球墨铸铁管在高压水头供水工程中的应用

赵 军

（广东省水利电力勘测设计研究院，广州510635）

推广应用

球墨铸铁管在高压水头供水工程中的应用

赵 军

（广东省水利电力勘测设计研究院，广州510635）

输水管网输送水质为净水，常用供净水的管材有：钢管（SP）、预应力钢套筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）。通常在管径相同的条件下，钢管、球墨铸铁管的造价最高，预应力钢套筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）其次，其他管材如PE、SRTP管、PVC—U管最低。原水供水工程管道工作压力一般为0.4～1.0MPa，管材普遍采用预应力钢套筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）、PVC—U管及PE管，国内原水工程高压水头供水较少，国外尤其是日本较常用。文章通过工程实例介绍了高压水头供水工程管材采用球墨铸铁管的设计过程。

供水工程；高压水头；工作压力；球墨铸铁管

0 引 言

“十一五”以来，韶关市区经济发展迅速，城市发展和人民生活水平逐步提高，市区水资源供需矛盾越来越突出，对水资源的需求也越来越大。根据《韶关市总体规划（2006—2020）》，预测到2020年韶关市区最高日用水量为113.9万m3，现有水厂供水能力将远远不能满足规划用水量要求。

为了保证韶关市区的用水安全，必须开辟新的水源。乳源瑶族自治县是广东省3个少数民族自治县之一，也是全省16个扶贫开发重点县之一。乳源县城及其附近村镇、少数民族地区和石灰岩地区存在供水保证率低、用水安全缺乏保障等问题。以南水水库作为韶关市区供水水源，同时作为乳源县城及其附近部分村镇的供水水源，建设韶关乳源瑶族自治县南水水库供水工程是非常必要的。

1 工程概况

韶关市乳源瑶族自治县南水水库供水工程的任务是供水，通过输水管道等工程，将南水水库的水资源引到乳源县城和韶关市区，提供乳源县城及其东部少数民族和石灰岩地区乡镇及韶关市区的生活和工业用水。

根据需水预测分析，工程近期设计水平年2020年从南水水库取水流量规模为4.1 m3／s；远期设计水平年2030年总的取水流量规模为7.80 m3／s。本供水工程以乳源瑶族自治县南水水库为水源。自南水电厂现有D5500引水隧洞4＃施工支洞、小水电站前端取水，将水引至乳源县乳源水厂、韶关市二狮岭水厂及西河二水厂。

线路为全线沿G323国道埋管：南水水库～二狮岭分水口段管线长为24.85 km，主管材为球墨铸铁管，型号为K9级DN2000 DIP（GB／T13295—2008），管道工作压力为1.8 MPa；二狮岭分水口～西河二水厂段管线长为11.82 km，主管材为球墨铸铁管，型号为K9级DN1800DIP（GB／T13295—2008），管道工作压力为1.8 MPa。该工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。工程设计抗震设防烈度为7度［1］。

输水系统见图1。

2 工程地质条件

根据地质报告，引水线路沿线大部分位于盆地中，局部于山坡中穿过。管底地基大多为冲积粉质黏土（2—1）层、砂卵砾石（2—2）层、坡积粉质黏土（3）层或全风化带（Ⅴ）等土层，承载力均满足要求，基础局部淤泥层厚度≤2.0 m处采用中粗砂换填处理，2.0 m以上软基采用块石挤淤处理以满足承载力要求。各土层力学指标详见表1。

图1 输水系统图

表1 主要物理力学参数建议值表

3 管材比选

根据工程管径、工作压力较大的特点，初步选择4种管材进行方案比选：钢管（SP）、预应力钢套筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）［2］。

3.1 钢管（SP）

钢管是一种在各行业广泛应用的管材，具有长久的应用历史，丰富的使用经验。城市供水用钢管通常选用Q235或Q345钢板制作，它的强度高，具有良好的韧性，管材及管件易加工。

3.2 预应力钢套筒混凝土管（PCCP）

预应力钢套筒混凝土管（PCCP）是在80年代引进技术，按照美国供水协会AWWA—C301标准制造的输水管材。PCCP内部嵌置一层1.5mm厚钢筒，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。该管的特点是由于钢套筒的作用，抗渗能力好。管径范围：DN600～4000，具有SP和PCP双重优点。

3.3 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁是一种铁、碳、硅的合金，其中碳以球状游离石墨存在。灰铁中，片状石墨对铁基质产生“割裂”作用，使之脆裂。球墨铸铁中，球状石墨消除了这种作用。

3.4 玻璃钢夹砂管（FRPM）

玻璃钢管全称为玻璃纤维增强热固树脂夹砂管（简称FRPM），主要有玻璃长纤维缠绕夹砂和玻璃短纤维离心浇铸加砂两种制造工艺和管型。FRPM在欧美等国家受到广泛使用，制定了完善的管道产品标准和工程设计、施工安装规范。我国的制造厂从1980年开始从意大利、美国等引进生产技术和流水线，国内也自行开发了生产工艺和设备。

各种管材优缺点比较见表2。

表2 管材优缺点比较表

各种管材的投资比较见表3和图2。

图2 管材投资比较图

通过以上管材比较，从管材安全可靠性、管材综合价格、施工费用和条件等方面考虑，本工程埋管工作压力在1.0～1.8 MPa，为保证供水的安全性，管材预选为球墨铸铁管（DIP）。

表3 管材投资比较表

表4 球墨铸铁管结构计算

经过对本工程输水系统水锤计算分析，为保证供水管道安全，得出以下结论：

1）当水厂配水池前端调流阀开度由全开关至0时，若二狮岭水厂调流阀有效关闭时间＞590s，西河二水厂调流阀有效关闭时间＞160 s（近期输水规模）和650 s（远期输水规模），输水管道水锤压力相对上升率ξ可控制在0.6以内，输水管道最大水锤压力不超过2.0 MPa［3］。

2）当水厂配水池前端调流阀开度由0开启至全开时，若二狮岭水厂调流阀有效开启时间＞410s，西河二水厂调流阀有效关闭时间＞100 s（近期输水规模）和440 s（远期输水规模），输水管道内最小余压可满足≥2 m的要求。

3.5 管道结构复核

正常运行工况下，供水管道内水压力为1.8 MPa，管顶覆土厚度为2～3 m，参照《给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程》（CECS 142：2002），对球墨铸铁管进行结构计算，详见表4。

4 结 语

高压水头供水工程中管材采用球墨铸铁管是非常有效、安全且利于后期运行管理及维修，并且施工方法相对简单、安装工期短，较大的缩短了施工工期。

至今为止，本工程的项目建议书及可行性研究阶段已经完成，并顺利通过了专家的论证及广东省水利厅与省发改委审批，事实证明高压水头供水工程管材采用球墨铸铁管是合理的。

［1］北京市市政工程设计研究总院.CECS142—2002给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程［S］.北京：中国工程建设标准化协会，2002.

［2］北京市市政工程设计研究总院.GB50332—2002给水排水工程管道结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［3］建设部城市建设司.GB50268—97给水排水管道工程施工及验收规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

TU991

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1007-7596（2015）07-0082-04

2015-06-28

赵军（1986-），男，湖北荆州人，工程师，研究方向为水利工程设计。