农村污水管材比选与环刚度分析

2020-09-13吴建立

河南建材 2020年9期

吴建立

厦门市市政工程设计院有限公司（361000）

0 前言

随着美丽乡村政策的落实，农村污水治理受到广泛关注。本项目包含贵州省某市11 个乡镇，共347 个村组的污水管网收集系统。以本项目为例，项目总工程费用3.22 亿元，其中管网总长835.5 km，工程费用1.15 亿元。在农村污水治理建设中，选择经济合理、技术安全、施工便捷的管材是不可忽略的重要环节。文章旨在分析更适合农村污水的管材及参数。

1 项目特点

西南地区跨全国地势第一、二阶梯，地形复杂，村落多沿河而建，自然分隔成若干村民组。本项目村组多位于山区，技术经济条件相对落后，生活污水主要通过旱厕、简易化粪池、明沟就近排入水体等3 种方式排放。地形以山地为主，地势落差较大。村组规模小，分散性大，交通运输及二次搬运费高。

2 管材适用性分析

在农村污水处理中，常用的有塑料(HDPE、UPVC)管、钢筋混凝土管（II、III 级管）、钢管(镀锌钢管)和玻璃钢砂管，见表1。

2.1 塑料管

塑料管材的质量轻，管节长（常见6.3 m），接头方式简单易操作，不论是运输还是安装都极为便捷。本项目村组分散、运距长，且技术水平相对较低的情况下，格外适用。此外，本项目村组规模小，农村污水管网水量低，主管道一般为DN400、DN300塑料管[1]。对于小管径，塑料管比混凝土管更有优势[2]。

2.2 钢筋混凝土管

钢筋混凝土管（II、III 级管）在市政工程中应用很广泛，工艺成熟，造价低，应用于市政重力流管道比较经济合适。但在本项目中，村组分散，钢筋混凝土管重量大、管节短（常见2 m），运输和二次搬运成本高。此外，本项目管道多临近水系，钢筋混凝土管抗渗性能差，给施工带来极大不便和安全隐患，在本项目不占优势。

2.3 钢管

钢管（如镀锌钢管）机械强度好，重量比钢筋混凝土管较轻，单管长度大（常见3～12 m），接口方便，适应性较强，但耐腐蚀性差，特别用于污水管道时，防腐造价高。本项目经济实力和管理水平有限，主管不宜大规模使用钢管，但在高压处、穿越铁路、挂桥段及泵站接口等特殊地段建议采用[3]。

表1 常见污水管材对比表

2.4 玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管具有塑料管材的优点：重量轻，管节长（常见 6～12 m），施工安装、运输便利。此外，水力性能好，但玻璃钢夹砂管与同管径管材相比价格偏高，且抗击集中外力和不均匀外力的能力较弱[4]。在本项目中不适用。

对比表1 发现，各种管材价格：混凝土管＜UPVC(HDPE)管＜钢管＜玻璃钢管。结合农村污水管网的特点，农村污水管道主管尽量选用塑料管，如HDPE、UPVC 管；泵站外出水压力管采用塑料管，如PE100；泵站内工艺管、倒虹管及污水压力管道跨桥采用钢管；接户管采用硬聚氯乙烯管(PVC-U)。

3 管道环刚度的计算

管道环刚度Sp是塑料管材的重要参数，选择的环刚度Sp太小，可能发生管道变形、损坏；环刚度Sp太大，又会造成不必要的浪费。设计中，可根据管道在组合荷载作用下的最大竖向变形Wd，max不应超过0.05D0，可验算出管材的环刚度Sp。

式中：Wd，max——管道在组合荷载作用下的最大竖向变形（≤0.05D0）；DL——变形滞后效应系数（取1.50）；Kd——管道变形系数（取0.1）；Fsv，k——每m管道管顶的竖向土压力标准值；φq——地面荷载（φq=0.5）；qvk——车轮荷载传递到管顶处的竖向压力标准值（kN/m2）；D0——管道的计算直径（m）；Sp；Ed——管侧土的综合变形模量（kN/m2）。

Wd，max是覆土厚度、管径的函数，因此在选择环刚度时，应结合地质情况，根据覆土厚度和管径等参数综合确定。本项目推荐如下：