浅谈某水利工程输水管选材-水利论文

黎一鸣（1979.1- ），女，广东江门人，毕业于华北水利水电学院，工程师，现主要从事水利工程给排水方面的工作。
浅谈某水利工程输水管选材
黎一鸣
摘要：本文作者根据自己多年的工作经验，结合具体工程实际，通过对常用管材的介绍，提出管材选择的原则与要求，对输水工程管材选择相关问题进行分析探讨，并给出了自己的看法和意见，供同行参考。
关键词：水利工程；管路；输水管；管材

l 工程概况
某水利输水工程输水干管长48km，支管总长9.75km，引水管线穿越的地貌主要为山间盆地，地势总体是西北高、东南低，主要为堆积地形，浅侵蚀地形也常见。引水管线通过基岩区和第四系洪积堆积碎石土区。
基岩区未见地下水，第四系覆盖层厚度较薄为1.0m左右，呈零星分布，由北向南流向的冲洪沟较发育，但规模小，切割深度浅，均为季节性洪水沟，管底埋深都在冲洪沟底以下3～5m，因此冲洪沟对管线影响不大。根据岩石试验资料，砂岩的自由膨胀率小于40％，不具膨胀潜势，泥岩的自由膨胀率在42~62％，具有弱膨胀潜势，建议座落在泥岩段的管线采取抗膨胀措施。
该段出露的地层主要为第四系洪积堆积碎石土，由砾石、砂、粉土组成，天然密度1.87g/cm。天然干密度1.85g/cm。含水率1.33％，相对密度0.46，自然休止角34.5度，渗透系数2.7×10－2cm/s，变形模量25.0，承载力250KPa。管线地形较平缓，无较大的冲洪沟发育，无不良物理地质现象，无构造穿越管线，地下水位埋深大，低于管底高程。

2 选材原则
选择管材时应遵循以下原则：管道口径及承受要求的内压力和外荷载；管道使用性能的安全及维修工程量大小；管道输水能力一样的前提下造价低；管道能满足工程地质、地形条件；封闭性能高：供水管网是承压的管网，管道只有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证；水力条件好：供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能降低水头损失，确保服务水头；设备控制灵：供水网管道长度少的有数公里，多的达数千公里，在大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。

3 输水工程常用管材
管材的发展已有多年的历史，各种管材均有其不同的应用领域及适用范围，初步选用的管材有预应力钢筒砼管 (PCCP)、玻璃钢加砂管(GRP)、预应力钢筋砼管(PCP)、球墨铸铁管、钢管(无缝或焊接)等。
(1)预应力钢筒砼管(PCCP)。其特点是：PCCP使用寿命长；PCCP采用美国供水协会AWWA C304设计标准、AWWA C30150造标准和AWWA M9混凝土压力管手册，有完整的设计和制造标准，确保产品质量：管子坚固，不易损坏，不需维修；防腐性能好，柔和了钢和水泥的长处；可承受高公压，最高可达2.5Mpa；可承受深覆土；在使用中的PCCP管道，随时可带压开孔，与其它支管相接；管子施工方便，采用的是承插式柔性接口，钢环与“0”形密封圈滑动密封，无漏水现象。
(2)玻璃钢夹砂管(GRP)。玻璃钢管特点是：玻璃钢管的糙率低，n=0.0084(厂家提供)；耐腐蚀性能强，特别是化工系统和污水腐蚀强的管道有显著的特点；重量轻，运输和吊装比较方便；单节管长，可制作12m；生产厂区占地面积小，产量高；管子设计相对复杂。管线两侧必须同时回填夯实，夯实的压实度控制在95％以上，在回填至管子外径70％以前时，管子产生纵向变形(即竖向椭圆)，在完全回填后，纵向下陷变形一般应控制在1.7％以内。
(3)预应力混凝土管(简称PCP)。PCP实质上是一种完全由混凝土制成的管材，承口与插口的结合采用间隙配合，安装时，O型胶圈沿承插口的工作面滚动，胶圈受压将接头密封，形成水密性接头。从生产工艺看，PCP的水压抗渗试验是在管材缠丝后才进行的，该水压试验并不能检核混凝土管芯本身的水密性。混凝土作为一种多孔材料，仅提高抗裂性并不意味着其抗渗性也得到提高，作为压力输水管道用的材料，在单向压力状态下长期处于水泡状态下的混凝土，不可避免地会发生局部渗漏，因此，也就影响了管材的耐久性。
(4)球墨铸铁管。球墨铸铁管特点是：它仍然属于金属管材，腐蚀问题仍然和钢管一样，处理起来工艺复杂、造价昂贵；球墨铸铁管设计结构复杂，主要是壁厚的确定；依据国外的有关资料，当管道结构的刚度小于管道周土体结构刚度时，该管道应按柔性管进行结构分析，不能承受外载的压力，必须由管外的土壤结构提供支撑，不然管子将下陷；受管材结构的限制，不能在管壁上开孔，更不能现场带压开孔；管材的结构无法实现接头偏转；不可能采用限制性接头，管线出现偏转时，弯头处必须有止推墩。
(5)钢管。长期以来，钢管一直在管线输水行业中占主导地位，主要特点是：钢管不能承受外载的压力，必须由管外的土壤结构提供支撑，不然管子将下陷；管子的接口必须在施工现场焊接，这种焊接受天气和地理环境的制约，如在夏季高温天气、寒冷的冬季都不利于焊接施工，经常会出现接口焊接开裂等事故；管子本身没有防腐措施，必须在安装后再进行内外防腐；钢管价格昂贵，不利于输水管线。

