面向给水工程的管材性能分析与选择研究

臧照光

摘 要：介绍了供水管材的种类，对管材的综合性能进行了分析比较，探讨了管材的选择原则，提出了选择管材的建议，指出只有对运行工况环境条件、施工条件、经济条件等多种因素进行综合比较和分析，才能最终合理确定选用何种管材。

关键词：供水管材 分析比较 选择原则

中图分类号：TB495 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0066-02

市场上的给水管材种类繁多，一些厂家出于自身的利益，夸大各自管材的优点，对工程设计中管材的选择造成了不利影响。国内部分地区由于管材选用不当造成漏失严重、爆管等事故率较高，供水安全性差。为改进管网规划设计技术，提高管网的安全性，科技部组织相关单位对城市市政管网规划设计与技术标准进行了研究。其中，正确合理地确定管材，对降低漏损率、提高城镇供水安全性，具有举足轻重的意义。另一方面，管道费用在城市供水工程中占50%以上，管道材料的选择，对工程建设的经济合理性，也具有非常重要的意义。本文主要针对市政给水常用管材（钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢管、PE管）的选择进行分析论述。

1 给水工程对管材的要求

给水管必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部水压；必须能抵抗冲刷并具有抗腐蚀的能力，特别对某些地下水具有腐蚀性的地区；必须不透水，以防止管中水渗漏或地下水渗入；内壁应平整光滑，使水流阻力尽量减小；应尽量就地取材，并考虑到预制管件及快速施工的可能，减少运输和施工费用。

2 给水管材的类型及分析选择

2.1 管材种类（见图1）

2.1.1 钢管（SP）

钢管应用历史较长，范围较广。埋地钢管易受腐蚀，必须对其内、外壁作防腐涂层。一般当钢管的埋地敷设长度大于500 m时，还需作阴极保护。正确选择钢管的内、外壁涂层并采取阴极保护，可使其使用寿命大大延长，使用年限能达30年或更长。钢管一般在工厂制作，因受运输及装卸条件的限制，每节钢管的长度一般为5～10 m，因此在现场敷设时钢管的接头较多。

2.1.2 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁中石墨是以球状形式存在，既保持了铸铁的传统特点又增加了良好的可延伸和抗冲击的特性，因此又称为延性铸铁管，其强度比钢管大，延伸率也高出10%。球墨铸铁管属于金属管材，制造时采用离心浇铸方法成型，制管技术成熟，生产工艺稳定，产品规格齐全，抗震性能好，强度高，与钢管相似，具有柔韧性，耐蚀性优于钢管，适应地形复杂地段。球墨铸铁管壁薄抗渗性能好，逐步成为城市供水管道系统的新宠。

球墨铸铁管具有稳定均匀的金相组织，能保持较高的延伸率。由于其具有较高抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀、抗氧化、耐高压等优良性能，故被广泛应用。

2.1.3 玻璃钢夹砂管（RPMP）

玻璃钢夹砂管采用树脂、玻璃纤维、石英砂为原料，用特殊工艺制作而成。在原有玻璃钢管所有优点的基础上，既提高了刚度，又降低了成本。现在越来越多地运用于长距离输水管道工程中。优点：耐腐蚀性强；重量轻；摩阻小，与其他管材相比，其自身不生锈、不结垢、不滋生微生物、藻类物质，对水质不造成二次污染，所以深受供水行业的欢迎。

2.1.4 预应力钢筋混凝土管（PCP）

预应力混凝土管属于非金属管道材料，包括一阶段预应力混凝土管（振动挤压工艺）和三阶段预应力混凝土管（管芯缠丝工艺）。其主要结构为混凝土管壁内建立有双向预应力的预制混凝土管，预应力钢筋混凝土管是国内目前在给水工程中应用较多的一种管材。其优点是采用承插式胶圈柔性接口，对各种地基的适应能力较强，施工安装方便；管材自身防腐能力强，不需进行内外防腐处理，工程造价较低，并可大量节约钢材。

