曹妃甸工业区排水管道选材初探

金 朝

(唐山市古冶区城市防汛排水办公室，河北 唐山 063100)

曹妃甸工业区排水管道选材初探

金 朝

(唐山市古冶区城市防汛排水办公室，河北 唐山 063100)

结合曹妃甸工业区市政排水管道的实际案例，对钢筋混凝土管、钢筋混凝土方沟、钢塑复合排水管三种常用的排水管材进行了优缺点分析，并从水力条件、管道荷载能力、施工难易程度等方面研究了适合于该工程的管材，以供参考。

排水管材，钢筋混凝土管，荷载能力

1 概述

地处唐山南部，位于京唐港与天津港之间的“渤海明珠”——曹妃甸，以其得天独厚的地理条件、极具开发价值的潜力，成为了区域经济发展中的领头羊、探路者，被誉为“河北省一号工程”。

曹妃甸，一座新城，基础设施从无到有的过程为其今后的腾飞奠定了必要的物质基础，具有深远意义。如今很多外表光鲜的现代化城市，大多金玉其外败絮其中，因而城市的地下设施——排水管道的设计、建设，犹如树木之根基，唯有强大有力的根，才有参天的木叶。

合理的选用排水管材，对于提高市政排水工程质量、降低工程总体造价、实现经济可持续发展等有重要意义。

2 曹妃甸工业区常用排水管材

在曹妃甸工业区的市政排水管道实际工程中，根据管道的材料的不同，常用的排水管道主要有：钢筋混凝土管、钢筋混凝土方沟和HDPE钢塑复合排水管等。

2.1 钢筋混凝土管

钢筋混凝土管，常用作重力流排水管道以及倒虹吸管或泵站的压力管。其主要优点：便于就地取材，制造方便；可以根据不同的使用压力需求，制作成预应力管、无压管及低压管。其主要缺点：水力性能差，抗酸及抗碱的侵蚀以及抗渗性能较差，管节短而接头多，且大管径的钢筋混凝土管道其自身重量大，不便于运输，施工难度较大。钢筋混凝土管道不宜敷设在如下地区：地震强度大于8度的地区，淤泥及淤泥土质、饱和松砂、冲填土和杂填土等土质的地区。

2.2 钢筋混凝土方沟

预制的排水管道，其管径一般小于2 000，而在实际工程中，如在大区域排水系统的终端，管径2 000的排水管道有时不能满足排水量的要求，通常这种情况下，在现场砌筑排水方沟。排水方沟常用的材料主要为钢筋混凝土块和钢筋混凝土等。在曹妃甸工业区实际工程中，以钢筋混凝土现浇方沟最为常用。

钢筋混凝土方沟的优点是：相同通过流量下，管道断面高度相对圆形管道较低，在区域规划设计时，能降低管顶覆土，减少整个区域的排水系统的埋深；方沟经结构设计后，有更为灵活的承载能力；在排水系统终端，水量较大时，圆形管道难以满足过流能力，而方沟能够设计出满足大流量情况的断面结构。其缺点是：水力性能较差，抗侵蚀(酸、碱的侵蚀)性能及抗渗性能较差；断面高度相对降低的同时导致断面宽度更宽，在具体施工图设计中，可能影响其他市政设施的布置；每延米的工程造价相对同样流量的圆形管道造价要高；需在施工现场支模板进行浇筑，而且在曹妃甸工业区，由于地下水为海水环境，方沟内外均需做防腐处理，钢筋需涂阻锈剂，因而施工工艺更为复杂。

2.3 HDPE钢塑复合排水管

在曹妃甸工业区的市政排水管道工程中，常用的塑料埋地排水管为HDPE钢塑复合排水管(本文以下简称钢塑复合排水管)。

钢塑复合排水管，用钢带作为管道的骨架，内外壁均为HDPE材料，因而得名。其优点如下：具有较好的韧性(在低温环境中的抗冲击性能较好，对于施工环境和外界气温的要求不高)；水力性能好；较强的抗腐蚀性；密封性能及环保性能好；生产场地的选定较为灵活且重量较轻，运输成本低且方便安装；耐磨性强；安全无毒性，绿色环保；工程总体造价低。在强度和刚度上，由于钢塑复合排水管是与管道周围土壤共同承受负载的(见式(1))，因而在合理的设计及施工后，其管道荷载能力能够满足工程实际需求。

