各类输水管材的优缺点及工程选择应用分析

王 芳

（山西省水利建筑工程局 山西太原0 3 0 0 0 6）

改革开放以来，各种输水管材不断涌现，管材之间的竞争不断提升。山西省近年来新建了许多管道输水工程，根据各自工程的特点、工程所在地地质情况、经济水平以及采用管材惯例的不同，各输水工程所采用的管材也不尽相同。每个工程选取输水管材都应考虑其独特性，一种管材在一个地区被频繁使用，并且经济技术比较也很合理，而换至另一个地区类似工程就不一定合理，这与管材的优缺点和适宜性有很大关系。

根据近几年山西省水利输水工程来看，大型长距离输水工程根据各自工程的特点，主要在钢管、球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管（FRPM）、聚乙烯塑料管（PE）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）五种管材进行选择。下面就这几类管材的优缺点及几项典型工程对输水管材的选择进行分析比较。

1 各类常用输水管材的特点

1.1 钢管

钢管是生产技术相对成熟的一种管材，产品分类多，应用广泛，不仅可以输送流态物质，还可以输送固态物质，是一种经济钢材。

钢管的优点：管材强度高，耐压力大，适应能力强，单米重量较轻，渗透能力小，接口形式灵活，安装运输方便，可穿越各种障碍。

钢管的缺点：钢管价格较高，焊接工作量大，管道内、外壁均需防腐处理。内壁需喷涂符合食品卫生标准的防腐漆，管道外壁在不良地段（水位较高、盐碱地）需做环氧煤沥青加强级防腐处理及阴极保护等特殊防腐措施。另外，当钢管管径较大时需做支撑防止管道变形。

1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管优点：管壁致密，伸长率大，强度高，柔韧性好，抗弯强度大，耐腐蚀性好（通常不需作特殊防腐处理），接口采用柔性接口（伸缩性和曲折性良好），对地基适应能力强，施工简单，安装完成后可立即进行土方回填，缩短施工工期。

球墨铸铁管缺点：一般厂家不能生产大口径管道（管道管径通常为DN≤1400 mm），价格比较高（超过钢管）。

1.3 玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管优点：管材强度高，环刚度大，耐压大，耐冲击力强，重量轻（比重1.6～2.0，约为钢材的1/5，为钢筋混凝土管的1/7）；单根管长度较长（一般可达12 m），接头较少，安装费用较低，供水安全；由于管材采用了食品卫生级不饱和树脂作为内衬，防渗防腐性能较好；抗污耐磨性能好，保温性能好；安装方便，工期较短。

玻璃钢夹砂管缺点：由于管道较长，运输不太方便；受生产原材料和工艺的影响，其产品质量不稳定；管道产品敷设受土质影响，回填要求较高（需回填砂石或砂粒石），施工费用高，价格较高；出现暴管事故较多。

1.4 聚乙烯塑料管（PE）

PE管是近几年的新型管材，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂管材。

聚乙烯塑料管的优点：管壁光滑，水头损失小，不结垢，过流能力强；重量轻，运输、安装方便，施工速度快，工期短；管内外均耐腐蚀，使用寿命长，可达50年；密封性好，内外不渗漏；柔韧性能好，适应地基能力强，具有一定的弯曲度；连接方式为热熔连接，维修费用低；卫生性能好（不含有毒助剂）。

PE管的缺点：一般不能用于大管径输水和高压管道输水；价格较高；回填技术要求高。

1.5 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管优点：管径较大（一般为DN800～DN4000 mm），采用预应力筋，承受内外压的能力高；管道中间带有钢衬筒，抗渗性能优越；接头采用钢制接头和胶圈，密封性较好；使用寿命长，一般在20年以上（国外已成功使用达50年）；装卸、运输、安装过程抗破坏能力强；内壁光滑、水头损失小、输水能力强；安装速度快。

预应力钢筒混凝土管缺点：自重太大，运输及安装需采用大型运输及起重设备，爬坡、过河及穿越段需采用特种专用设备；抗变形能力差；管配件制作困难；施工质量控制比较困难（生产和安装比较专业）。

2 几类典型工程项目对管材的选取分析

近年来，山西省水利建筑工程局承建了不同类型的管材输水工程，主要包括万家寨引黄入晋工程、坪上应急引水工程、清徐原水直供工程、张峰水库输水总干线工程等，这些输水工程大多完工投入运行，输水管材在引输水工程的正确选取，对工程成功建成并发挥出最大效益有着举足轻重的意义。

