新型管材在市政排水管網中的應用

袁媛

（無錫市市政公用集團排水設計有限公司 江蘇無錫 214000）

我國早在改革開放之后就開始了大規模的城市化建設，進入21世紀以來，城市現代化建設的步伐越來越快，對市政排水管網建設也在逐步完善之中。而大量新型材質的出現為市政排水管網的用料提供了新選擇。市政排水管網作為市政工程的一項重要組成部分，代表了城市排水系統的建設質量，還影響著城市的交通與環境。管網的選擇是市政排水管網建設的中心環節，現在市場上新型管材類型眾多，材質和性能千差萬別，如何實現市政排水管網的最優設計，是市政建設部門需要考慮的問題。

1 新型管材的種類

市政排水管網中要求的管徑通常都在DN400以上，遠大于一般的排水管網管徑。如果依照材質的不同對市場中的大管徑新型管材進行劃分，大致可以分為三類：①以高密度聚乙烯（HDPE）為原料的HDPE管；②以聚氯乙烯（UPVC）為原料的UPVC管；③以樹脂為基體，玻璃纖維為增強料的玻璃鋼管。由于UPVC在熔融擠出時的流動性較差，性質也不穩定，因此生產、連接大管徑的UPVC管是十分困難的。受我國UPVC排水管的生產技術制約，國內產品管徑通常都小于DN600，無法達到市政排水管網的管徑要求。因此，下文主要分析HDPE管和玻璃鋼管。

1.1 HDPE管

HDPE排水管指的是以高密度聚乙烯為原料，使用擠塑工藝而制成的用于無內壓作用的熱塑性塑料圓管的統稱。HDPE管作為一種具有環狀波紋外壁和平滑內壁的新型塑料材料，取代了傳統的鋼鐵管材和聚氯乙烯管。當前的HDPE管的生產技術已達到相當高的水準，在西方發達國家已經得到了廣泛應用。HDPE管依據管壁結構的不同，主要分為雙壁波紋管和纏繞增強管。

HDPE雙壁波紋管以其雙層管壁截面為特征，同時HDPE雙壁波紋管還具有著卓越的環剛度，抗沖擊性強、不易損壞、重量較輕、運輸方便等優點。管道主要通過橡膠圈承插連接或使用熱熔套進行連接。在其特殊的結構設計影響下，HDPE雙壁波紋管相比其他HDPE管來說，如果環剛度和直徑都相同時，則更為節省原料。但受生產技術的制約，當前國內所能生產出的最大管徑僅為DN1500，使HDPE雙壁波紋管在國內的推廣舉步維艱。

HDPE中空壁纏繞管是以高密度聚乙烯作為原材料，將其加工為矩形的管坯，并通過纏繞，焊接等工序制造成型的管材。因其成型工藝的手法獨特，所以HDPE中空壁纏繞管能生產出其他工藝所無法完成的3000mm大管徑管材。在性能方面，中空壁纏繞管與雙壁波紋管大致相同，主要使用熱熔帶連接的方式進行管道連接，連接成本稍高于雙壁波紋管。此外在環剛度和直徑都相同的條件下，中空壁纏繞管的生產原料使用更多，因此，中空壁纏繞管的生產成本較高。

金屬內增強聚乙烯（HDPE）螺旋波紋管是將聚乙烯作為主要原料，通過特殊的擠出，纏繞的工藝加工成型的結構壁管。該產品主要由三層特殊結構組成，內外層同為聚乙烯層，中間層是處理后的金屬鋼帶層。將涂塑處理后的金屬鋼帶層與內、外聚乙烯層在熔融狀態下有機結合，使這三層特殊結構融合為一個整體，不僅增強了管材的強度，還解決了金屬鋼帶層外露易受銹蝕的問題。金屬內增強聚乙烯螺旋波紋管的管徑通常為DN700-DN2000。該管材的主要連接方式為擠壓連接和熱收縮套連接，其中熱收縮套的連接方式僅適用于DN1200以下的排水管。該管材造價成本低，且所能達到環剛度遠超其他塑料管材。

