市政給排水管網(wǎng)中新型管材的應(yīng)用

汪春

（成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610000）

1 新型管材綜述

1.1 傳統(tǒng)管材應(yīng)用問題

在以往給排水管道建設(shè)中，鋼筋混凝土管的應(yīng)用較多，這些管材在長(zhǎng)期使用中容易發(fā)生一系列質(zhì)量問題，如在鋼筋混凝土管應(yīng)用中，其雖然造價(jià)便宜、生產(chǎn)簡(jiǎn)單；然在實(shí)際應(yīng)用中，其存在以下問題：

其一，鋼筋混凝土管道的雨污分流不徹底，在實(shí)際應(yīng)用中，其內(nèi)壁糙率較大，容易被化學(xué)物質(zhì)腐蝕，受此影響，管道存在較為嚴(yán)重的破裂、滲漏問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起路面下沉。其二，鋼筋混凝土管道自重較大，為便于運(yùn)輸，其管節(jié)較短，接口較多，然而受地質(zhì)條件等因素的影響，其容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性和功能性損壞等問題，如管口錯(cuò)位、堵頭殘墻未打通等。

1.2 新型管材應(yīng)用形式

新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，人們對(duì)于城市給排水管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量提出了較高要求，新型管材的應(yīng)用范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大。從給排水管網(wǎng)建設(shè)過程來看，金屬管、塑料管、玻璃鋼夾砂管、鋼筋混凝土玻璃鋼復(fù)合管是較為常見的四類新型管材。

1.2.1 金屬管

金屬管是當(dāng)前市政管網(wǎng)建設(shè)的重要形式，其不僅包含了球墨鑄鐵管，而且涉及鋼管的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。從管材應(yīng)用效果來看，金屬管的質(zhì)地較為堅(jiān)硬，故而具有良好的抗壓、抗震、防滲透能力；同時(shí)金屬管的內(nèi)壁較為光滑，糙率較小，這使得金屬內(nèi)部發(fā)生腐蝕、堵塞的概率相對(duì)較低；此外，金屬管的單節(jié)程度加大，接頭較少，需要注意的實(shí)現(xiàn)，相比于其他管材，金屬管的安裝費(fèi)用較高。

1.2.2 塑料管

市政給排水項(xiàng)目塑料管類型多樣，其主要應(yīng)用 類型有硬聚氯乙烯管、硬聚氯乙烯管雙壁波紋管、聚乙烯雙壁波紋管，此外，聚乙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管、聚丙烯纏繞結(jié)構(gòu)壁管等的應(yīng)用也較為普遍。給排水項(xiàng)目應(yīng)用中，此類管材的管內(nèi)壁較為光滑，糙率較小，且耐腐性能較為突出。相比于金屬感，塑料管的質(zhì)量較輕，安裝費(fèi)用較低，且安裝過程較為方便。

1.2.3 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管是給排水系統(tǒng)管網(wǎng)選擇的一種特殊形態(tài)，給排水項(xiàng)目施工中，該管材的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下層面：其一，管材內(nèi)壁光滑，糙率小且密封性良好，同時(shí)嬌小的質(zhì)量使得管材安裝費(fèi)用較低；其二，相比于其他管材，玻璃鋼夾砂管本身具有良好的耐腐性能，在酸性或者堿性土壤中，該管材也可直接輻射，施工過程較為簡(jiǎn)單，其三，相比于金屬管，抗壓能力不足是玻璃鋼夾砂管的主要缺陷，這要求給排水施工人員在項(xiàng)目建設(shè)中，應(yīng)做好玻璃鋼夾砂管基礎(chǔ)處理和回填土質(zhì)量保證，實(shí)現(xiàn)管材質(zhì)量的有效保證。

1.2.4 鋼筋混凝土玻璃鋼復(fù)合管

鋼筋混凝土玻璃鋼復(fù)合管是綜合鋼筋混凝土管及玻璃鋼夾砂管的優(yōu)勢(shì)而形成的一種全新管材；該管材制作中，其選擇玻璃鋼層作為防腐防滲內(nèi)層，然后在外層設(shè)置混凝土承壓結(jié)構(gòu)，有效地提升了管材的整體抗壓能力。給排水應(yīng)用中，糙率小、耐腐性能突出是該材料應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)，不足之處在于鋼筋混凝土承壓結(jié)構(gòu)的使用使得管材自重較大，安裝費(fèi)用較高。

2 綜合造價(jià)比較

經(jīng)濟(jì)性是給排水管道設(shè)計(jì)應(yīng)用的重要指標(biāo)，其直接關(guān)系著市政給排水項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量和城市服務(wù)效果。一方面，合理投入資金成本，能為項(xiàng)目材料設(shè)備選擇和技術(shù)應(yīng)用提供物質(zhì)支撐，另一方面，結(jié)合管材應(yīng)用環(huán)境，就其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行考慮，可避免工程項(xiàng)目造價(jià)施工，實(shí)現(xiàn)質(zhì)項(xiàng)目質(zhì)量與效益的協(xié)調(diào)。

為進(jìn)一步探究不同管材物理性能與造價(jià)的關(guān)系，結(jié)合成都市管網(wǎng)檢測(cè)布置情況，就鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管、防腐蝕帶立筋纏繞管、玻璃鋼夾砂管、鋼筋混凝玻璃鋼復(fù)合管的經(jīng)濟(jì)屬性展開對(duì)比，結(jié)果如表1 所示。