2.1 万家寨引黄入晋北干线耿庄水库出水输水工程

耿庄水库出水输水工程约0.8 km，采用钢管输水，管径为DN1400 mm。

由于输水管道距离0.8 km，相对较短，山西省内没用专门生产PCCP及玻璃钢管的厂家，若采用PCCP或玻璃钢管进行输水，还需新建生产厂或从外省采购，这样必定增加工程成本，所以不适合选用；本工程设计管径为DN1400 mm，根据目前球墨铸铁管和PE管管径的生产技术，达不到设计要求，也不宜采用；而钢管可以选择在省内合格的生产厂家订做加工，无论从技术、经济都能满足本工程的要求，所以用钢管输水是较为经济合理选择。

2.2 万家寨引黄入晋段清徐原水直供工程清泉湖支线

该支线采用球墨铸铁管输水，长度约3.72 km，管径为DN 500 mm。

PCCP管管厂和玻璃钢管管厂一般生产的管道直径较大，最小管径600 mm，本工程管径不符合生产要求，同直径的钢管造价大，还需专做内外防腐处理，也不适宜本工程；PE管成本较高，且多被应用在工业用水，本工程不宜采用。工程最后选用球墨铸铁管进行输水，主要考虑其强度高、抗腐蚀力强、使用年代久等优点。

2.3 山西省坪上应急引水干线工程

山西省坪上应急引水干线管道采用DN1800 mm玻璃钢管并结合预应力钢筒混凝土管（PCCP）进行输水，长度约30 km，其中PCCP管道长度约10 km，玻璃钢管道长度为20 km。

由于球墨铸铁管和PE管管径生产能力达不到设计要求，而钢管造价较高，还需专做内外防腐处理，故这三种管材应用于本工程都不太合适。

供水干线工程地层岩性主要为第四系全新统早期（Q4pal）洪冲积物，岩性上部为淡黄色低液限粉土，稍湿，结构松散，下部为级配不良砂，矿物成分主要为长石、石英，含少量暗色矿物及粉黏粒，为含水层。地势较为平坦，地基较好，适合采用玻璃钢管。但供水干线起点段是沿滹沱河右岸河滩埋设，长度约10 km，地下水位较高，管道全部位于地下水位以下，地基相对较差，综合施工技术条件该10 km管线采取PCCP管道输水较好。

2.4 张峰水库输水总干线工程

山西省张峰水库输水总干工程中有25.25 km长度管段采用3种管径（DN1600、DN1400和DN1200）PCCP管输水，其后13.01 km管段采用DN1200玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）进行输水。

由于PE管管径达不到设计要求，DN1200的球墨铸铁管管径相对较大，相应生产厂家较少，且造价高，钢管造价相对更高，还需专做内外防腐处理，这就决定了这些管材都不适合做本工程的输水管材。

总干工程中间25.25 km长度管段线路多处位于河道河谷及河漫滩，局部地段穿过河床，地形起伏较大。主要涉及的地层岩性为第四系全新统洪冲 积Q4pal卵石混合土，偶见漂石，漂卵石含量范围值33.1%～63.0%，平均值56.3%。局部基岩地层岩性为上石盒子组（P2s）绿黄色薄层泥质细～粗砂岩夹紫红色泥岩，局部有地下水出露。由于地形及地质条件不适宜采用玻璃钢管，而且线路长度达25.25 km，适宜在工程现场建厂生产PCCP管，故可采取PCCP管道输水。

其后13.01 km管段地层岩性主要为第四系中更新统洪积（Q2pl）低液限黏土和混合土卵石，地势较为平坦、地基基础较好、交通方便，可采用玻璃钢管作为输水管材。

2.5 某厂区输水工程管材确定

某厂区输水工程采用DN300聚乙烯塑料管（PE）输水，长度约9.6 km，工期为60 d。

本输水工程长度较大，工期短，PCCP管道和玻璃钢管主要用于大型管径输水工程；使用钢管造价较高，还需专做内外防腐处理；使用球墨铸铁管造价较高，施工速度慢，不能满足工期要求。经比较本工程采用PE管较为适宜，其重量轻，运输、下管、安装均十分方便，施工速度快，工期短，总施工费用相对较低，且管内外均耐腐蚀，使用寿命较长。

3 结束语

水利输水工程大多距离较长，管材的选择要综合考虑工程规模的大小、管道的工作压力、输水距离的长短、工程工期要求以及工程的重要性等因素，为便于施工、节省工序，还应考虑工程所在地的地形、地貌、地质情况以及当地管材的生产及供应状况，最后根据工程的资金落实情况及管材的应用习惯，从技术、经济、安全等方面的综合比较后选定输水管材，从而保证工程效益的充分发挥。