬管材，制造時采用離心澆鑄方法成型，制管技術成熟，生產工藝穩定，產品規格齊全，抗震性能好，強度高，與鋼管相似，具有柔韌性，耐蝕性優于鋼管，適應地形復雜地段。球墨鑄鐵管壁薄抗滲性能好，逐步成為城市供水管道系統的新寵。

球墨鑄鐵管具有穩定均勻的金相組織，能保持較高的延伸率。由于其具有較高抗拉強度和延伸率，而且具有較好的韌性、耐腐蝕、抗氧化、耐高壓等優良性能，故被廣泛應用。

2.1.3 玻璃鋼夾砂管（RPMP）

玻璃鋼夾砂管采用樹脂、玻璃纖維、石英砂為原料，用特殊工藝制作而成。在原有玻璃鋼管所有優點的基礎上，既提高了剛度，又降低了成本。現在越來越多地運用于長距離輸水管道工程中。優點：耐腐蝕性強；重量輕；摩阻小，與其他管材相比，其自身不生銹、不結垢、不滋生微生物、藻類物質，對水質不造成二次污染，所以深受供水行業的歡迎。

2.1.4 預應力鋼筋混凝土管（PCP）

預應力混凝土管屬于非金屬管道材料，包括一階段預應力混凝土管（振動擠壓工藝）和三階段預應力混凝土管（管芯纏絲工藝）。其主要結構為混凝土管壁內建立有雙向預應力的預制混凝土管，預應力鋼筋混凝土管是國內目前在給水工程中應用較多的一種管材。其優點是采用承插式膠圈柔性接口，對各種地基的適應能力較強，施工安裝方便；管材自身防腐能力強，不需進行內外防腐處理，工程造價較低，并可大量節約鋼材。

2.1.5 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管在歐美發達國家應用非常廣泛。PCCP管道是一種鋼筒與混凝土制作的復合管，管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚15 mm鋼筒，在管芯上纏繞環向預應力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層而制成的管道，因此，它比一般鋼管和混凝土管更具優勢。預應力鋼筒混凝土管抗滲性能高；接頭密封可靠、安裝方便快捷；可承受高內壓，能承受埋深10～20 m外壓荷載；耐腐蝕性比鋼管和普通混凝土管好，使用壽命長。

2.1.6 聚乙烯管（PE）

PE管材是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。PE管無毒，不含重金屬添加劑，不滋生細菌，很到的解決了飲用水二次污染的問題。突出應用于高腐蝕性水質的管道輸送，質量和經濟效果甚佳。PE管內壁光滑，不易結垢，摩擦系數極低，水頭損失小，耐腐蝕性好，柔韌性好，抗沖擊強度高，耐強震、扭曲，重量輕，加工、運輸、安裝便捷，采用獨特的電熔連接和熱熔對接、熱熔承插連接技術使接口強度高與管材本體，保證了接口的安全可靠，對管道基礎要求低。

3 管材選擇考慮因素分析及優先序確定

影響管材選擇的因素很多，比如管道直徑、工作壓力、工程地質、地形、外荷載狀況、工程的工期要求、資金的控制等諸多方面。不同管材，在上述種種因素下，差異較大。選用何種管材，應首先確定哪些因素作為主要因素，哪些因素作為次要因素，通過綜合評價確定。

3.1 管材選擇考慮因素，按重要性從高到低排列為

（1）符合衛生要求；（2）足夠的機械強度和韌性，能承受要求的內壓和外荷載，滿足本地地質及各種實際運行工況的需要；（3）接口安全可靠；（4）制造、施工、安裝質量容易控制，管材性能可靠；（5）耐腐蝕性能好；（6）阻力小，能耗低，輸水能力可基本保持不變；（7）綜合成本合理；（8）管材來源有保證，管件配套方便；（9）便于運輸，安裝；（10）壽命長，維修量小，便于管理。

3.2 管材的性能比較與選擇

3.2.1 管材綜合性能比較

管材的綜合性能可從以下幾個方面比較：管材能承受工程要求的內壓和荷載；工程造價低；管材管件運輸費用低；施工安裝簡單易操作；使用年限長。各種管材綜合性能對比（見表1）。

從表1可知，每一種管材都有各自的優點和缺點。

就水力條件而言，管材可以歸為兩類。第一類管材為鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筋混凝土管及預應力鋼筒混凝土管，管壁粗糙系數≈0.0125；第二類管材為玻璃鋼夾砂管和聚乙烯管，管壁粗糙系數≈0.0095。

3.2.2 管材的選擇原則

物理性能好，可保證安全供水；管材衛生環保；易于運輸、安裝和維護；使用壽命長；水力條件優越，水頭損失小；在保證使用功能的前提下，盡量降低投資。

3.2.3 管材的合理選擇

（1）管徑在DN200以下時，宜采用聚乙烯管；管徑在DN200 ～DN1200 mm時，宜采用球墨鑄鐵管；管徑在DN1200 mm以上時，宜采用預應力鋼筒混凝土管和玻璃鋼夾砂管；（2）在經濟條件允許下，應首先考慮選擇使用球墨鑄鐵管，其安全度較高。使用球墨鑄鐵管主要受管徑的限制，直徑在DN1200 ～DN2000 mm之間的廠家很少，且價格昂貴，因此建議管道直徑控制在DN1200 mm以下；（3）若資金條件受到限制，可考慮選擇使用預應力鋼筒混凝土管，其安全度高，性價比最好，選用此種管材時，盡量選擇雙膠圈接口形式；（4）選擇使用鋼管時，應特別注意分析水質和土質對鋼管的腐蝕，必要時使用陰極保護等防腐措施；（5）對于地震區或地基突變處，地下直埋管宜盡可能采用延性較好、具有柔性接口的球墨鑄鐵管；（6）在過河、穿越鐵路、公路或主要交通干線的管道宜優先采用鋼管。

4 結論

以上分析，在管材的選擇上，既不能只看價格，也不能只注意管材種類和質量。一定要對運行工況、環境條件、施工條件、維護管理、經濟條件等多種因素進行綜合比較和分析，才能最終合理地確定選用何種管材。

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