新型管材在市政排水管网中的应用

2018-02-14袁媛

建材与装饰 2018年52期

袁媛

（无锡市市政公用集团排水设计有限公司江苏无锡 214000）

我国早在改革开放之后就开始了大规模的城市化建设，进入21世纪以来，城市现代化建设的步伐越来越快，对市政排水管网建设也在逐步完善之中。而大量新型材质的出现为市政排水管网的用料提供了新选择。市政排水管网作为市政工程的一项重要组成部分，代表了城市排水系统的建设质量，还影响着城市的交通与环境。管网的选择是市政排水管网建设的中心环节，现在市场上新型管材类型众多，材质和性能千差万别，如何实现市政排水管网的最优设计，是市政建设部门需要考虑的问题。

1 新型管材的种类

市政排水管网中要求的管径通常都在DN400以上，远大于一般的排水管网管径。如果依照材质的不同对市场中的大管径新型管材进行划分，大致可以分为三类：①以高密度聚乙烯（HDPE）为原料的HDPE管；②以聚氯乙烯（UPVC）为原料的UPVC管；③以树脂为基体，玻璃纤维为增强料的玻璃钢管。由于UPVC在熔融挤出时的流动性较差，性质也不稳定，因此生产、连接大管径的UPVC管是十分困难的。受我国UPVC排水管的生产技术制约，国内产品管径通常都小于DN600，无法达到市政排水管网的管径要求。因此，下文主要分析HDPE管和玻璃钢管。

1.1 HDPE管

HDPE排水管指的是以高密度聚乙烯为原料，使用挤塑工艺而制成的用于无内压作用的热塑性塑料圆管的统称。HDPE管作为一种具有环状波纹外壁和平滑内壁的新型塑料材料，取代了传统的钢铁管材和聚氯乙烯管。当前的HDPE管的生产技术已达到相当高的水准，在西方发达国家已经得到了广泛应用。HDPE管依据管壁结构的不同，主要分为双壁波纹管和缠绕增强管。

HDPE双壁波纹管以其双层管壁截面为特征，同时HDPE双壁波纹管还具有着卓越的环刚度，抗冲击性强、不易损坏、重量较轻、运输方便等优点。管道主要通过橡胶圈承插连接或使用热熔套进行连接。在其特殊的结构设计影响下，HDPE双壁波纹管相比其他HDPE管来说，如果环刚度和直径都相同时，则更为节省原料。但受生产技术的制约，当前国内所能生产出的最大管径仅为DN1500，使HDPE双壁波纹管在国内的推广举步维艰。

HDPE中空壁缠绕管是以高密度聚乙烯作为原材料，将其加工为矩形的管坯，并通过缠绕，焊接等工序制造成型的管材。因其成型工艺的手法独特，所以HDPE中空壁缠绕管能生产出其他工艺所无法完成的3000mm大管径管材。在性能方面，中空壁缠绕管与双壁波纹管大致相同，主要使用热熔带连接的方式进行管道连接，连接成本稍高于双壁波纹管。此外在环刚度和直径都相同的条件下，中空壁缠绕管的生产原料使用更多，因此，中空壁缠绕管的生产成本较高。

金属内增强聚乙烯（HDPE）螺旋波纹管是将聚乙烯作为主要原料，通过特殊的挤出，缠绕的工艺加工成型的结构壁管。该产品主要由三层特殊结构组成，内外层同为聚乙烯层，中间层是处理后的金属钢带层。将涂塑处理后的金属钢带层与内、外聚乙烯层在熔融状态下有机结合，使这三层特殊结构融合为一个整体，不仅增强了管材的强度，还解决了金属钢带层外露易受锈蚀的问题。金属内增强聚乙烯螺旋波纹管的管径通常为DN700-DN2000。该管材的主要连接方式为挤压连接和热收缩套连接，其中热收缩套的连接方式仅适用于DN1200以下的排水管。该管材造价成本低，且所能达到环刚度远超其他塑料管材。

1.2 玻璃钢管

玻璃钢管的全称为玻璃纤维缠绕夹砂管，该产品是以玻璃纤维作为增强料，树脂作为基体所制造而成的新型复合管材。因其优良的耐腐蚀属性、输送能耗低、运输安装方便、综合投资低和工期短等特点，玻璃钢管已在城市给排水工程领域中受到广泛应用。然而玻璃钢管因发展过快也面临着很多问题，如产品质量问题以及生产效率问题。大多数的玻璃钢厂缺乏专业的技术人才，员工业务能力不足，使得生产效率低下，产品质量问题频繁发生，因此，我国的玻璃钢厂还需加强监管，以满足建筑市场对于新型管材的需求。

2 新型管材的优势分析

市政排水管网采用的传统管材多是钢筋混凝土管，这种管材使用寿命短、重量大，不利于管道施工，容易造成二次污染，且施工费用高，已经无法满足市政建设的要求。目前的新型管材多采用的是塑料管，相较传统管材来说，塑料管材在性能、经济方面更胜一筹。

2.1 密封性能好，防渗透技术强

我国绝大多数城市都出现过表层地下水因污水渗透遭到污染的问题。塑料排水管属于柔性管材，接口也大多使用柔性连接，密封性能好，防渗透能力强，因此塑料管非常适合作为市政排水管网的污水管，以防地下水受到污染。传统排水管网所使用的钢筋混凝土管属于刚性管材，如果发生地面沉降，就容易毁坏管道和接头，而排水管道往往埋设于地下，不易被发现，不能及时抢修，从而造成地质灾害。

2.2 水力条件好，过流能力强

塑料管的粗糙系数相较钢筋混凝土管更小，使用塑料排水管可提高处理污水的能力，减少污水泵站的数量，也就降低了污水处理的成本。

2.3 抗磨损，耐腐蚀，使用寿命长

塑料管的耐腐蚀性相较钢筋混凝土管更强，因此，塑料管埋地的使用寿命更长，一般可达50年，钢筋混凝土管使用寿命仅有20年。使用塑料排水管能减少排水管网设备的耗损，节省了养护费用。

2.4 运输安装方便

塑料管的重量相较钢筋混凝土管更轻，因此，在运输安装上更加方便，对基础施工要求低，施工工期短，节省了施工运行的费用。

3 新型管材中环刚度的分析

环刚度是排水管道设计的关键参数，影响着新型管材在外压负载下工作的安全性。如若选择了过高的环刚度材质，会导致采用过大截面惯性矩，管材的用料增多，提高了建设成本；反之，如若选择过低的环刚度材质，会导致管道出现压屈失稳破坏和管材变形的情况。

新型管材属于柔性管材铺设环境影响着管材对环刚度的要求。一般来说，如若新型管材铺设情况好，对管材环刚度的要求会随之降低；如若铺设情况不好，对管材环刚度的要求会随之提高。就以往的施工经验来看，选择高环刚度的新型管材更适合排水管埋地施工。对DN500-DN1200范围内的管道来说，尽可能的选择环刚度8kN/m2，而选择环刚度8kN/m2以下则需进行变形验算和压屈失稳计算，还需注重管道基础、回填材料等工序的实施，以保障管道铺设的施工质量。