农村饮水工程管材选用

倪治斌

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

农村饮水工程管材选用

倪治斌

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

论述了农村饮水工程输配水管道管材的选择，并对PE管这种新型环保供水管材进行了重点介绍。

农村饮水工程；管材；管网；管径

农村饮水工程是促进农村经济发展的重要基础设施，其中输配水管网工程尤为重要。输配水管道的建设费用通常占供水工程建设总投资的50%～70%。而在输配水管道工程中，管材费用至少占2／3以上。管道材料既是影响管道经济合理性的主要因素，又基本决定了管道质量的可靠性，因此必须考虑管道材质的不同对管道工程的综合影响。

农村饮水工程设计过程中需要对各种不同的管道材质进行比较，以选用合理的管道材质，它既是输配水管道安全运行的关键，又决定工程造价的高低。

在农村饮水工程中，输配水管道常用的管材有：钢管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管及塑料管4种管材。各种管材的规格、性能、优缺点、适用范围各有不同。管材选择应根据管径、内压、外部荷载，管道敷设区的地形、地质、管材的供应，按照施工方便、运行安全、经济合理的原则确定。

1 管材类型及其技术性能

1.1 钢管

钢管应用历史较长，范围较广，输配水管网工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。钢管的优点是适应性强，加工灵活方便，可承受较高的内压。其缺点是不宜承受较大的外荷载。另外，钢管埋地易受腐蚀，必须对其内外壁做防腐涂层。钢管防腐麻烦，总造价高，一旦防腐处理不当，将直接影响其使用寿命和输水能力。

1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管具有较高的抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀、抗氧化、耐高压等优良性能，施工方便，不需要在现场进行焊接及防腐操作。球墨铸铁管沿轴线允许的偏转角为30°～50°，具有良好的密封性和可挠性，减少漏水几率。施工安装方便，大大减轻铺管劳动强度。给水球墨铸铁管根据接口方式不同，可分为K型机械式柔性接口管和T型承插式柔性接口管。

1.3 钢筋混凝土管

钢筋混凝土管有普通的钢筋混凝土管、自应力钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管。其共同特点是：不需内外防腐，节省钢材，价格低廉，防腐性能好，不会减少水管的输水能力，能够承受比较高的压力，接口为柔性接口，具有较好的抗渗性、耐久性，能就地取材，节省钢材，在资金不足的情况下，应用价值大。目前生产的钢筋混凝土管管径大多在100～1500mm规格。但钢筋混凝土管重量大而质地较脆，装卸和搬运困难运输费用较高。

1.4 塑料管

塑料管主要包括无毒聚氯乙烯管即U－PVC管、聚乙烯管即PE管两种。

1.4.1 无毒聚氯乙烯管即U－PVC管

U－PVC管是一种以聚氯乙烯（PVC）树脂为原料，不含增塑剂的无毒级的塑料管材。它除了具备一般聚氯乙烯的性能，还具有耐腐蚀性和柔软性好的优点，并增加了一些优异性能，特别适用于供水管网。

U－PVC给水管材主要规格有公称通径DN15mm～DN700mm十多种。管材最高许可压力为0.6，0.9，1.6MPa3种规格。U－PVC管的连接方式有承插胶圈连接、粘合连接及法兰连接等。

1.4.2 聚乙烯管即PE管

作为管材领域的新型产品——聚乙烯塑料管，简称PE管材，是由乙烯合成的高分子材料。PE管根据生产管道的聚乙烯原材料不同，分为PE63级、PE80级、PE100级及PE112级聚乙烯管材，目前给水中应用的主要是PE80级、PE100级，PE112级是今后应用的方向，PE63级承压较低，较少用于给水材料。PE给水管材主要规格有公称通径DN20mm～DN630mm。管材最高许可压力为0.3，0.4，0.6，0.8，1.0，1.25，1.6MPa7种压力等级。

