供水工程管材選擇分析

梁新平

摘要：在長距離供水工程中，管材所占投資比例約為45-60%，且對供水工程效益發揮影響巨大，因此，在選擇合理的管道材料非常重要，本次對預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、PVC-UH的優缺點進行比選分析，為類似工程提供參考和工程借鑒。

關鍵詞：供水工程;管材;比選;建議

1管材性能

目前在長距離中小管徑的管道輸水工程中，應用較多為預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、PVC-UH等。參考已建工程管材比選的特點以及各種管材應用情況，本次對上述六種管材方案進行介紹。

1.1預應力鋼筒混凝土管（PCCP）

PCCP管是一種鋼筒與混凝土制作的復合管，管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入鋼筒，在管芯上環向纏繞預應力高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層。

PCCP管為復合結構，管材在工作狀態下，由管芯中（處）的薄鋼筒承擔管材的抗滲和一定程度的縱向抗拉功能，由纏在管芯外的預應力鋼絲和管芯混凝土承受管材的內部水壓和外部土荷載及其它動靜荷載，通過保護層砂漿保證預應力鋼絲免遭侵蝕，因此PCCP管結合了鋼管和普通預應力混凝土管的優點，充分發揮混凝土抗壓、鋼絲抗拉、鋼筒抗滲等性能，其承受內外壓的能力均較高，剛性管壁和粗糙外表面使之有很好的耐久性。

1.2玻璃鋼管（FRP）

玻璃鋼管是由合成樹脂和玻璃纖維復合制成的一種管材，目前市場上主要的玻璃鋼管產品有三類，分別是纖維纏繞純玻璃鋼管、纖維纏繞夾砂玻璃鋼管和離心澆鑄夾砂玻璃鋼管。

玻璃鋼管的優點是重量輕，有利于施工安裝，纖維纏繞玻璃鋼管單根管道長度可達到12m，可減少接頭數量，降低施工費用，加快施工進度。

1.3鋼管（SP）

目前一般對于大口徑、承高壓的輸水工程可采用螺旋縫埋弧焊鋼管。承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管是以熱軋鋼帶卷作管坯，經常溫螺旋成型，用雙面埋弧焊法焊接，鋼管承壓能力強，焊接性能好，經過各種嚴格的科學檢驗和測試，使用安全可靠。鋼管根據防腐材料可分為涂塑鋼管和3PE鋼管兩種。

1.4球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是使用18號以上的鑄造鐵水經添加球化劑后，經過離心球墨鑄鐵機高速離心鑄造成的管道。球墨鑄鐵管是目前給水管中應用較多的管材，球墨鑄鐵管的優點是強度高，使用年代長，安全性高，管道承受壓力較高，采用橡膠圈接口，柔性較好，對地基適應性較強，耐腐蝕性強，富有強韌性，耐沖擊強度大。

1.5PE管

PE管是用聚乙烯樹脂為主要原料，經擠出成型的一種給水管材。優點是耐腐蝕性好，埋地施工無需內外防腐;密封性良好，采用電熱熔連接，管材與管件溶為一體，接頭較為可靠;無毒，安全衛生;屬于柔性管材，對地基的適應性較好;耐磨，耐久性等指標均較高。

1.6PVC-UH管

高性能硬聚氯乙烯管（PVC-UH）采用最小要求強度（MRS）大于或等于25Mpa的聚氯乙烯（PVC）混配料為原料，經擠出成型，并具有一體成型的鋼骨架密封圈承口結構的管材。給水用PVC-UH管采用獨特的綠色環保無鉛配方體系，因而不會破壞水質，衛生無毒，具有良好的衛生性能;強度高，耐腐蝕，PVC-UH管材規定了混配料的定級要求為MRS≥25MPa。

2管材比選

2.1水力學條件分析

主要分析其過水能力情況，以海澄威廉系數作為依據，該值越大，管道越光滑，過流能力越強。玻璃鋼管、PE管、PVC-UH管內壁最光滑，為140-150;涂料內襯的鋼管內壁為環氧樹脂，系數為130-140。球墨鑄鐵管內壁為水泥砂漿，系數為120-130，PCCP管系數為110-130。因此在同等管徑的情況下，玻璃鋼管、PE管、PVC-UH管的過流能力最強，涂料內襯鋼管的過流能力較強，水泥砂漿內襯的球墨鑄鐵管稍低。

