浅淡如何正确地选用市政埋地排水管道__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:158

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　　浅淡如何正确地选用市政埋地排水管道
　　吴其俊
　　（郑州市市政工程勘测设计研究院广州分院，广州，510640）
　　摘 要：排水管道是市政工程建设中的基础设施，如何正确地选用排水管材是工程实践中的重要环节。文章分析埋地排水管道的应用现状，探讨埋地塑料排水管道的类型、选用及优点，并详细介绍管道的环刚度概念和作用，同时就如何根据防渗要求选择埋地塑料排水管材进行分析。
　　关键词：排水管道；埋地塑料排水管道；环刚度；
　　前言
　　近年来，在全国上下保护水资源、保护生态环境、治理水污染环境的形势下，城市排水基础设施已成为各个城市政府部门所关注的重点。现今国家对城市基础设施建设加大了投入，市政排水便是城市基础设施建设中至关重要的部分。排水系统的主要组成部分是排水管道，其造价占排水系统总造价的70%左右［1］，所以，正确的选择排水管道的材料，对降低整个排水系统工程造价、保证其正常运转具有非常重要的意义。
　　1 市政埋地排水管道应用现状分析
　　我国市政埋地排水管道，根据管道材质不同可分为混凝土管、钢筋混凝土管、金属管、塑料管。混凝土管一般分为预应力钢筋混凝土管（PCP），自应力钢筋混凝土(SPCP)，预应力钢筒筋混凝土管（PCCP），混凝土管（GP）和钢筋混凝土管（RCP）。由于混凝土管能就地取材，制造方便。我国埋地排水管道系统普遍采用混凝土管或钢筋混凝土管（以下统称混凝土管），且混凝土管作为埋地排水管从设计、施工到维护技术比较成熟。但混凝土管存在重量大、搬运安装不便、耐腐蚀性差、易发生渗漏、管节短、接头多等不足。目前城市雨水排放，混凝土管仍是首选。但个别经济条件比较好地区选择塑料管。金属管一般分为铸铁管和钢管。室外重力排水管道一般很少采用金属管，又由于其价格高投资大，耐腐蚀性差、在市政埋地排水管道中很少使用，但是个别情况下也会选择使用，如过河倒虹管、穿越铁路、排水泵站的进出水管等才采用。室外使用的多半是低压铸铁管。塑料管一般分为硬质聚氯乙稀管（PVC-U），聚乙稀管（PE），玻璃钢夹砂管（FRP）管。目前，我国市政管道品种多样，改变以往只用混凝土管、钢筋混凝土管、恢口铸铁管和钢管等少数几种管道的局面。而塑料排水管由于重量轻、强度高、耐腐蚀、内壁光滑、搬运安装方便等优点，用于埋地排水管越来越受到重视。我国自20世纪90年代开始，相继开发生产出双壁波纹管、环形肋管等异型塑料管材，管材价格也大幅下降，使塑料管管材在埋地排水管道中应用越来越大。目前塑料管材种类很多，价格相差很大。管材选用是否合理，对工程造价和工程质量都有很大的影响。
　　2 埋地塑料管的类型及选择
　　2.1 埋地塑料排水管类型
　　目前埋地塑料排水管按照管壁结构主要有两大类：平壁管和异型壁管。平壁管内外壁光滑，有实心平壁管和结构平壁管等形式；异型壁管具有平滑的内外表面、实芯或中空的螺旋或环型肋的外表面，主要有双壁波纹管、环型肋管、螺旋肋管等形式。
　　实心平壁管内外壁光滑平整，管壁截面是实心的，管材接口有软接口和橡胶圈接口，橡胶圈接口的严密性较好。结构平壁管内外壁也是光滑平整的，但是管壁截面为中空或多层结构，中空的结构平壁管有螺旋中空、径向中空和轴向中空等形式多层结构的结构平壁管有双平壁缠绕管等。