2 管材的选用

农村饮水工程输配水管网中，输配水干管管径一般不会超过DN500mm。绝大部分输配水干管管径在DN100mm～DN300mm之间。配水支管管径在DN25mm～DN100mm之间。一般要求管网压力不高，当管网最大静水压力可以选择时，宜优先选用0．4MPa级管材，最大不宜超过0．6MPa级，除非特殊需要，一般不宜选用1MPa级管材。综合以上4种管材的技术性能比较，输配水管网设计应充分考虑供水管网敷设的地质情况、压力情况、使用要求，因地制宜地采用不同材质，充分利用各种管材的优点。

目前我国钢管生产技术成熟，钢管具有工作压力高、敷设方便、管件齐全、质量安全可靠、故障率很低等优点，但其造价高，且耐腐蚀性差，易结垢，需做管内外壁的防腐，地埋管更需做特种防腐处理。因此，在供水工程中，除特殊需要外，一般慎用，如在穿越障碍（河道、道路等）、工作压力较高等条件下使用。

据资料可知，综合比较给水球墨铸铁管承压、耐腐等功能及管材造价、开挖施工、维护等各种费用，城市输配水管网建设选用管径在DN200mm～DN800mm优势比较突出。球墨铸铁管造价较高，限于目前农村经济条件，无法在农村饮水工程中得到广泛应用。只有管径在DN400mm（含DN400mm）以上，考虑耐高压、安全性时，输配水管道一般考虑选用球墨铸铁管钢筋混凝土管，其重量大、施工安装劳动强度大、运输费用高、无标准管件，难以适应配件需要过多的管道，小规格管材难以生产，成本高。但由于它能节约大量金属材料，更具耐腐蚀性、使用寿命长、不结垢、输水能力稳定等优良的技术性能，故备受青睐，且价格便宜，年折算费用低，因而在大口径供水管中应用比较广泛。一般来说，在运距适当时，对口径大、管件需要少的输水管来说，它是一种很好的输水管材。由于农村饮水工程输配水管网中使用的管道口径较小，管件需要较多，具体工程一般很少使用钢筋混凝土管管材。

农村饮水工程输配水管道管径几乎都在DN300mm（含DN300mm）以下，由于管道流速慢、管内水的停流时间长，应着重考虑抗腐蚀和防水质2次污染问题，一般采用耐酸、耐碱、抗腐蚀的环保管材给水塑料管。目前农村饮水工程输配水管道90%采用塑料管（U－PVC管、PE管）。 U－PVC管、PE管具有以下特征：①化学稳定性好，水力性能好，管道内壁光滑，阻力系数小，不易积垢；相对于金属材料，密度小、材质轻、施工安装方便，维修容易。②内壁光滑，阻力小（粗糙系数为0.009，而一般的钢管、球墨铸铁管粗糙系数为0.012～0.013），水力条件好。当管径、流量相同时，输水阻力较钢管、球墨铸铁管的阻力小30%；当管径、水头损失相同时，输水能力比钢管、球墨铸铁管大20%以上。另外还具有重量轻、运输方便的优点。塑料管比重为1.4（钢管、铸铁管比重为7.4），是钢管、铸铁管重量的1/5，采用塑料管比钢管、铸铁管节约运输费用1/10～1/5，其搬运、装卸、施工都十分方便。塑料管重量轻，在安装过程中人工即可搬动，一般不需动用机械。这样就大大减轻了工人的劳动强度和节省了工时和施工费用。

U－PVC管和PE管都是热塑性塑料管，它们有共同的特性，但在伸缩性、耐热要求、抗老化等技术特性方面也有不同之处。PE管比U－PVC管有很大的线胀系数。从耐老化值、长期强度来看，U－PVC管则优于PE管；从破坏形式来看，PE则优于U－PVC。从连接方式来看，U－PVC管有承插胶圈连接、粘合连接和法兰连接，对于管径较大的管选用承插胶圈连接较为合适。如果采用粘合连接，在施工时要保证粘接前管接头部分的绝对清洁，一粒泥沙或一个小汽泡都将是接口漏水的隐患，另外粘合还受气温和空气的影响，在室外施工有一定难度。PE管的连接形式有电热熔连接和热熔对接连接。电热熔连接是用一个套管将两条管接口处套住，通过套管内部的电热丝加热使套管和两条管熔在一起，工艺简单，且能保证接口处密实不漏，但这个套管式接头的价格贵。

