UPVC管道在灌溉管道工程中的應用

任華紅

(洪洞縣水利局，山西 臨汾 041600)

1 工程背景

臨汾市洪洞縣2016年小型農田水利設施項目位于洪洞縣趙城鎮，該農田水利設施工程建成后將會為6個行政村帶來灌溉方面的便利，涉及總人口6332人，總耕地面積1140hm2，將使項目區新增可灌溉耕地面積946.66hm2。項目區主要為大陸性干燥氣候，在季風的顯著影響下氣候較為溫和，四季分明。多年平均降雨量為492.1mm，降水年內分配極不均勻，汛期雨量在全年降雨量中的占比在70%左右，7-8月份降雨量最大，因地形原因，山區常常出現局部性暴雨，今進而引發洪水；降雨年際變化較大，年降水量最大值約為最小值的三倍，多年平均氣溫12.0℃，極端最高和最低氣溫分別為40.7℃和-18.6℃。

項目區主要建設內容包括泵站工程、提水管道工程、蓄水池工程、輸水管道工程及田間灌溉工程。共設置四條灌溉輸水主管道，總長度11.968km，其中主輸水管道①和主輸水管道②均采用設計外徑Φ225的UPVC管道，長度共為3.393km；主輸水管道③和主輸水管道④均采用設計外徑Φ315的UPVC管道，長度共為8.575km；主輸水管線沿線設7個排水閥、5個排氣閥，27個分水閥，9個減壓閥，48座閘閥井和167座鎮墩。

2 水文地質條件

該農田水利設施項目位于臨汾斷陷盆地以北，汾河左岸趙城鎮境內。地形平緩，且主要呈現為沖積高階地與沖積低階地地貌，Ⅰ級階地、Ⅱ級階地、高級階地均有分布。項目區區域構造較為穩定，結合區域地質資料，項目區西北部主要分布數條NNE向推測斷層，覆蓋層較厚，所以對項目并無較大影響。工程區地下水主要為松散巖層孔隙水，具體分為淺層潛水和中層承壓水。淺層潛水的補給來源主要為大氣降水和汾河東西兩岸地下水、河水，開采方式主要為人工開采以及向河流下游排泄。中層承壓水的補給來源主要為邊山側向徑流，排泄途徑以人工開采為主。區域內地下水埋深為1.5-4.8m。

3 灌溉管道方案設計

3.1 管材選擇

大量工程實踐表明，UPVC管材重量輕，內壁光滑，不結垢和生銹，水力條件優越，更不會對管道造成二次污染，質地堅硬，抗腐蝕性能優良，其抗老化值、抗沖擊性能、抗化學有機物性能、抗熱性、熔接性、易卷性及抗壓性能均符合規范要求。且與其他類型的塑料管材相比，UPVC管技術成熟，管材管件規格齊全，維修養護十分便利，在我國各大灌區成功應用實踐經驗豐富。

考慮到灌區主要為粉質壤土，根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》并結合農田灌溉工程施工經驗和地形地貌特點，按照施工和管理維護方便、節省投資的原則進行田間管道工程管材選擇及布置：管網系統由主管、支管、斗管、給水栓及各種管件組成。4道主管道選用UPVC管道，設計總長11.968km。支管按照500m的間距垂直于主管布置；斗管按100m間距垂直于支管布置，支、斗管均選用UPVC管道，設計總長150km；根據實際情況給水栓間距取100m左右。

3.2 管徑設計

根據本灌區地勢條件及設計水頭損失進行主、支、斗灌溉管道管段管徑的確定，《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》所規定的管道沿程損失[1]計算公式如下：

hf=f×(Qm/Db)×L

(1)

式中：hf為灌溉管段沿程水頭損失，m；f為UPVC管材摩阻系數，取5.65×105；Q為灌溉管道的設計流量，m3/h，主要根據控制灌溉面積進行確定；L為灌溉管段長，m；m為流量系數，取1.85；b為管徑系數，取5.04；D為UPVC灌溉管道內經，mm。