2.1.5 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管在欧美发达国家应用非常广泛。PCCP管道是一种钢筒与混凝土制作的复合管，管芯为混凝土，在其外壁或中部埋入厚15 mm钢筒，在管芯上缠绕环向预应力，采用机械张拉缠绕高强钢丝，并在其外部喷水泥砂浆保护层而制成的管道，因此，它比一般钢管和混凝土管更具优势。预应力钢筒混凝土管抗渗性能高；接头密封可靠、安装方便快捷；可承受高内压，能承受埋深10～20 m外压荷载；耐腐蚀性比钢管和普通混凝土管好，使用寿命长。

2.1.6 聚乙烯管（PE）

PE管材是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。PE管无毒，不含重金属添加剂，不滋生细菌，很到的解决了饮用水二次污染的问题。突出应用于高腐蚀性水质的管道输送，质量和经济效果甚佳。PE管内壁光滑，不易结垢，摩擦系数极低，水头损失小，耐腐蚀性好，柔韧性好，抗冲击强度高，耐强震、扭曲，重量轻，加工、运输、安装便捷，采用独特的电熔连接和热熔对接、热熔承插连接技术使接口强度高与管材本体，保证了接口的安全可靠，对管道基础要求低。

3 管材选择考虑因素分析及优先序确定

影响管材选择的因素很多，比如管道直径、工作压力、工程地质、地形、外荷载状况、工程的工期要求、资金的控制等诸多方面。不同管材，在上述种种因素下，差异较大。选用何种管材，应首先确定哪些因素作为主要因素，哪些因素作为次要因素，通过综合评价确定。

3.1 管材选择考虑因素，按重要性从高到低排列为

（1）符合卫生要求；（2）足够的机械强度和韧性，能承受要求的内压和外荷载，满足本地地质及各种实际运行工况的需要；（3）接口安全可靠；（4）制造、施工、安装质量容易控制，管材性能可靠；（5）耐腐蚀性能好；（6）阻力小，能耗低，输水能力可基本保持不变；（7）综合成本合理；（8）管材来源有保证，管件配套方便；（9）便于运输，安装；（10）寿命长，维修量小，便于管理。

3.2 管材的性能比较与选择

3.2.1 管材综合性能比较

管材的综合性能可从以下几个方面比较：管材能承受工程要求的内压和荷载；工程造价低；管材管件运输费用低；施工安装简单易操作；使用年限长。各种管材综合性能对比（见表1）。

从表1可知，每一种管材都有各自的优点和缺点。

就水力条件而言，管材可以归为两类。第一类管材为钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管及预应力钢筒混凝土管，管壁粗糙系数≈0.0125；第二类管材为玻璃钢夹砂管和聚乙烯管，管壁粗糙系数≈0.0095。

3.2.2 管材的选择原则

物理性能好，可保证安全供水；管材卫生环保；易于运输、安装和维护；使用寿命长；水力条件优越，水头损失小；在保证使用功能的前提下，尽量降低投资。

3.2.3 管材的合理选择

（1）管径在DN200以下时，宜采用聚乙烯管；管径在DN200 ～DN1200 mm时，宜采用球墨铸铁管；管径在DN1200 mm以上时，宜采用预应力钢筒混凝土管和玻璃钢夹砂管；（2）在经济条件允许下，应首先考虑选择使用球墨铸铁管，其安全度较高。使用球墨铸铁管主要受管径的限制，直径在DN1200 ～DN2000 mm之间的厂家很少，且价格昂贵，因此建议管道直径控制在DN1200 mm以下；（3）若资金条件受到限制，可考虑选择使用预应力钢筒混凝土管，其安全度高，性价比最好，选用此种管材时，尽量选择双胶圈接口形式；（4）选择使用钢管时，应特别注意分析水质和土质对钢管的腐蚀，必要时使用阴极保护等防腐措施；（5）对于地震区或地基突变处，地下直埋管宜尽可能采用延性较好、具有柔性接口的球墨铸铁管；（6）在过河、穿越铁路、公路或主要交通干线的管道宜优先采用钢管。

4 结论

以上分析，在管材的选择上，既不能只看价格，也不能只注意管材种类和质量。一定要对运行工况、环境条件、施工条件、维护管理、经济条件等多种因素进行综合比较和分析，才能最终合理地确定选用何种管材。

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