1.2 玻璃鋼管

玻璃鋼管的全稱為玻璃纖維纏繞夾砂管，該產品是以玻璃纖維作為增強料，樹脂作為基體所制造而成的新型復合管材。因其優良的耐腐蝕屬性、輸送能耗低、運輸安裝方便、綜合投資低和工期短等特點，玻璃鋼管已在城市給排水工程領域中受到廣泛應用。然而玻璃鋼管因發展過快也面臨著很多問題，如產品質量問題以及生產效率問題。大多數的玻璃鋼廠缺乏專業的技術人才，員工業務能力不足，使得生產效率低下，產品質量問題頻繁發生，因此，我國的玻璃鋼廠還需加強監管，以滿足建筑市場對于新型管材的需求。

2 新型管材的優勢分析

市政排水管網采用的傳統管材多是鋼筋混凝土管，這種管材使用壽命短、重量大，不利于管道施工，容易造成二次污染，且施工費用高，已經無法滿足市政建設的要求。目前的新型管材多采用的是塑料管，相較傳統管材來說，塑料管材在性能、經濟方面更勝一籌。

2.1 密封性能好，防滲透技術強

我國絕大多數城市都出現過表層地下水因污水滲透遭到污染的問題。塑料排水管屬于柔性管材，接口也大多使用柔性連接，密封性能好，防滲透能力強，因此塑料管非常適合作為市政排水管網的污水管，以防地下水受到污染。傳統排水管網所使用的鋼筋混凝土管屬于剛性管材，如果發生地面沉降，就容易毀壞管道和接頭，而排水管道往往埋設于地下，不易被發現，不能及時搶修，從而造成地質災害。

2.2 水力條件好，過流能力強

塑料管的粗糙系數相較鋼筋混凝土管更小，使用塑料排水管可提高處理污水的能力，減少污水泵站的數量，也就降低了污水處理的成本。

2.3 抗磨損，耐腐蝕，使用壽命長

塑料管的耐腐蝕性相較鋼筋混凝土管更強，因此，塑料管埋地的使用壽命更長，一般可達50年，鋼筋混凝土管使用壽命僅有20年。使用塑料排水管能減少排水管網設備的耗損，節省了養護費用。

2.4 運輸安裝方便

塑料管的重量相較鋼筋混凝土管更輕，因此，在運輸安裝上更加方便，對基礎施工要求低，施工工期短，節省了施工運行的費用。

3 新型管材中環剛度的分析

環剛度是排水管道設計的關鍵參數，影響著新型管材在外壓負載下工作的安全性。如若選擇了過高的環剛度材質，會導致采用過大截面慣性矩，管材的用料增多，提高了建設成本；反之，如若選擇過低的環剛度材質，會導致管道出現壓屈失穩破壞和管材變形的情況。

新型管材屬于柔性管材鋪設環境影響著管材對環剛度的要求。一般來說，如若新型管材鋪設情況好，對管材環剛度的要求會隨之降低；如若鋪設情況不好，對管材環剛度的要求會隨之提高。就以往的施工經驗來看，選擇高環剛度的新型管材更適合排水管埋地施工。對DN500-DN1200范圍內的管道來說，盡可能的選擇環剛度8kN/m2，而選擇環剛度8kN/m2以下則需進行變形驗算和壓屈失穩計算，還需注重管道基礎、回填材料等工序的實施，以保障管道鋪設的施工質量。

4 結束語

新型管材的應用已成為市政排水管網建設必然趨勢。市政排水系統建設中，要合理選擇新型管材，優化市政排水管網設計，同時，新型管材的使用有利于實現我國的可持續發展戰略。伴隨著科技進步，新型管材的成本也會隨之降低，新型管材的應用領域將更加廣泛。