農村飲水和灌溉輸水工程中管材的選用

[摘 要] 輸水工程中管道管材的選取對工程的安全性和經濟性具有非常重要的意義，本文對幾種常見的輸水管材的特性及優(yōu)缺點進行分析探討，并結合工程實例，為相關單位選取管材提供參考。

[關鍵詞] 輸水管道；管材；選用

[中圖分類號] S277.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）11-95-2

在農村飲水和灌溉輸水工程的設計中，管道管材的選取是非常重要的環(huán)節(jié)。近幾年，隨著工程技術和新型材料的發(fā)展，新型管材和新的生產工藝越來越多。但各廠家出于自身的經濟利益考慮，往往盲目夸大自己產品的優(yōu)點。市場上常見的室外輸水工程管道主要有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管及硬塑料管五類，現(xiàn)將各管材特性分析如下。

1 管材特點

1.1 鋼管（SP）

鋼管應用歷史較長，適用范圍廣，輸水工程中大口徑管道比較常用的是螺旋焊接鋼管和直縫焊接鋼管。焊接鋼管通常是以Q235B（A3）帶鋼卷板為原材料，經常溫擠壓成型，再焊接成的表面有接縫的鋼管[1]。按焊縫形狀可分為直縫焊管和螺旋焊管。直縫焊管生產工藝簡單，生產效率高，成本低，發(fā)展較快；螺旋焊管的強度一般比直縫焊管高，能用較窄的坯料生產管徑較大的焊管，還可以用同樣寬度的坯料生產管徑不同的焊管。但是與相同長度的直縫管相比，焊縫長度增加30%～100%，而且生產速度較低。因此，較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊。

鋼管的特點是耐高壓、耐沖擊、韌性強、管壁薄、重量輕且接口少，對不同地形和地質條件適應性強，穿越障礙物容易，而且其壁厚可以由內壓及剛度要求而決定。管道接口一般為剛性焊接，管件齊全，易于加工安裝，施工較方便。鋼管的缺點是價格相對較高，而且抗腐蝕性差，容易污染水質，內外壁均需做防腐處理，使用壽命不長。

1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是經過球化和孕育鐵水處理后，析出的石墨成明顯球狀的鐵水生產的管材，也稱為可延性鑄鐵管。以離心工藝生產的管材為離心球墨鑄鐵管，以連續(xù)澆注法生產的管材稱為連續(xù)鑄造球墨鑄鐵管。

球墨鑄鐵管是延伸率、剛度、抗拉強度均較大的金屬管道，承受土壤靜荷載及地面動荷載的能力強。采用柔性接口，管件規(guī)格齊全，對地基適應性較強[2]。球墨鑄鐵管的缺點是壁厚比鋼管厚，所以重量比鋼管重、價格高，而且鑄鐵管內壁易長銹結瘤，對水質有一定影響，長期使用管道的過水能力會下降。

1.3 預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土管是由鋼板、預應力鋼絲、混凝土和水泥砂漿4種基本原材料在經過鋼筒成型、混凝土澆筑、預應力控制技術的施加和保護層噴射等制造工藝后，構成的一種新型復合管材。其是鋼板、混凝土、高強鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復合結構，具有鋼材和混凝土各自的特性。按其結構分內襯式與埋置式，公稱內徑600～1 200 mm為內襯式，公稱內徑1 400～3 000 mm為埋置式。

預應力鋼筒混凝土管造價比鋼管低，可以承受較高的工作壓力和外部荷載，接口采用鋼板冷加工成型，加工精度高。采用雙橡膠圈，密封性能好，接口較為簡單，防腐性能好，使用壽命長，而且管徑大。但預應力鋼筒混凝土管的缺點是自重大、質地脆、切鑿困難，最大偏轉角1.5°，對地形適應能力差，在基礎處理、運輸及吊裝成本較高，在復雜的地形使用更顯麻煩，這些都是制約該管普遍使用的主要因素。

1.4 玻璃鋼夾砂管（GRP）

玻璃鋼夾砂管是近些年國內新興的一種優(yōu)質復合材料管道，全稱是玻璃纖維增強塑料夾砂管，是以玻璃纖維及其制品為增強材料，以不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等為基體材料，以石英砂為填充材料的一種復合材料管道。

