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农村饮水和灌溉输水工程中管材的选用

［摘要］输水工程中管道管材的选取对工程的安全性和经济性具有非常重要的意义,本文对几种常见的输水管材的特性及优缺点进行分析探讨,并结合工程实例,为相关单位选取管材提供参考.

［关键词］输水管道；管材；选用

［中图分类号］ S277.7 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2017）11-95-2

在农村饮水和灌溉输水工程的设计中,管道管材的选取是非常重要的环节.近几年,随着工程技术和新型材料的发展,新型管材和新的生产工艺越来越多.但各厂家出于自身的经济利益考虑,往往盲目夸大自己产品的优点.市场上常见的室外输水工程管道主要有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢夹砂管及硬塑料管五类,现将各管材特性分析如下.

1 管材特点

1.1 钢管（SP）

钢管应用历史较长,适用范围广,输水工程中大口径管道比较常用的是螺旋焊接钢管和直缝焊接钢管.焊接钢管通常是以Q235B（A3）带钢卷板为原材料,经常温挤压成型,再焊接成的表面有接缝的钢管.按焊缝形状可分为直缝焊管和螺旋焊管.直缝焊管生产工艺简单,生产效率高,成本低,发展较快；螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高,能用较窄的坯料生产管径较大的焊管,还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管.但是与相同长度的直缝管相比,焊缝长度增加30%～100%,而且生产速度较低.因此,较小口径的焊管大都采用直缝焊,大口径焊管则大多采用螺旋焊.

钢管的特点是耐高压、耐冲击、韧性强、管壁薄、重量轻且接口少,对不同地形和地质条件适应性强,穿越障碍物容易,而且其壁厚可以由内压及刚度要求而决定.管道接口一般为刚性焊接,管件齐全,易于加工安装,施工较方便.钢管的缺点是相对较高,而且抗腐蚀性差,容易污染水质,内外壁均需做防腐处理,使用寿命不长.

1.2 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁管是经过球化和孕育铁水处理后,析出的石墨成明显球状的铁水生产的管材,也称为可延性铸铁管.以离心工艺生产的管材为离心球墨铸铁管,以连续浇注法生产的管材称为连续铸造球墨铸铁管.球墨铸铁管是延伸率、刚度、抗拉强度均较大的金属管道,承受土壤静荷载及地面动荷载的能力强.采用柔性接口,管件规格齐全,对地基适应性较强.球墨铸铁管的缺点是壁厚比钢管厚,所以重量比钢管重、高,而且铸铁管内壁易长锈结瘤,对水质有一定影响,长期使用管道的过水能力会下降.

1.3 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管是由钢板、预应力钢丝、混凝土和水泥砂浆4 种基本原材料在经过钢筒成型、混凝土浇筑、预应力控制技术的施加和保护层喷射等制造工艺后,构成的一种新型复合管材.其是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构,具有钢材和混凝土各自的特性.按其结构分内衬式与埋置式,公称内径600～1 200 mm为内衬式,公称内径1 400～3 000 mm为埋置式.

预应力钢筒混凝土管造价比钢管低,可以承受较高的工作压力和外部荷载,接口采用钢板冷加工成型,加工精度高.采用双橡胶圈,密封性能好,接口较为简单,防腐性能好,使用寿命长,而且管径大.但预应力钢筒混凝土管的缺点是自重大、质地脆、切凿困难,最大偏转角1.5°,对地形适应能力差,在基础处理、运输及吊装成本较高,在复杂的地形使用更显麻烦,这些都是制约该管普遍使用的主要因素.

1.4 玻璃钢夹砂管（GRP）

玻璃钢夹砂管是近些年国内新兴的一种优质复合材料管道,全称是玻璃纤维增强塑料夹砂管,是以玻璃纤维及其制品为增强材料,以不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂等为基体材料,以石英砂为填充材料的一种复合材料管道.玻璃钢夹砂管的优点是材料强度高、密封性好、重量轻,管道内壁光滑,水头损失小,在相同输水量管径比其他管材小,具有良好的防腐性,使用寿命长,管道维修方便快捷,安装时不需要大型起吊设备,施工难度小.玻璃钢夹砂管的缺点是,抗外压能力相对较差,抗折性能差易受冲击破坏,用于温差大的地方易老化变形,管道为半柔性管道,对沟槽回填要求高,回填料应是粗粒土,回填料的压实度应达到95%.

1.5 硬塑料管（UPVC）

室外给水硬塑料管常见的有聚氯乙烯管（UPVC）和聚乙烯管（PE）.由于聚氯乙烯管的强度和经济性稍强于聚乙烯管,所以在实际应用中聚氯乙烯管更广泛.硬塑料管（UPVC）是以聚氯乙烯树脂为原料,加入为生产符合标准的管材所必要的添加剂组合,不含增塑剂的塑料管材.

硬塑料管的优点是耐腐蚀,使用寿命长,水头损失小,清洁卫生,安装方便快捷,配套的各种管件丰富.缺点是管径较小,大管径高,温差大易老化变形.各种管材机械性能和综合成本对比见表1 和图1.

2 管道选材的基本原则

根据各管材的特性,建议在输水管道选取时遵循以下原则：硬塑料管小管径与金属管相比具有优势,建议管径DN300 以下水压小于2 MPa使用硬塑料管；球墨铸铁管小管径和大管径铸造困难较高,管径DN300-DN1000 考虑使用球墨铸铁管；管径DN1000-DN1600 水压小于1 Mpa 使用玻璃钢夹砂管；预应力钢筒混凝土管在大口径范围具有优势,DN1600 以上大管径地形条件较好的建议使用预应力钢筒混凝土管；钢管在不同管径均不具优势,但其优良的力学性能和广泛的适用性是其他管材不能相比的,在大、中口径中广泛应用,特别适用于地形复杂、要求较高的情况.

3 工程实例

笔者承担了甘肃省平凉市北杨涧水库输水管道的设计工作.该水库是一座以农村饮水和灌溉为主的小（2）型注入式水库,总库容94.82 万m3,工程总投资9 981 万元.工程从北杨涧沟道上的取水枢纽通过输水管道将水引入下游的注入式水库,水库设在北杨涧沟出口的平坦台地上.输水管道基本沿沟道左岸阶地布设,管道总长3.49 km,由于水头不足,采用无压输水,设计输水流量0.3 m3/s,设计纵坡最大1/222,最小1/755.管线所处沟道地形属陇东黄土丘陵沟壑区,地形陡峻,沟谷纵横,输水管线共跨越河道和山沟8 处.由于输水管线地形复杂,施工难度较大,管道采用地埋式且埋深较浅,经综合分析比选,最后确定采用DN700 螺旋钢管作为输水管材,管道外防腐采用环氧煤沥青加玻璃丝布（三油两布）,内防腐采用涂刷无毒防腐涂料（一底三面）.目前工程已竣工通水,运行良好.

4 结语

正确合理地选用管材,对提高输水工程的投资效益和供水安全性都具有十分重要的意义.在工程应用中,要在掌握各管材的特性的情况下,结合工程的实际情况,经经济、技术综合比较后确定管材的选取.

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