農村污水管材比選與環剛度分析

吳建立

廈門市市政工程設計院有限公司（361000）

0 前言

隨著美麗鄉村政策的落實，農村污水治理受到廣泛關注。 本項目包含貴州省某市11 個鄉鎮，共347 個村組的污水管網收集系統。 以本項目為例，項目總工程費用3.22 億元， 其中管網總長835.5 km，工程費用1.15 億元。 在農村污水治理建設中，選擇經濟合理、技術安全、施工便捷的管材是不可忽略的重要環節。文章旨在分析更適合農村污水的管材及參數。

1 項目特點

西南地區跨全國地勢第一、二階梯，地形復雜，村落多沿河而建，自然分隔成若干村民組。 本項目村組多位于山區，技術經濟條件相對落后，生活污水主要通過旱廁、簡易化糞池、明溝就近排入水體等3 種方式排放。地形以山地為主，地勢落差較大。村組規模小，分散性大，交通運輸及二次搬運費高。

2 管材適用性分析

在農村污水處理中， 常用的有塑料(HDPE、UPVC)管、鋼筋混凝土管（II、III 級管）、鋼管(鍍鋅鋼管)和玻璃鋼砂管，見表1。

2.1 塑料管

塑料管材的質量輕，管節長（常見6.3 m），接頭方式簡單易操作，不論是運輸還是安裝都極為便捷。本項目村組分散、運距長，且技術水平相對較低的情況下，格外適用。 此外，本項目村組規模小，農村污水管網水量低，主管道一般為DN400、DN300塑料管[1]。 對于小管徑，塑料管比混凝土管更有優勢[2]。

2.2 鋼筋混凝土管

鋼筋混凝土管（II、III 級管）在市政工程中應用很廣泛，工藝成熟，造價低，應用于市政重力流管道比較經濟合適。 但在本項目中，村組分散，鋼筋混凝土管重量大、管節短（常見2 m），運輸和二次搬運成本高。 此外，本項目管道多臨近水系，鋼筋混凝土管抗滲性能差，給施工帶來極大不便和安全隱患，在本項目不占優勢。

2.3 鋼管

鋼管（如鍍鋅鋼管）機械強度好，重量比鋼筋混凝土管較輕，單管長度大（常見3～12 m），接口方便，適應性較強，但耐腐蝕性差，特別用于污水管道時，防腐造價高。 本項目經濟實力和管理水平有限，主管不宜大規模使用鋼管，但在高壓處、穿越鐵路、掛橋段及泵站接口等特殊地段建議采用[3]。

表1 常見污水管材對比表

2.4 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管具有塑料管材的優點：重量輕，管節長（常見 6～12 m），施工安裝、運輸便利。 此外，水力性能好，但玻璃鋼夾砂管與同管徑管材相比價格偏高，且抗擊集中外力和不均勻外力的能力較弱[4]。在本項目中不適用。

對比表1 發現，各種管材價格：混凝土管＜UPVC(HDPE)管＜鋼管＜玻璃鋼管。結合農村污水管網的特點，農村污水管道主管盡量選用塑料管，如HDPE、UPVC 管；泵站外出水壓力管采用塑料管，如PE100；泵站內工藝管、倒虹管及污水壓力管道跨橋采用鋼管；接戶管采用硬聚氯乙烯管(PVC-U)。

3 管道環剛度的計算

管道環剛度Sp是塑料管材的重要參數，選擇的環剛度Sp太小，可能發生管道變形、損壞；環剛度Sp太大，又會造成不必要的浪費。 設計中，可根據管道在組合荷載作用下的最大豎向變形Wd，max不應超過0.05D0，可驗算出管材的環剛度Sp。

式中：Wd，max——管道在組合荷載作用下的最大豎向變形（≤0.05D0）；DL——變形滯后效應系數（取1.50）；Kd——管道變形系數（取0.1）；Fsv，k——每m管道管頂的豎向土壓力標準值；φq——地面荷載（φq=0.5）；qvk——車輪荷載傳遞到管頂處的豎向壓力標準值（kN/m2）；D0——管道的計算直徑（m）；Sp；Ed——管側土的綜合變形模量（kN/m2）。

Wd，max是覆土厚度、管徑的函數，因此在選擇環剛度時，應結合地質情況，根據覆土厚度和管徑等參數綜合確定。 本項目推薦如下：

4 結語

針對農村經濟水平較低、整體施工水平不高等特點，推薦主管道采用經濟、便捷的塑料管，泵站、架管等特殊要求管段采用鋼管。 管道環剛度的選擇應結合覆土、荷載及土質等條確定，建議機動車道下采用環剛度≥8，而庭院、田埂等荷載小，可視情況降低環剛度，節約投資。