玻璃鋼夾砂管的優(yōu)點是材料強度高、密封性好、重量輕，管道內壁光滑，水頭損失小，在相同輸水量管徑比其他管材小，具有良好的防腐性，使用壽命長，管道維修方便快捷，安裝時不需要大型起吊設備，施工難度小。玻璃鋼夾砂管的缺點是，抗外壓能力相對較差，抗折性能差易受沖擊破壞，用于溫差大的地方易老化變形，管道為半柔性管道，對溝槽回填要求高，回填料應是粗粒土，回填料的壓實度應達到95%[3]。

1.5 硬塑料管（UPVC）

室外給水硬塑料管常見的有聚氯乙烯管（UPVC）和聚乙烯管（PE）。由于聚氯乙烯管的強度和經濟性稍強于聚乙烯管，所以在實際應用中聚氯乙烯管更廣泛。硬塑料管（UPVC）是以聚氯乙烯樹脂為原料，加入為生產符合標準的管材所必要的添加劑組合，不含增塑劑的塑料管材。

硬塑料管的優(yōu)點是耐腐蝕，使用壽命長，水頭損失小，清潔衛(wèi)生，安裝方便快捷，配套的各種管件豐富。缺點是管徑較小，大管徑價格高，溫差大易老化變形。

各種管材機械性能和綜合成本對比見表1和圖1。

2 管道選材的基本原則

根據各管材的特性，建議在輸水管道選取時遵循以下原則：硬塑料管小管徑與金屬管相比具有價格優(yōu)勢，建議管徑DN300以下水壓小于2 MPa使用硬塑料管；球墨鑄鐵管小管徑和大管徑鑄造困難價格較高，管徑DN300-DN1000考慮使用球墨鑄鐵管；管徑DN1000-DN1600水壓小于1 Mpa使用玻璃鋼夾砂管；預應力鋼筒混凝土管在大口徑范圍具有優(yōu)勢，DN1600以上大管徑地形條件較好的建議使用預應力鋼筒混凝土管；鋼管在不同管徑均不具價格優(yōu)勢，但其優(yōu)良的力學性能和廣泛的適用性是其他管材不能相比的，在大、中口徑中廣泛應用，特別適用于地形復雜、要求較高的情況[4]。

3 工程實例

筆者承擔了甘肅省平涼市北楊澗水庫輸水管道的設計工作。該水庫是一座以農村飲水和灌溉為主的小（2）型注入式水庫，總庫容94.82萬m3，工程總投資9 981萬元。工程從北楊澗溝道上的取水樞紐通過輸水管道將水引入下游的注入式水庫，水庫設在北楊澗溝出口的平坦臺地上。輸水管道基本沿溝道左岸階地布設，管道總長3.49 km，由于水頭不足，采用無壓輸水，設計輸水流量0.3 m3/s，設計縱坡最大1/222，最小1/755。管線所處溝道地形屬隴東黃土丘陵溝壑區(qū)，地形陡峻，溝谷縱橫，輸水管線共跨越河道和山溝8處。由于輸水管線地形復雜，施工難度較大，管道采用地埋式且埋深較淺，經綜合分析比選，最后確定采用DN700螺旋鋼管作為輸水管材，管道外防腐采用環(huán)氧煤瀝青加玻璃絲布（三油兩布），內防腐采用涂刷無毒防腐涂料（一底三面）。目前工程已竣工通水，運行良好。

4 結語

正確合理地選用管材，對提高輸水工程的投資效益和供水安全性都具有十分重要的意義。在工程應用中，要在掌握各管材的特性的情況下，結合工程的實際情況，經經濟、技術綜合比較后確定管材的選取。

參考文獻

[1]《給水排水工程結構設計手冊》編委會.給水排水工程結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]中華人民共和國建設部.GB50332-2002.給水排水工程管道結構設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]蔣柱武.給排水管道工程[M].上海：同濟大學出版社，2011.

[4]宋岢岢.壓力管道設計及工程實例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.