將本灌區灌溉管道相關參數取值帶入式(1)后可得出該灌溉工程局部管段水頭損失，并按照沿程水頭損失10%計[2]，具體結果詳見表1。

表1 UPVC輸水管道水頭損失計算結果

根據以上對該灌區UPVC管道水頭損失計算結果，主輸水管道①和主輸水管道②設計管徑均為Ф225，而主輸水管道③和主輸水管道④設計管徑均為Ф315，支管、斗管設計管徑均為Ф110。

4 UPVC灌溉管道施工要點

4.1 溝槽開挖回填

UPVC灌溉管材與球磨鑄鐵管材相比重量輕，安裝便捷，用工少，對安裝機具也無高要求，但是要求溝槽開挖寬度必須達到規范規定，如果管材溝槽開挖寬度不符合相關規范，雖然不會直接影響UPVC灌溉管材的安裝，但是會影響回填質量及壓實度，在回填及壓實的過程中，很容易導致管道破裂。與此同時，管材開挖溝槽底部砂墊層厚度應至少為100mm，尤其對于土壤地質條件較為特殊、溝底大塊礫石較多的區域，必須嚴格按照規范執行，確保回填施工質量。

4.2 管道安裝

UPVC灌溉管材比金屬管材重量輕，安裝過程中無需大量人工和施工機具，主要通過膠圈接口連接，能大大降低安裝成本，提升安裝效率，且這種性能優勢隨管徑的增大而愈發明顯。但是，UPVC灌溉管材端口無頂進深度刻度線，在頂進深度方面存在掌握難度，尤其是在夜間或光線不良情況下安裝的過程中，造成漏水或試壓失敗的可能性較大。此外，在UPVC灌溉管道安裝的過程中可能需要切割管材，而UPVC彎頭多為雙承口接頭，如果切口端面坡口不到位，則會增大安裝難度，還會導致膠圈頂壞、錯位。

UPVC管材的連接方式通常有承插膠圈連接、法蘭連接和黏合連接，對于較大管徑的UPVC管道通常采用承插膠圈連接方式，而黏合連接方式對于施工過程中管段接頭處的清潔程度要求較高，同時還受到環境溫度和空氣濕度等的較大影響，質量控制難度大。為此本農田灌溉工程UPVC管材連接采用法蘭連接方式。

4.3 管道試壓

在進行本灌區UPVC灌溉管道試壓時，按照相關規范的規定試驗靜水壓力應大于設內水壓0.8MPa，在進行管道試壓時沿用球磨鑄鐵管試壓標準，將試驗水壓設定為1.0MPa，穩壓30min[3]。考慮到UPVC管道具有比金屬管材更大的軸線膨脹系數，所以應采用較高的試壓標準，而試壓過程中也會造成接口滑出2.0-5.0mm，為避免接口繼續滑出，回填土方必須符合設計壓實度要求，且管道支墩強度和后背安全穩固性均應按規范控制，確保試壓順利。

4.4 管道支墩

UPVC灌溉管材在我國農田水利設施項目中的應用已經較為普遍，但是部分規范并不完善，例如管道支墩技術方面，金屬管材支墩技術標準圖集已經相對完整，技術及施工人員對金屬管道支墩施工流程已經相當熟悉，但遺憾的是UPVC灌溉管道支墩施工技術并無相關規定和標準，在施工操作中，施工人員通常沿用金屬管材支墩技術進行UPVC管道支墩砌筑施工，但是金屬管材和UPVC管材在材質、性能、承載力等方面存在較大差異。為防止因操作技術不同引發管道局部應力集中而導致UPVC管材損壞，影響安全施工與工程運行，本工程管理部門結合現行規范及灌區土質條件，制定出適用于本工程的UPVC管道支墩施工規范，保證了管道支墩安全施工及灌溉工程安全運行。

5 結 論

通過文章對位于洪洞縣趙城鎮的《臨汾市洪洞縣2016年小型農田水利設施項目》中UPVC灌溉管道應用過程的分析表明，UPVC管道應用于農田灌溉工程能大大減少傳統渠道高填挖方工程量，節省工程投資，還能減少工程占地，提升農田土地資源的使用效率。UPVC管以樹脂為原材料，不含增塑劑，無毒性，且抗腐蝕性和柔性優良，不會與酸、堿、鹽等發生電化學反應，也無需涂刷防腐涂層和設置內襯，對于農田灌溉工程以及農村安全引水工程、城市供水工程等均具有普遍適用性。