倪治斌

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

農(nóng)村飲水工程管材選用

倪治斌

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

論述了農(nóng)村飲水工程輸配水管道管材的選擇，并對PE管這種新型環(huán)保供水管材進(jìn)行了重點介紹。

農(nóng)村飲水工程；管材；管網(wǎng)；管徑

農(nóng)村飲水工程是促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其中輸配水管網(wǎng)工程尤為重要。輸配水管道的建設(shè)費用通常占供水工程建設(shè)總投資的50%～70%。而在輸配水管道工程中，管材費用至少占2／3以上。管道材料既是影響管道經(jīng)濟(jì)合理性的主要因素，又基本決定了管道質(zhì)量的可靠性，因此必須考慮管道材質(zhì)的不同對管道工程的綜合影響。

農(nóng)村飲水工程設(shè)計過程中需要對各種不同的管道材質(zhì)進(jìn)行比較，以選用合理的管道材質(zhì)，它既是輸配水管道安全運行的關(guān)鍵，又決定工程造價的高低。

在農(nóng)村飲水工程中，輸配水管道常用的管材有：鋼管、球墨鑄鐵管、鋼筋混凝土管及塑料管4種管材。各種管材的規(guī)格、性能、優(yōu)缺點、適用范圍各有不同。管材選擇應(yīng)根據(jù)管徑、內(nèi)壓、外部荷載，管道敷設(shè)區(qū)的地形、地質(zhì)、管材的供應(yīng)，按照施工方便、運行安全、經(jīng)濟(jì)合理的原則確定。

1 管材類型及其技術(shù)性能

1.1 鋼管

鋼管應(yīng)用歷史較長，范圍較廣，輸配水管網(wǎng)工程一般選用螺旋焊縫與直縫焊接鋼管。鋼管的優(yōu)點是適應(yīng)性強(qiáng)，加工靈活方便，可承受較高的內(nèi)壓。其缺點是不宜承受較大的外荷載。另外，鋼管埋地易受腐蝕，必須對其內(nèi)外壁做防腐涂層。鋼管防腐麻煩，總造價高，一旦防腐處理不當(dāng)，將直接影響其使用壽命和輸水能力。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸率，而且具有較好的韌性、耐腐蝕、抗氧化、耐高壓等優(yōu)良性能，施工方便，不需要在現(xiàn)場進(jìn)行焊接及防腐操作。球墨鑄鐵管沿軸線允許的偏轉(zhuǎn)角為30°～50°，具有良好的密封性和可撓性，減少漏水幾率。施工安裝方便，大大減輕鋪管勞動強(qiáng)度。給水球墨鑄鐵管根據(jù)接口方式不同，可分為K型機(jī)械式柔性接口管和T型承插式柔性接口管。

1.3 鋼筋混凝土管

鋼筋混凝土管有普通的鋼筋混凝土管、自應(yīng)力鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。其共同特點是：不需內(nèi)外防腐，節(jié)省鋼材，價格低廉，防腐性能好，不會減少水管的輸水能力，能夠承受比較高的壓力，接口為柔性接口，具有較好的抗?jié)B性、耐久性，能就地取材，節(jié)省鋼材，在資金不足的情況下，應(yīng)用價值大。目前生產(chǎn)的鋼筋混凝土管管徑大多在100～1500mm規(guī)格。但鋼筋混凝土管重量大而質(zhì)地較脆，裝卸和搬運困難運輸費用較高。

1.4 塑料管

塑料管主要包括無毒聚氯乙烯管即U－PVC管、聚乙烯管即PE管兩種。

1.4.1 無毒聚氯乙烯管即U－PVC管

U－PVC管是一種以聚氯乙烯（PVC）樹脂為原料，不含增塑劑的無毒級的塑料管材。它除了具備一般聚氯乙烯的性能，還具有耐腐蝕性和柔軟性好的優(yōu)點，并增加了一些優(yōu)異性能，特別適用于供水管網(wǎng)。

U－PVC給水管材主要規(guī)格有公稱通徑DN15mm～DN700mm十多種。管材最高許可壓力為0.6，0.9，1.6MPa3種規(guī)格。U－PVC管的連接方式有承插膠圈連接、粘合連接及法蘭連接等。

1.4.2 聚乙烯管即PE管

作為管材領(lǐng)域的新型產(chǎn)品——聚乙烯塑料管，簡稱PE管材，是由乙烯合成的高分子材料。PE管根據(jù)生產(chǎn)管道的聚乙烯原材料不同，分為PE63級、PE80級、PE100級及PE112級聚乙烯管材，目前給水中應(yīng)用的主要是PE80級、PE100級，PE112級是今后應(yīng)用的方向，PE63級承壓較低，較少用于給水材料。PE給水管材主要規(guī)格有公稱通徑DN20mm～DN630mm。管材最高許可壓力為0.3，0.4，0.6，0.8，1.0，1.25，1.6MPa7種壓力等級。