　　双壁波纹管管壁截面为双层结构，内壁光滑平整。外壁带梯形或弧形壮肋。内壁和外壁波纹间为空芯，在相同的承载力能力下可以比普通的平壁管节省50%以上的材料［1］。一般采用承插式接口，橡胶圈密封，价格较低，施工安装方便。环形肋管管内壁光滑平整，外壁带有环形加强肋，既减薄了管壁厚度又增大了管材的刚度，提高了管材承受外荷载的能力，可比普通平壁节约30.%以上的材料#p#副标题#e#，一般采用承插式接口，橡胶圈密封。螺旋肋管管内壁光滑，外壁加强肋呈螺旋形，重量仅为平壁管重量的35%~50%，管材接口用特制的管接头粘接，价格较低，但刚度不及环形肋管。
　　2.2 埋地塑料排水管材的选择
　　2.2.1 一般情况下的选择
　　在达到同样的环刚度条件下，平壁管需要的材料比异型壁管多，特别是大口径排水管更是如此，用于排水管道价格较高。一般来说，埋地排水管道采用异型壁管较为经济。但在有内压的场合下，如泵站的压力管段，由于目前常用的几种异型壁管不能承受较大的内压，若选用塑料管材，应选用能承受内压的平壁管或玻璃钢夹砂管。在几种异型结构壁管中，双壁波纹管达到同等的还刚度所需的材料较少，价格较便宜。双壁波纹管有PVC-U和PE两种，在管径不太大时（一般600mm以下），选用PVC-U双壁波纹管比较经济；在管径较大时（一般≥600mm，≤1200mm），PVC-U双壁波纹管生产困难，且性能也难以满足要求，可采用PE双壁波纹管。在管道口径很大时，一般要采用缠绕成型的结构壁管或玻璃钢夹砂管。
　　玻璃钢夹砂管力学性能优良，在一些场合下应用有一定优势。当管道口径大、所受荷载大、承压高时，可考虑采用玻璃钢夹砂管。此外，在顶管施工场合，也可考虑采用玻璃钢夹砂管。
　　2.2.2 管材的环刚度及对环刚度的要求
　　荷载的大小是选择管材的重要依据。当荷载超过管道的正常使用荷载时，管道由于变形过大甚至破坏而不能使用。不同材料、不同型号、不同规格的管材其承载能力是不一样的，塑料排水管承受的是外压，用来评价塑料管材承载能力的重要参数是环刚度。
　　环刚度反映管材在荷载作用下抵抗变形的能力，ISO标准对环刚度的定义［2］为：
　　Sp=EL÷D3(1)
　　式中：Sp——环刚度（KN/m2）；
　　E——材料的弹性模量；
　　I——惯性矩；
　　D——管环的平均直径。
　　用式（1）计算和控制环刚度比较困难，故实际采用实验的环刚度。在ISO9969和我国的国家标准《热塑性塑料管材环刚度的测定》（GB/T9647-2003）中，关于环刚度的试验计算方法是一致的：在两个平行的平板间压缩一段管材，测量在管直径方向变形达到3%时的作用力，按照下式计算管材的环刚度：
　　Sp=（0.0186+0.025Y/D）F÷LY(2)
　　式中：Sp——环刚度（kN/m2）；
　　Y——试样的径向变形量（m）；
　　F——相应于管材3%变形时的压力（KN）；
　　D——管环的平均直径；
　　L——试样长度（m）。
　　在得到管道的环刚度后，根据《埋地聚乙稀排水管管道工程技术规程》（CECS164-2004），可计算管道管壁失稳的临界压力和外压荷载下管道的竖向变形量，核算环刚度十分满足要求。
　　根据工程实践，直径在500mm以下的塑料埋地排水管一般选择环刚度8kN/m2的管材，只有在地质条件好又没有运输车辆荷载的情况下可以考虑选用环刚度4kN/m2的管材，直径在500～1200mm的塑料埋地排水管应尽量选择环刚度8kN/m2的管材，如选择8kN/m2以下的则需要进行结构计算并严格控制施工质量［3］。
