黎一鳴（1979.1- ），女，廣東江門人，畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院，工程師，現(xiàn)主要從事水利工程給排水方面的工作。
淺談某水利工程輸水管選材
黎一鳴
摘 要：本文作者根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體工程實(shí)際，通過對(duì)常用管材的介紹，提出管材選擇的原則與要求，對(duì)輸水工程管材選擇相關(guān)問題進(jìn)行分析探討，并給出了自己的看法和意見，供同行參考。
關(guān)鍵詞：水利工程；管路；輸水管；管材

l 工程概況
某水利輸水工程輸水干管長(zhǎng)48km，支管總長(zhǎng)9.75km，引水管線穿越的地貌主要為山間盆地，地勢(shì)總體是西北高、東南低，主要為堆積地形，淺侵蝕地形也常見。引水管線通過基巖區(qū)和第四系洪積堆積碎石土區(qū)。
基巖區(qū)未見地下水，第四系覆蓋層厚度較薄為1.0m左右，呈零星分布，由北向南流向的沖洪溝較發(fā)育，但規(guī)模小，切割深度淺，均為季節(jié)性洪水溝，管底埋深都在沖洪溝底以下3～5m，因此沖洪溝對(duì)管線影響不大。根據(jù)巖石試驗(yàn)資料，砂巖的自由膨脹率小于40％，不具膨脹潛勢(shì)，泥巖的自由膨脹率在42~62％，具有弱膨脹潛勢(shì)，建議座落在泥巖段的管線采取抗膨脹措施。
該段出露的地層主要為第四系洪積堆積碎石土，由礫石、砂、粉土組成，天然密度1.87g/cm。天然干密度1.85g/cm。含水率1.33％，相對(duì)密度0.46，自然休止角34.5度，滲透系數(shù)2.7×10－2cm/s，變形模量25.0，承載力250KPa。管線地形較平緩，無較大的沖洪溝發(fā)育，無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，無構(gòu)造穿越管線，地下水位埋深大，低于管底高程。

2 選材原則
選擇管材時(shí)應(yīng)遵循以下原則：管道口徑及承受要求的內(nèi)壓力和外荷載；管道使用性能的安全及維修工程量大��；管道輸水能力一樣的前提下造價(jià)低；管道能滿足工程地質(zhì)、地形條件；封閉性能高：供水管網(wǎng)是承壓的管網(wǎng)，管道只有良好的封閉性，才是連續(xù)供水的基本保證；水力條件好：供水管道的內(nèi)壁不結(jié)垢、光滑、管路暢通，才能降低水頭損失，確保服務(wù)水頭；設(shè)備控制靈：供水網(wǎng)管道長(zhǎng)度少的有數(shù)公里，多的達(dá)數(shù)千公里，在大型供水管網(wǎng)中有成千上萬個(gè)專用設(shè)備，維持著管網(wǎng)的良好運(yùn)行。