2.2抗壓方面

PCCP管、玻璃鋼管最大為1.6MPa;PE、PVC-UH管最大為2.5MPa，球墨鑄鐵管最大為4.0MPa，鋼管可以滿足10.0MPa。對于承受外壓能力方面，球墨鑄鐵管最大，PCCP管、鋼管相對較大，玻璃鋼管和PE管相對最弱。

2.3地基適應性及回填要求

六種管材的標準直管最大容許轉角均為1°，對管基的要求相對較高，主管區回填材料的最大粒徑PCCP管、鋼管及球墨鑄鐵管為40mm以下，玻璃鋼管、PE管及PVC-UH管為20mm以下。

2.4抗腐蝕性方面

鋼管、球墨鑄鐵管及PCCP管均受地下水及場地土的腐蝕性影響，均需采取一定的防腐措施，其中對PCCP管，要求管道外壁的砂漿保護層采用抗硫酸鹽水泥，并增設加強級環氧煤瀝青防腐措施;對于鋼管，管道內外均需考慮防腐，內壁采用常溫型環氧涂料或熱固性環氧樹脂、外壁采用涂塑或3PE防腐層，其中3PE外防腐層的結構是熱固性環氧樹脂（防腐）+PE外保護層（防磕碰），涂塑外防腐層的結構為PE（防腐與防磕碰合一）;球墨鑄鐵管管道內壁采用水泥砂漿內襯防腐，外壁采用噴鋅+環氧煤瀝青防腐層+聚乙烯套防腐。PE管、PVC-UH管和玻璃鋼管在抗腐蝕性方面性能突出，管材本身所用材質已具備耐腐蝕能力，因此不需要額外增加防腐措施。

2.5施工方面

PCCP管吊裝重量最大，裝卸和搬運相對困難，采用承插接頭，單節管長5m或6m，接頭數量相對較多。球墨鑄鐵管吊裝重量最大，裝卸和搬運相對困難，采用承插接頭，單節管長5m或6m，接頭數量相對較多;鋼管吊裝重量較大，采用焊接接頭，單節管長12m，接頭數量少，接頭為現場焊接，現場的工作量較大，施工速度相對最慢，并且施工現場焊接需要有電源，并保證工作坑內無積水，涌水地點施工困難。PE管重量也較輕，采用承插接頭，單節管長12m，最大可做到18m，接頭數量少，熱熔連接施工速度快。玻璃鋼管吊裝重量最輕，采用承插接頭，纖維纏繞管單節管長12m，接頭數量少，施工速度快。

2.6維修和配件方面

長距離輸水管線在運行過程中，一旦發生爆管、漏水等事故時，鋼管可切割，可焊接，可加工各類異型管件，維修最為便利;球墨鑄鐵管的切割性和可焊性都不好，一般也只能整體更換，維修不便;玻璃鋼管可通過現場纏繞玻璃纖維的方式進行修補，但纏繞的可靠性不如焊接，維修較便利;PE管可通過換管熱熔或現場箍哈夫節的方式進行維修，維修較便利。配件方面，鋼管采用鋼制管件，球墨鑄鐵管的管件較為豐富，但彎頭為定型角度，實際放線角度不可能都為定型角度，因此會采用部分鋼制管件;玻璃鋼管的管件由于是手工糊制，可靠性和穩定性不高，一般都采用鋼制管件。

3結論

管材選擇時宜依據管道沿線地形、地質條件、最大使用壓力、工程造價及供貨條件進行綜合比選，確定推薦管材。建議PCCP適用于1.6MPa以內，管徑在DN1400-DN3000，沿線底層巖性為卵礫石、且無地下水的地段。玻璃鋼管適用于1.0MPa以內，沿線地層巖性為粉土、粘土或砂土的地段。PE管及PVC-UH管，適用于1.6MPa以內，管徑不大于DN400的地段。球墨鑄鐵管、鋼管適用范圍較廣。

參考文獻

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