結(jié)合成都市管網(wǎng)檢測(cè)布設(shè)情況來看，防腐式帶立筋纏繞管、玻璃鋼夾砂管在項(xiàng)目施工中的安裝費(fèi)用較低，而鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝玻璃鋼復(fù)合管的安裝費(fèi)用較高。結(jié)合本地地區(qū)地質(zhì)情況、給排水管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)、使用年限等因素，對(duì)于d1000 以上的管材，建議使用鋼筋混凝土管，而對(duì)于d1000 以下的管材，使用防腐式帶立筋纏繞管。

表1 管材物理性能及造價(jià)對(duì)比

3 管道設(shè)計(jì)關(guān)鍵——環(huán)剛度選擇

3.1 環(huán)剛度的概念界定

對(duì)于室外給排水管道而言，其通常采用重力流無壓管的布置形式，在實(shí)際應(yīng)用中，其需要承擔(dān)的荷載主要是外壓荷載，當(dāng)外壓荷載超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，管材會(huì)出現(xiàn)較大規(guī)模的變形，并產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)等問題，致使管道發(fā)生破壞。在管道設(shè)計(jì)中，針對(duì)管道環(huán)向抗變形能力，通過環(huán)剛度進(jìn)行表達(dá)。該指標(biāo)代表了管道抵抗外壓負(fù)載的能力，當(dāng)環(huán)剛度越大時(shí)，表明管道抵抗環(huán)向變形的能力愈發(fā)突出。

3.2 環(huán)剛度的具體計(jì)算

新時(shí)期，人們對(duì)于市政給排水管道建設(shè)的質(zhì)量要求不斷提升，在環(huán)剛度計(jì)算中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注管側(cè)土綜合變形模量、管頂豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值、管頂可變荷載作用、管道變形情況的有效計(jì)算。

3.2.1 管側(cè)土綜合變形模量計(jì)算

管側(cè)土綜合變形模量的大小對(duì)于管道側(cè)向壓力具有重大影響。在管側(cè)土綜合變形模量評(píng)定計(jì)算中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在考慮回填土土質(zhì)類型的基礎(chǔ)上，就填土密度、基槽兩側(cè)原狀土的土質(zhì)情況進(jìn)行具體分析，此外，工作人員還需考慮管道外徑與管道中心處溝槽寬度的關(guān)系，然后系統(tǒng)化的進(jìn)行管側(cè)土綜合變形模量計(jì)算，滿足觀測(cè)填土需要。在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中，該指標(biāo)多按照GB50332-2002、GB/T11836-2009、GB/T 26081-2010 等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，一般要求經(jīng)管道施工后，基槽兩側(cè)原狀土的密度保持在原土密度的95%以上，同時(shí)就管側(cè)土壓實(shí)程度而言，其壓實(shí)程度最低應(yīng)控制在95%，這樣才能實(shí)現(xiàn)管道的有效保護(hù)，避免給排水管道過早損壞。

3.2.2 管頂豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值測(cè)定

市政給排水管道應(yīng)用中，管道受管頂豎向土壓力作用較為明顯，這是因?yàn)樵谕瓿晒艿婪笤O(shè)后，其不僅要承受上部覆土的壓力，而且需承受一定路面荷載壓力。在豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算中，重點(diǎn)考慮上部覆土因素。其中，覆土容重、深度、管道外徑是應(yīng)先管道上部覆土壓力的三個(gè)重要因素。在實(shí)際計(jì)算中，覆土深度、管道外徑通過測(cè)量獲得，而覆土的容重需要考慮土質(zhì)類型等信息。通常，給排水管道工作人員會(huì)按照《給排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)管頂豎向土壓力進(jìn)行測(cè)定計(jì)算。

3.2.3 管頂可變荷載

管頂可變荷載主要來源于地面堆積荷載和過往車輛荷載。在實(shí)際實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮可變荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)，而且需要分析車輪荷載傳遞到管頂部位的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值，此外，還需結(jié)合管道的管徑做進(jìn)一步深化和計(jì)算。需要注意的是，給排水管道項(xiàng)目施工中，一旦覆土的深度超過了3m，那么在管頂可變荷載計(jì)算中，上部車輛的荷載可考慮不計(jì)。

3.2.4 管道變形情況計(jì)算

給排水項(xiàng)目新型管材應(yīng)用中，為保證給排水效率，避免管道在后期使用中出現(xiàn)破損，則設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)在考慮變形滯后效應(yīng)系數(shù)的基礎(chǔ)上，就管道變形系數(shù)、管道環(huán)剛度等因素進(jìn)行系統(tǒng)考慮，通常，管道變形滯后效應(yīng)系數(shù)取1.5，而變形系數(shù)與管基礎(chǔ)中心角有關(guān)。完成管道變形設(shè)計(jì)、計(jì)算后，需結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的管道進(jìn)行檢查，在實(shí)際檢查中，應(yīng)在完成外觀、規(guī)格檢查后，通過壓縮試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行施壓處理，確保管道使用滿足項(xiàng)目環(huán)剛度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提升新材料應(yīng)用的高效性、安全性。

4 結(jié)語

新型管材應(yīng)用對(duì)于市政給排水項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量具有較大影響，能有效地改變傳統(tǒng)管材利用形式，提升便捷程度和水的流通性能。新時(shí)期，市政建設(shè)人員只有充分認(rèn)識(shí)到各種管材的應(yīng)用形式和技術(shù)特征，然后在考慮管材經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，加大管材環(huán)剛度的選擇設(shè)計(jì)，這樣才能有效地提升管材設(shè)計(jì)及應(yīng)用水平，繼而保證市政給排水項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，滿足城市居民的供排水需要。