3 輸水工程常用管材
管材的發(fā)展已有多年的歷史，各種管材均有其不同的應(yīng)用領(lǐng)域及適用范圍，初步選用的管材有預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管 (PCCP)、玻璃鋼加砂管(GRP)、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管(PCP)、球墨鑄鐵管、鋼管(無縫或焊接)等。
(1)預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)。其特點(diǎn)是：PCCP使用壽命長(zhǎng)；PCCP采用美國(guó)供水協(xié)會(huì)AWWA C304設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、AWWA C30150造標(biāo)準(zhǔn)和AWWA M9混凝土壓力管手冊(cè)，有完整的設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量：管子堅(jiān)固，不易損壞，不需維修；防腐性能好，柔和了鋼和水泥的長(zhǎng)處；可承受高公壓，最高可達(dá)2.5Mpa；可承受深覆土；在使用中的PCCP管道，隨時(shí)可帶壓開孔，與其它支管相接；管子施工方便，采用的是承插式柔性接口，鋼環(huán)與“0”形密封圈滑動(dòng)密封，無漏水現(xiàn)象。
(2)玻璃鋼夾砂管(GRP)。玻璃鋼管特點(diǎn)是：玻璃鋼管的糙率低，n=0.0084(廠家提供)；耐腐蝕性能強(qiáng)，特別是化工系統(tǒng)和污水腐蝕強(qiáng)的管道有顯著的特點(diǎn)；重量輕，運(yùn)輸和吊裝比較方便；單節(jié)管長(zhǎng)，可制作12m；生產(chǎn)廠區(qū)占地面積小，產(chǎn)量高；管子設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。管線兩側(cè)必須同時(shí)回填夯實(shí)，夯實(shí)的壓實(shí)度控制在95％ 以上，在回填至管子外徑70％ 以前時(shí)，管子產(chǎn)生縱向變形(即豎向橢圓)，在完全回填后，縱向下陷變形一般應(yīng)控制在1.7％以內(nèi)。
(3)預(yù)應(yīng)力混凝土管(簡(jiǎn)稱PCP)。PCP實(shí)質(zhì)上是一種完全由混凝土制成的管材，承口與插口的結(jié)合采用間隙配合，安裝時(shí)，O型膠圈沿承插口的工作面滾動(dòng)，膠圈受壓將接頭密封，形成水密性接頭。從生產(chǎn)工藝看，PCP的水壓抗?jié)B試驗(yàn)是在管材纏絲后才進(jìn)行的，該水壓試驗(yàn)并不能檢核混凝土管芯本身的水密性�；炷�土作為一種多孔材料，僅提高抗裂性并不意味著其抗?jié)B性也得到提高，作為壓力輸水管道用的材料，在單向壓力狀態(tài)下長(zhǎng)期處于水泡狀態(tài)下的混凝土，不可避免地會(huì)發(fā)生局部滲漏，因此，也就影響了管材的耐久性。
(4)球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管特點(diǎn)是：它仍然屬于金屬管材，腐蝕問題仍然和鋼管一樣，處理起來工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴；球墨鑄鐵管設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要是壁厚的確定；依據(jù)國(guó)外的有關(guān)資料，當(dāng)管道結(jié)構(gòu)的剛度小于管道周土體結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，該管道應(yīng)按柔性管進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，不能承受外載的壓力，必須由管外的土壤結(jié)構(gòu)提供支撐，不然管子將下陷；受管材結(jié)構(gòu)的限制，不能在管壁上開孔，更不能現(xiàn)場(chǎng)帶壓開孔；管材的結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)接頭偏轉(zhuǎn)；不可能采用限制性接頭，管線出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)時(shí)，彎頭處必須有止推墩。
(5)鋼管。長(zhǎng)期以來，鋼管一直在管線輸水行業(yè)中占主導(dǎo)地位，主要特點(diǎn)是：鋼管不能承受外載的壓力，必須由管外的土壤結(jié)構(gòu)提供支撐，不然管子將下陷；管子的接口必須在施工現(xiàn)場(chǎng)焊接，這種焊接受天氣和地理環(huán)境的制約，如在夏季高溫天氣、寒冷的冬季都不利于焊接施工，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接口焊接開裂等事故；管子本身沒有防腐措施，必須在安裝后再進(jìn)行內(nèi)外防腐；鋼管價(jià)格昂貴，不利于輸水管線。

4 初選管材
通過對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)、玻璃鋼加砂管(GRP)、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管(PCP)、球墨鑄鐵管、鋼管(SP無縫或焊接)等各種管材的性能及特點(diǎn)的了解，一般情況下管道價(jià)格從低到高的順序依次為預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管(PCP)、預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)、玻璃鋼加砂管(GRP)、球墨鑄鐵管、鋼管(SP無縫或焊接)。本輸水工程輸水管道根據(jù)管基地質(zhì)條件不同，管材初選管材為預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)和玻璃鋼加砂管。