U－PVC管和PE管从技术、经济上各有优缺点，要因地制宜，根据不同的工程发挥它们的优势。U－PVC管具有应用技术法规完整、施工技术研究深入、产品加工工艺成熟的优势，从而有利于产品质量和工程质量的稳定。U－PVC管管材及管件规格齐全，管道连接方式比PE管简单，符合埋地给水管的要求，而且价格较低，在经济上和技术上相对更为合理和成熟。

3 PE管在农村饮水工程应用

在《国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要》中，把PE管和U-PVC管放在同等重要的地位。随着国内化学建材业的发展，人们对水质要求不断提高，PE管作为农村饮水工程中一种更环保、性能优良的新型管材，越来越多地应用于输配水管网中，并且显示出了良好的经济效益和社会效益。

3.1 PE管的综合造价

在相似施工条件下，用相同管径 （管径大于DN100mm）的PE管、钢管及球墨铸铁管进行综合造价分析，最后结论为：PE管的造价相当于钢管的50%，相当于球墨铸铁管的70%。由于PE管的粗糙系数为0.009，低于钢管及球墨铸铁管粗糙系数0.012～0.013，故在实际工程中，用较小规格的PE管道代替相同输水能力的钢管及球墨铸铁管，可进一步降低工程造价。

3.2 PE管道施工应注意的几个问题

3.2.1 防老化问题

（1）聚乙烯给水管应是蓝色管或黑色管上挤出蓝色条，以便提高抗紫外线和防老化的性能。

（2）聚乙烯管不宜明敷。

（3）聚乙烯管在运输、存贮过程中应防止阳光直射，在工地摆放时间要短。

3.2.2 线胀系数

PE管有很大的线胀系数，因此在设计中应予以重视。PE管的线膨胀系数是钢管、球墨铸铁管的10倍，但聚乙烯管的弹性模量低于金属管，这说明：虽然PE管伸缩的程度比较高，但是伸缩产生的应力却明显要小，因此敷设PE管时，加强克服季节温差引起的轴向变形措施相当重要。控制这种伸缩的方法简单而经济，可利用聚乙烯独特的优点——应力松弛性能来控制机械活动和变形，最基本的两种方法：①不固定管道，使管道随着温度变化自由运动，如在规划允许的范围内热熔、电熔连接的管道蛇形敷设，适应管道温度变化的需要；②通过锚定的方法来控制其尺寸变化，如热熔、电熔连接的管道与金属管道、水泥压力管道连接时，应对PE管道牢固卡住，避免PE管温度变化的轴向力，影响与金属管道、水泥压力管道连接的密封性。各管段闭合时的气温尽量按年平均气温掌握；非锁紧型承插柔性连接的PE管道，能自动适应管道温度变化的需要。

3.2.3 应对PE管刚度较弱、材质较轻的措施

（1）埋管槽沟底是卵石等硬土层时，应垫砂或碎土，管体四周亦应回填砂或碎土。管槽沟回填时，从管底到管顶以上0．3m范围内的回填土必须严格控制，可采用碎石硝、砂砾、中砂、粗砂或开挖出的碎土。

（2）管道覆土深度大于0．7m，在轻型车行道下不宜小于1m，管道穿越车行道应设套管保护。

（3）管线上的阀门应有垫墩，在阀座两侧采取卡固措施，防止阀门启闭时的扭力影响管道的接口。

（4）PE管材较轻，入沟后应随即覆土，防止发生浮管事故。

目前，我国农村饮水工程输配水管材的生产与应用，管材的行业标准、验收标准、设计规范的制订等方面都有很大的进步。新型环保供水管材越来越多地被应用于农村饮水工程，发展空间很大。

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2010-02-23

倪治斌（1965-），男（汉族），河北景县人，高级工程师，主要从事给水排水设计工作，（Tel）022-26786283。