　　2.2.3 防渗要求对管材选择的影响
　　塑料管都具有良好的防渗性能，但不同材质的管材由于材料特性不同，在使用过程中发生变形、破坏导致渗漏的可能性的大小还是不一样的。PVC-U由于抗冲击性、耐应力开裂行较差，相对来说，易受外力破坏而发生渗漏；玻璃钢夹砂管尽管抗冲击性较好，强度高，但其柔韧性比聚烯烃管材差，如果基础处理不好，当发生地基不均匀沉降也易导致管材开裂和接口不严密发生渗漏［4］；聚烯烃管管材由于抗冲击性、耐应力开裂性强，柔韧性好，在环刚度和强度满足要求的情况下，发生破坏而渗漏的可能性小些。此外，环刚度越大的管子发生变形、破坏的可能性越小。
　　在防渗要求较高的场合下，如地下水位高或排除污水，环刚度不易，要留有一定#p#副标题#e#的余地，最好选用聚烯烃类管或玻璃刚夹砂管。对于雨水管道，若地下水位较低，防渗要求可以低些，管材选择主要考虑经济因素。在地基条件不好而防渗要求又高的场合，最好选择聚烯烃管类管材。
　　3 埋地排水塑料管的优势
　　3.1 强度和刚度
　　从外观看来。埋地塑料排水管是不及混凝土排水管，特别是钢筋混凝土管。但是塑料管属于柔性管，柔性管在受压破坏之前可以有较大的变形，而刚性管则不行。同样外压负荷下柔性管管壁的应力较小，它和周围的回填土共同承受负载，管土共同作用。因此，埋地排水塑料管不需要和刚性混凝土管一样的强度和刚度，在合理的刚度条件下，完全达到使用要求，这一点已被国外先进国家的应用实践所证实。
　　3.2 水力特性比
　　在水力特性比方面，塑料管由于内壁光滑，输送液体时摩阻明显小于混凝土管。塑料管的内壁粗糙率为0.001，而混凝土管为0.013，因此在相同条件下，塑料管的输水量比混凝土管提高30%。实践证明，在同样坡度下，采用直径较小的塑料埋地排水管可以达到要求的流量［5］。
　　3.3 接口的密封性
　　在管材接口密封方面，塑料管的连接比较可靠。而混凝土管在保证密封性方面比较困难，绝大多数使用的平接口和企口混凝土排水管，时间长了容易脱落；混凝土为刚性管，管道稍有移位（管基不均匀沉降），连接处可能被破坏，而形成渗漏。
　　3.4 使用寿命、耐腐蚀
　　在使用寿命、耐腐蚀方面，塑料管的优点最为突出。埋地排水管输送的生活污水和雨水都具有腐蚀行，或酸性或碱性，生活污水，特别是工业废水具有强腐蚀性，塑料埋地排水管的腐蚀性远好于金属管，也明显由于混凝土管。
　　3.5 便于铺设安装
　　在管道铺设安装方面，塑料埋地排水管的优点也非常突出：重量轻、长度大、接头少、对基础要求低、连接方便、施工便捷。而混凝土管的基础和连接处需要进行养护。在地下水位高、地基松软地区，塑料排水管的优点更明显。
　　3.6 造价
　　虽然塑料埋地排水管的价格相对较高，但是国内外的实践经验表明，在正确设计和合理施工的情况下，采用塑料埋地的工程总造价常常低于混凝土排水管。
　　参考文献
　　［1］汪翙，何成达，周虎成.给水排水管网工程北京：化学工业出版社，2007.
　　［2］张玉川.塑料管环向刚度的定义、标准、选择和实现.塑料，2002.
　　［3］中华人民共和国国家标准设计图集.《埋地塑料排水管道施工》（04S520）
　　［4］刘远才.HDPE管在市政工程中的应用.西南林学院报，2003.
　　［5］李树平，刘遂庆.城市排水管渠系统北京：中国建筑工业出版社，2009.