5 預(yù)應(yīng)力鋼筒砼管(PCCP)和玻璃鋼加砂管(GRP)的各自特點(diǎn)
5.1預(yù)應(yīng)力鋼簡(jiǎn)砼管(PCCP)用于基巖區(qū)
(1)施工條件：由于管材較重且管徑較大，對(duì)地基的處理要求很嚴(yán)格，本次設(shè)計(jì)巖基基礎(chǔ)段采用該管材，底部墊20cm砂礫石，管道頂部以上回填50cm)礫石，管道中心線以下夯實(shí)，以上松填即可，承插口式活性連接，施工迅速。(2)使用期：PH=12.5堿性環(huán)境不生銹，設(shè)計(jì)壽命75年。(3)輸送水質(zhì)：對(duì)水質(zhì)無二次污染現(xiàn)象。(4)建設(shè)投資工程造價(jià)低，綜合質(zhì)量高；它的工程綜合造價(jià)比玻璃鋼低，更比鋼管低的多，它的敷設(shè)速度、防腐性能好，是大口徑輸水管材中較為理想的管材。(5)自重：自重較重，每米約6噸，施工不方便，運(yùn)輸必須修運(yùn)輸路，安裝過程中采用大型龍門臺(tái)車或大型吊車，成本較高，但是施工后可大大增加自身的穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗及水錘壓力的能力，減少鎮(zhèn)墩，節(jié)約投資。(6)抗沖擊力：自重較重，每米約6噸，抗沖擊能力強(qiáng)。(7)維護(hù)條件：自重較重，維護(hù)不方便。(8)抗腐蝕性：較差，需采取特殊處理。
5.2玻璃鋼加砂管(GRP)
(1)施工條件：剛性結(jié)構(gòu)，管腔回填土要求高，回填需夯實(shí)，本次設(shè)計(jì)底部墊60cm砂礫石，管道頂部以上回填50cm砂礫石，管道周圍回填砂礫石均夯實(shí)，承插口設(shè)計(jì)，施工迅速。(2)使用期： 耐磨性差， 設(shè)計(jì)壽命50年。(3)輸送水質(zhì)：輸水用的玻璃鋼管，它的內(nèi)襯層應(yīng)耐磨、有韌性、表面光潔、厚度適當(dāng)、樹脂固化效果好，不允許存在裂紋。否則影響其抗?jié)B性，結(jié)構(gòu)層的纖維有可能游離至水中，影響輸水的衛(wèi)生條件。(4)建設(shè)投資低于鋼管，在材質(zhì)有較高要求的情況下高于PCCP管。(5)自重：管材自重小，溝槽基礎(chǔ)處理簡(jiǎn)便：玻璃鋼夾砂管道自重比混凝土管輕，不但便于運(yùn)輸和施工下管，而且省卻了管底混凝土基礎(chǔ)，只需做碎石墊層即可。該項(xiàng)特點(diǎn)，不但減少了基礎(chǔ)投資，而且大大縮短了施工周期。(6)抗沖擊力：自重較輕，施工方便，但是施工后穩(wěn)定性較弱，需增加鎮(zhèn)墩。(7)維護(hù)條件：自重較輕，維護(hù)較簡(jiǎn)單。(8)抗腐蝕性：較強(qiáng)，玻璃鋼管與其它塑料管一樣，均存在應(yīng)變腐蝕問題，玻璃鋼管剛度小，管道基礎(chǔ)要求較嚴(yán)，必要時(shí)需作砂墊層，玻璃鋼管破裂維修，通常采用玻璃鋼粘補(bǔ)。它必須在干燥的環(huán)境下作業(yè)，這 是供水管道難以具備的條件，管材始終存在廢舊料的再生回收、焚燒處置的問題，熱塑性塑料管及熱固性塑料管的最終焚燒處置大多數(shù)對(duì)環(huán)境造成不同程度的危害。(9)不易滲漏：混凝土管接口只有一道橡膠圈，且砼管管節(jié)偏短，接口過多，增加了滲漏機(jī)會(huì)。玻璃鋼夾砂管承插式接口采用雙O型橡膠圈，接口具有兩道密封圈，不易滲漏。(10)工程期短：由于玻璃鋼夾砂管自重輕、管節(jié)長(zhǎng)、接口合理，管道的運(yùn)輸、裝卸、施工、貢減、安裝都很方便，各環(huán)節(jié)的周期都很短，總的工程周期大為縮短。

6 結(jié)束語
長(zhǎng)距離輸水管道的管材選用，一般要根據(jù)工程的重要性、管道的工作壓力、輸水距離長(zhǎng)短、工程的地質(zhì)條件、工程資金落實(shí)情況及當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)水平、安全等因素綜合考慮，可以是一個(gè)工程一種管材，也可以是一個(gè)工程多種管材，如本文所述的引水工程，總而言之要用科學(xué)發(fā)展的眼光去研究每個(gè)工程，因地制宜，實(shí)事求是，選用管材。

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