4 初选管材
通过对预应力钢筒砼管(PCCP)、玻璃钢加砂管(GRP)、预应力钢筋砼管(PCP)、球墨铸铁管、钢管(SP无缝或焊接)等各种管材的性能及特点的了解，一般情况下管道价格从低到高的顺序依次为预应力钢筋砼管(PCP)、预应力钢筒砼管(PCCP)、玻璃钢加砂管(GRP)、球墨铸铁管、钢管(SP无缝或焊接)。本输水工程输水管道根据管基地质条件不同，管材初选管材为预应力钢筒砼管(PCCP)和玻璃钢加砂管。

5 预应力钢筒砼管(PCCP)和玻璃钢加砂管(GRP)的各自特点
5.1预应力钢简砼管(PCCP)用于基岩区
(1)施工条件：由于管材较重且管径较大，对地基的处理要求很严格，本次设计岩基基础段采用该管材，底部垫20cm砂砾石，管道顶部以上回填50cm)砾石，管道中心线以下夯实，以上松填即可，承插口式活性连接，施工迅速。(2)使用期：PH=12.5碱性环境不生锈，设计寿命75年。(3)输送水质：对水质无二次污染现象。(4)建设投资工程造价低，综合质量高；它的工程综合造价比玻璃钢低，更比钢管低的多，它的敷设速度、防腐性能好，是大口径输水管材中较为理想的管材。(5)自重：自重较重，每米约6吨，施工不方便，运输必须修运输路，安装过程中采用大型龙门台车或大型吊车，成本较高，但是施工后可大大增加自身的稳定性，增强抗及水锤压力的能力，减少镇墩，节约投资。(6)抗冲击力：自重较重，每米约6吨，抗冲击能力强。(7)维护条件：自重较重，维护不方便。(8)抗腐蚀性：较差，需采取特殊处理。
5.2玻璃钢加砂管(GRP)
(1)施工条件：刚性结构，管腔回填土要求高，回填需夯实，本次设计底部垫60cm砂砾石，管道顶部以上回填50cm砂砾石，管道周围回填砂砾石均夯实，承插口设计，施工迅速。(2)使用期：耐磨性差，设计寿命50年。(3)输送水质：输水用的玻璃钢管，它的内衬层应耐磨、有韧性、表面光洁、厚度适当、树脂固化效果好，不允许存在裂纹。否则影响其抗渗性，结构层的纤维有可能游离至水中，影响输水的卫生条件。(4)建设投资低于钢管，在材质有较高要求的情况下高于PCCP管。(5)自重：管材自重小，沟槽基础处理简便：玻璃钢夹砂管道自重比混凝土管轻，不但便于运输和施工下管，而且省却了管底混凝土基础，只需做碎石垫层即可。该项特点，不但减少了基础投资，而且大大缩短了施工周期。(6)抗冲击力：自重较轻，施工方便，但是施工后稳定性较弱，需增加镇墩。(7)维护条件：自重较轻，维护较简单。(8)抗腐蚀性：较强，玻璃钢管与其它塑料管一样，均存在应变腐蚀问题，玻璃钢管刚度小，管道基础要求较严，必要时需作砂垫层，玻璃钢管破裂维修，通常采用玻璃钢粘补。它必须在干燥的环境下作业，这是供水管道难以具备的条件，管材始终存在废旧料的再生回收、焚烧处置的问题，热塑性塑料管及热固性塑料管的最终焚烧处置大多数对环境造成不同程度的危害。(9)不易渗漏：混凝土管接口只有一道橡胶圈，且砼管管节偏短，接口过多，增加了渗漏机会。玻璃钢夹砂管承插式接口采用双O型橡胶圈，接口具有两道密封圈，不易渗漏。(10)工程期短：由于玻璃钢夹砂管自重轻、管节长、接口合理，管道的运输、装卸、施工、贡减、安装都很方便，各环节的周期都很短，总的工程周期大为缩短。

6 结束语
长距离输水管道的管材选用，一般要根据工程的重要性、管道的工作压力、输水距离长短、工程的地质条件、工程资金落实情况及当地施工技术水平、安全等因素综合考虑，可以是一个工程一种管材，也可以是一个工程多种管材，如本文所述的引水工程，总而言之要用科学发展的眼光去研究每个工程，因地制宜，实事求是，选用管材。