2 管材的選用

農(nóng)村飲水工程輸配水管網(wǎng)中，輸配水干管管徑一般不會超過DN500mm。絕大部分輸配水干管管徑在DN100mm～DN300mm之間。配水支管管徑在DN25mm～DN100mm之間。一般要求管網(wǎng)壓力不高，當(dāng)管網(wǎng)最大靜水壓力可以選擇時，宜優(yōu)先選用0．4MPa級管材，最大不宜超過0．6MPa級，除非特殊需要，一般不宜選用1MPa級管材。綜合以上4種管材的技術(shù)性能比較，輸配水管網(wǎng)設(shè)計應(yīng)充分考慮供水管網(wǎng)敷設(shè)的地質(zhì)情況、壓力情況、使用要求，因地制宜地采用不同材質(zhì)，充分利用各種管材的優(yōu)點。

目前我國鋼管生產(chǎn)技術(shù)成熟，鋼管具有工作壓力高、敷設(shè)方便、管件齊全、質(zhì)量安全可靠、故障率很低等優(yōu)點，但其造價高，且耐腐蝕性差，易結(jié)垢，需做管內(nèi)外壁的防腐，地埋管更需做特種防腐處理。因此，在供水工程中，除特殊需要外，一般慎用，如在穿越障礙（河道、道路等）、工作壓力較高等條件下使用。

據(jù)資料可知，綜合比較給水球墨鑄鐵管承壓、耐腐等功能及管材造價、開挖施工、維護(hù)等各種費用，城市輸配水管網(wǎng)建設(shè)選用管徑在DN200mm～DN800mm優(yōu)勢比較突出。球墨鑄鐵管造價較高，限于目前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件，無法在農(nóng)村飲水工程中得到廣泛應(yīng)用。只有管徑在DN400mm（含DN400mm）以上，考慮耐高壓、安全性時，輸配水管道一般考慮選用球墨鑄鐵管鋼筋混凝土管，其重量大、施工安裝勞動強(qiáng)度大、運輸費用高、無標(biāo)準(zhǔn)管件，難以適應(yīng)配件需要過多的管道，小規(guī)格管材難以生產(chǎn)，成本高。但由于它能節(jié)約大量金屬材料，更具耐腐蝕性、使用壽命長、不結(jié)垢、輸水能力穩(wěn)定等優(yōu)良的技術(shù)性能，故備受青睞，且價格便宜，年折算費用低，因而在大口徑供水管中應(yīng)用比較廣泛。一般來說，在運距適當(dāng)時，對口徑大、管件需要少的輸水管來說，它是一種很好的輸水管材。由于農(nóng)村飲水工程輸配水管網(wǎng)中使用的管道口徑較小，管件需要較多，具體工程一般很少使用鋼筋混凝土管管材。

農(nóng)村飲水工程輸配水管道管徑幾乎都在DN300mm（含DN300mm）以下，由于管道流速慢、管內(nèi)水的停流時間長，應(yīng)著重考慮抗腐蝕和防水質(zhì)2次污染問題，一般采用耐酸、耐堿、抗腐蝕的環(huán)保管材給水塑料管。目前農(nóng)村飲水工程輸配水管道90%采用塑料管（U－PVC管、PE管）。 U－PVC管、PE管具有以下特征：①化學(xué)穩(wěn)定性好，水力性能好，管道內(nèi)壁光滑，阻力系數(shù)小，不易積垢；相對于金屬材料，密度小、材質(zhì)輕、施工安裝方便，維修容易。②內(nèi)壁光滑，阻力小（粗糙系數(shù)為0.009，而一般的鋼管、球墨鑄鐵管粗糙系數(shù)為0.012～0.013），水力條件好。當(dāng)管徑、流量相同時，輸水阻力較鋼管、球墨鑄鐵管的阻力小30%；當(dāng)管徑、水頭損失相同時，輸水能力比鋼管、球墨鑄鐵管大20%以上。另外還具有重量輕、運輸方便的優(yōu)點。塑料管比重為1.4（鋼管、鑄鐵管比重為7.4），是鋼管、鑄鐵管重量的1/5，采用塑料管比鋼管、鑄鐵管節(jié)約運輸費用1/10～1/5，其搬運、裝卸、施工都十分方便。塑料管重量輕，在安裝過程中人工即可搬動，一般不需動用機(jī)械。這樣就大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度和節(jié)省了工時和施工費用。

U－PVC管和PE管都是熱塑性塑料管，它們有共同的特性，但在伸縮性、耐熱要求、抗老化等技術(shù)特性方面也有不同之處。PE管比U－PVC管有很大的線脹系數(shù)。從耐老化值、長期強(qiáng)度來看，U－PVC管則優(yōu)于PE管；從破壞形式來看，PE則優(yōu)于U－PVC。從連接方式來看，U－PVC管有承插膠圈連接、粘合連接和法蘭連接，對于管徑較大的管選用承插膠圈連接較為合適。如果采用粘合連接，在施工時要保證粘接前管接頭部分的絕對清潔，一粒泥沙或一個小汽泡都將是接口漏水的隱患，另外粘合還受氣溫和空氣的影響，在室外施工有一定難度。PE管的連接形式有電熱熔連接和熱熔對接連接。電熱熔連接是用一個套管將兩條管接口處套住，通過套管內(nèi)部的電熱絲加熱使套管和兩條管熔在一起，工藝簡單，且能保證接口處密實不漏，但這個套管式接頭的價格貴。