3 工程实例

曹妃甸工业区装备二道雨水管道工程管材比较方案。

装备制造区位于曹妃甸工业区东侧，紧邻曹妃甸工业起步区的北区，占地面积为36.37 km2，将建成重要的临港加工制造基地。

装备二道工程，在道路两侧距路中11 m处布置雨水管道，雨水分别自起点、终点流向K1+618.393处雨水排水口，全线雨水管道最终排至B4河。沿线主管道规格为d800～d2 200，管线设计里程2.226 km。

根据区域雨水规划，A段落K0+150～K0+500段雨水管道，管道直径1 200，坡度i=0.000 8；B段落K1+000～K1+600段雨水管道，2.4 m×1.4 m方沟，坡度i=0.000 4。初步设计中，对装备二道A，B两段落管道形式进行了对比分析，对比所选管材为曹妃甸工业区工程实际中常用的管材：钢塑复合排水管、钢筋混凝土管及钢筋混凝土方沟。

市政排水管道工程的设计过程中，主要根据排水的水质、所需管道断面尺寸、管道水力条件、回填土土质、地下水水位(地下水侵蚀)、管内外所受压力以及施工现场条件、施工方法、工程造价等因素综合考虑，选用合适的排水管材。对比内容如下。

3.1 水力条件及管道荷载能力

A段落水力条件及管道荷载能力对比见表1，B段落水力条件及管道荷载能力对比见表2。

表1 管道水力条件及荷载对比(一)

表2 管道水力条件及荷载对比(二)

表1，表2中管道水力条件参数均查自《给排水手册第一册常用资料》；钢筋混凝土管的荷载能力查自规范GB/T 11836-2009混凝土和钢筋混凝土排水管；钢筋混凝土方沟荷载能力为结构专业计算值；钢塑复合排水管荷载能力的计算见下：

不同环刚度钢塑复合排水管荷载极限值的确定：

根据《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》，钢塑复合排水管在外力作用下，管道的竖向直径变形量的计算公式如下：

(1)

式中：Wd,max——管道在荷载准永久组合作用下的最大竖向变形量，m；

D1——变形滞后效应系数，可根据管道胸腔回填密实度取1.2～1.5；

Kd——管道变形系数，根据管道敷设基础中心角2α按表3选用；

Fsv,k——每延米管道上管顶的竖向土压力标准值,kN/m2；

ψq——可变荷载准永久系数，取0.5；

qvk——地面车辆荷载传至管顶单位面积上的竖向压力标准值,kN/m2；

D——管道外径，m；

Sp——管材环刚度,kN/m2；

Ed——管侧土的综合变形模量，kN/m2。

由试验确定，当无试验资料时，可按《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》附录D采用。

规程要求，钢塑复合排水管在外力的作用下，其竖向直径变形率应小于管道直径允许变形率5%。

由表1及表2不难看出，在相同管径、坡度下，钢塑复合管具有更为良好的水力条件；在相近过水断面面积下，圆形管道有更好的水力条件；钢塑复合管具有合适的荷载能力(按要求进行沟槽回填后)；钢筋混凝土管(方沟)水力条件差，但具有较好(灵活)的荷载能力。

3.2 管道沟槽回填断面对比

管道沟槽回填断面见图1，图2。

表3 管道沟槽回填断面对比

管材管道规格回填断面面积/m2每延米换填土方量/m3砂砾垫层砂砾垫层砂砾垫层钢筋混凝土方沟2.4m×1.4m42.54.16—16.72钢筋混凝土管d200042.001.953.8915.91钢塑复合排水管d200038.871.823.4313.67

依照图1及图2，得出表3中数据。由表3不难看出，在管顶覆土一定且管道尺寸面积相近的情况下，方沟的开挖及回填量都是最大的。圆形管道中，由于钢塑复合排水管相比钢筋混凝土管道有较小的壁厚，因而在相同管径情况下，塑料管道的开挖、回填量较少。