U－PVC管和PE管從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上各有優(yōu)缺點，要因地制宜，根據(jù)不同的工程發(fā)揮它們的優(yōu)勢。U－PVC管具有應(yīng)用技術(shù)法規(guī)完整、施工技術(shù)研究深入、產(chǎn)品加工工藝成熟的優(yōu)勢，從而有利于產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)量的穩(wěn)定。U－PVC管管材及管件規(guī)格齊全，管道連接方式比PE管簡單，符合埋地給水管的要求，而且價格較低，在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上相對更為合理和成熟。

3 PE管在農(nóng)村飲水工程應(yīng)用

在《國家化學(xué)建材產(chǎn)業(yè)“十五”計劃和2010年發(fā)展規(guī)劃綱要》中，把PE管和U-PVC管放在同等重要的地位。隨著國內(nèi)化學(xué)建材業(yè)的發(fā)展，人們對水質(zhì)要求不斷提高，PE管作為農(nóng)村飲水工程中一種更環(huán)保、性能優(yōu)良的新型管材，越來越多地應(yīng)用于輸配水管網(wǎng)中，并且顯示出了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.1 PE管的綜合造價

在相似施工條件下，用相同管徑 （管徑大于DN100mm）的PE管、鋼管及球墨鑄鐵管進(jìn)行綜合造價分析，最后結(jié)論為：PE管的造價相當(dāng)于鋼管的50%，相當(dāng)于球墨鑄鐵管的70%。由于PE管的粗糙系數(shù)為0.009，低于鋼管及球墨鑄鐵管粗糙系數(shù)0.012～0.013，故在實際工程中，用較小規(guī)格的PE管道代替相同輸水能力的鋼管及球墨鑄鐵管，可進(jìn)一步降低工程造價。

3.2 PE管道施工應(yīng)注意的幾個問題

3.2.1 防老化問題

（1）聚乙烯給水管應(yīng)是藍(lán)色管或黑色管上擠出藍(lán)色條，以便提高抗紫外線和防老化的性能。

（2）聚乙烯管不宜明敷。

（3）聚乙烯管在運輸、存貯過程中應(yīng)防止陽光直射，在工地擺放時間要短。

3.2.2 線脹系數(shù)

PE管有很大的線脹系數(shù)，因此在設(shè)計中應(yīng)予以重視。PE管的線膨脹系數(shù)是鋼管、球墨鑄鐵管的10倍，但聚乙烯管的彈性模量低于金屬管，這說明：雖然PE管伸縮的程度比較高，但是伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力卻明顯要小，因此敷設(shè)PE管時，加強(qiáng)克服季節(jié)溫差引起的軸向變形措施相當(dāng)重要。控制這種伸縮的方法簡單而經(jīng)濟(jì)，可利用聚乙烯獨特的優(yōu)點——應(yīng)力松弛性能來控制機(jī)械活動和變形，最基本的兩種方法：①不固定管道，使管道隨著溫度變化自由運動，如在規(guī)劃允許的范圍內(nèi)熱熔、電熔連接的管道蛇形敷設(shè)，適應(yīng)管道溫度變化的需要；②通過錨定的方法來控制其尺寸變化，如熱熔、電熔連接的管道與金屬管道、水泥壓力管道連接時，應(yīng)對PE管道牢固卡住，避免PE管溫度變化的軸向力，影響與金屬管道、水泥壓力管道連接的密封性。各管段閉合時的氣溫盡量按年平均氣溫掌握；非鎖緊型承插柔性連接的PE管道，能自動適應(yīng)管道溫度變化的需要。

3.2.3 應(yīng)對PE管剛度較弱、材質(zhì)較輕的措施

（1）埋管槽溝底是卵石等硬土層時，應(yīng)墊砂或碎土，管體四周亦應(yīng)回填砂或碎土。管槽溝回填時，從管底到管頂以上0．3m范圍內(nèi)的回填土必須嚴(yán)格控制，可采用碎石硝、砂礫、中砂、粗砂或開挖出的碎土。

（2）管道覆土深度大于0．7m，在輕型車行道下不宜小于1m，管道穿越車行道應(yīng)設(shè)套管保護(hù)。

（3）管線上的閥門應(yīng)有墊墩，在閥座兩側(cè)采取卡固措施，防止閥門啟閉時的扭力影響管道的接口。

（4）PE管材較輕，入溝后應(yīng)隨即覆土，防止發(fā)生浮管事故。

目前，我國農(nóng)村飲水工程輸配水管材的生產(chǎn)與應(yīng)用，管材的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、驗收標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范的制訂等方面都有很大的進(jìn)步。新型環(huán)保供水管材越來越多地被應(yīng)用于農(nóng)村飲水工程，發(fā)展空間很大。

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1672-9900（2010）03-0009-03

2010-02-23

倪治斌（1965-），男（漢族），河北景縣人，高級工程師，主要從事給水排水設(shè)計工作，（Tel）022-26786283。