3.3 施工难易对比

市政排水管道工程的施工过程大致为：沟槽开挖→垫层施工→管道施工→回填施工。

1)相较钢塑复合排水管，钢筋混凝土管下管时，由于质量较大，需使用大型吊装设备，因而增加了施工难度及成本。

2)钢塑复合排水管在管道施工过程中，需要更多的注意管道的保护，防止管道变形；管道安装就位后，必须在其内部增加竖向支撑，或采取预变形等预控措施，以保证管道工况正常；回填施工时，对回填质量的控制要求更高(前已述及，回填密实度是塑料管道荷载能力的关键，因此在回填过程中，需对管道竖向变形进行监测，管道竖向变形率控制在5%以下)；在进行管道敷设及覆土回填之前，必须排除地下水对工程的影响，且确保管道基础强度及管道抗浮均达到要求；在管道沟槽经过降排水后，需在槽底敷设防水土工布，防止地下水进入。

3)矩形埋地钢筋混凝土方沟在管道施工这一项中，由于方沟底板和沟壁采用现浇施工，盖板为预制，施工工艺较为复杂。

圆形管道的敷设为直接下管，其施工难度较现场浇筑的方沟更为简单；圆形管道中钢塑复合排水管的施工工艺要求较多、较严，但其质量较轻，方便安装，使其施工难度较小；钢筋混凝土管道施工工艺要求较钢塑复合排水管少很多，但其质量较大，给施工带来较大难度。因此，施工难度：钢塑复合排水管≤钢筋混凝土管<钢筋混凝土方沟。

3.4 技术经济对比

不同管材技术经济对比见表4。

表4 不同管材技术经济对比

钢塑复合排水管由于质量轻，使其安装、运输费用都相对较低，因而在综合造价上具有明显的优势。厂家资料中称钢塑复合排水管使用寿命能在50年以上，但目前并没有运行50年的钢塑复合排水管的工程实例。

3.5 分析及总结

综合上述各项对比，钢塑复合排水管优势明显。而结合目前曹妃甸工程实际来看，由于施工质量良莠不齐，钢塑复合排水管的沟槽回填密实度难以保证，其使用质量(尤其采用大管径时)有待时间检验。

大管径管道中，钢筋混凝土方沟结构安全可靠，但水力条件较差，且造价、施工难度都较高，在本工程中无明显优势；而钢筋混凝土管道在具有良好荷载能力的同时，管材价格低廉，优势较为明显。

因此，出于安全考虑，综合管道材料购买时较统一的管材更方便采购，本工程市政排水管道管径不大于1 500时，采用钢塑复合排水管，埋深不大于4 m时，要求管材环刚度不小于10 kN/m2，埋深不小于4 m时，要求管材环刚度不得小于12.5 kN/m2；排水管道管径大于1 500时，采用Ⅱ级钢筋混凝土管。

4 结语

在曹妃甸工业区装备二道排水工程中，通过上述分析，最终确定了管材的选用。在排水管道工程设计中，应根据实地情况，结合管材自身优势，综合技术、经济及其他方面的因素来确定管材。希望本文的分析可为曹妃甸工业区类似工程提供参考。

[1] 孙慧修.排水工程(上册)[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社，1999:131-136.

[2] 吴晓春.市政排水管道新型管材应用比较研究[D].南京：河海大学，2005:32-40.

Preliminary discussion on choosing drainage pipe materials in Caofeidian industry zone

JIN Zhao

(UrbanFloodControlandDrainageOfficeofGuyeDistrictofTangshanCity,Tangshan063100，China)

Combining with the factual cases of the municipal drainage pipelines at Caofeidian district, the paper has the analysis of advantages and disadvantages on the three common drainage pipeline materials, including the reinforced concrete pipe, reinforced concrete box drain, and steel-plastic drainage pipeline, and researches the pipeline materials for the projects from the hydropower condition, pipeline loading capacity, and construction difficulties, so as to provide some reference.

drainage pipe material, reinforced concrete pipe, loading capacity

1009-6825(2014)35-0153-04

2014-10-10

金 朝(1987- )，男，助理工程师

TU992.23

A