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        長(zhǎng)距離輸水工程管材性能分析研究

        2017-11-01 13:11:29姚園園
        山西水利 2017年9期
        關(guān)鍵詞:鋼筒長(zhǎng)距離管徑

        姚園園

        (山西省漳河水利工程建設(shè)管理局,山西 長(zhǎng)治 046000)

        長(zhǎng)距離輸水工程管材性能分析研究

        姚園園

        (山西省漳河水利工程建設(shè)管理局,山西 長(zhǎng)治 046000)

        長(zhǎng)距離的輸水工程管材的投資比例,占總投資的55%~75%??紤]輸水線路、管線附屬建筑物、泵站位置等影響因素,對(duì)常用PCP、PCCP、DIP、FRPM、SP等5種管材,根據(jù)其特性和優(yōu)缺點(diǎn),論證每種管材的適用條件,選擇適合改擴(kuò)建輸水工程的管材。

        輸水工程;管材;性能分析

        隨著我國(guó)工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、飲用水的需求量不斷增加,長(zhǎng)距離輸水工程在全國(guó)范圍內(nèi)大批興建。在長(zhǎng)距離輸水工程中,管材投資比例可占總投資的55%~75%。輸水線路、管線附屬建筑物、泵站位置等因素,影響管道材質(zhì)的選擇。輸水工程中經(jīng)常使用的管道材料有預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(PCP)、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)、球墨鑄鐵管(DIP)、玻璃鋼管(FRPM)、鋼管(SP)等。

        1 管材

        我國(guó)在50年代使用PCP管較多,其缺點(diǎn)是生產(chǎn)工序多,易產(chǎn)生次品,使用過程中易出現(xiàn)質(zhì)量問題,如爆管、滲漏等,維修難度大,現(xiàn)已很少使用。PCCP管已有70多年的應(yīng)用歷史,具有經(jīng)濟(jì)性能高、壽命長(zhǎng)、抗震性好、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低、安裝方便、適用范圍廣等特點(diǎn)。由于鋼材造價(jià)較高,長(zhǎng)距離輸水管道一般不采用SP管,工程中使用SP管應(yīng)注意防腐。DIP管身比PCCP輕,連接方便,但配件缺乏,如果由灰口鑄鐵管件代替,則影響管線質(zhì)量;此外,隨著管徑增大,價(jià)格升幅比例過大,DN 800以下的DIP管道性價(jià)比較高。FRPM管管身較輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕,運(yùn)輸、安裝、連接方便,但價(jià)格較高,剛性低,對(duì)溝槽的開挖回填標(biāo)準(zhǔn)要求高。

        2 管材特性

        辛安泉改擴(kuò)建工程供水對(duì)象為城鄉(xiāng)居民生活、工業(yè)和灌溉。項(xiàng)目線路較長(zhǎng)、工壓高、管徑較大、保證率要求高,對(duì)工程管材的安全性、抗外環(huán)境不利因素性能、耐久性等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均高。綜合比較5種管材,分析每種管材的使用特性。

        2.1 SP(鋼管)特性

        可設(shè)計(jì)性強(qiáng)??筛鶕?jù)鋼管環(huán)向強(qiáng)度、彈性模量等數(shù)據(jù),準(zhǔn)確計(jì)算出承受的內(nèi)水壓力和管頂外荷條件,繼而依據(jù)鋼管的剛度、強(qiáng)度,計(jì)算出準(zhǔn)確的管壁厚度。

        使用壽命長(zhǎng)。將管道內(nèi)、外壁按規(guī)范要求進(jìn)行除銹和防腐處理,對(duì)長(zhǎng)距離輸水管線輔以電化學(xué)保護(hù),會(huì)極大增加鋼管的使用壽命,提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。

        基礎(chǔ)適應(yīng)性強(qiáng),無需做多余的基礎(chǔ)處理。

        接口采用焊接,較其他管件相比防滲性、對(duì)抗沉降性更好。

        鋼管可以根據(jù)設(shè)計(jì)的布置圖要求,制作出準(zhǔn)確的彎頭及配件,便于施工安裝。

        2.2 DIP(球墨鑄鐵管)特性

        球墨鑄鐵是鐵、碳、硅合金,球墨鑄鐵管主要特點(diǎn),具有較高的承壓能力;通過水泥砂漿做內(nèi)防腐,噴鋅和煤瀝青防腐漆做外防腐,球墨鑄鐵管具有良好的防腐性能;密封性好;接口為柔性,抗震性能高;大管徑球墨鑄鐵管價(jià)格較高,一般使用的管徑范圍為DN 100~DN 2200。

        2.3 FRPM(玻璃鋼管)特性

        玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管簡(jiǎn)稱玻璃鋼管,根據(jù)制作方法不同分為玻璃長(zhǎng)纖維纏繞夾砂和玻璃短纖維離心澆鑄加砂。

        玻璃鋼夾砂薄壁彈性管,其外壓承受能力較差,所以在設(shè)計(jì)過程中主要以環(huán)剛度作為控制指標(biāo),埋地管環(huán)剛度采用5~7.5 kN/m,特殊地段(穿越公路等)需采用10 kN/m。

        特點(diǎn)是內(nèi)壁光滑,過水性較好;承受內(nèi)壓一般,適用性受限;不需做防腐層;重量輕,施工吊裝、運(yùn)輸方便。

        接口處理方法為采用承插口,承插口上安裝橡膠圈止水,抗震性能較好。管道配件生產(chǎn)能力差,周期長(zhǎng),不利于大型工程及工期有要求的工程使用。

        施工要求高,基礎(chǔ)壓實(shí)度要求高(一般在95%以上),質(zhì)檢要求高,對(duì)工程質(zhì)量依賴性較大,使工程費(fèi)用大幅提高,不利于降低成本。

        雖國(guó)內(nèi)制造廠已具備大口徑(DN 1600~DN 3000)的生產(chǎn)能力,實(shí)際工程應(yīng)用以中、小口徑為主,缺乏大口徑管道的使用經(jīng)驗(yàn)。

        2.4 PCCP(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)特性

        預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管,由內(nèi)部嵌置鋼筒、纏繞在管芯上的環(huán)向預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲、外部施噴水泥砂漿層、內(nèi)部混凝土層構(gòu)成,特點(diǎn)是管徑范圍廣(DN 800~DN 4000),抗?jié)B能力好;承受內(nèi)、外壓較高;耐腐蝕性能好,除接口處一般不需作內(nèi)外壁防腐處理,壽命長(zhǎng)。

        采用承插口連接,可采用單、雙橡膠圈止水,密封性能高,接口帶有試壓孔,雙膠圈止水安裝后可逐一接頭試壓。重量大,運(yùn)輸成本及吊裝成本較高。配件(彎頭、排水三通、排氣三通)采用鋼制配件,需進(jìn)行防腐處理。

        對(duì)軟土地基,需做管道基礎(chǔ),工程造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用較低。

        2.5 PCP(預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管)

        預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管,采用承插式膠圈柔性接口,適應(yīng)各種地質(zhì)條件下的地基,施工安裝便捷,防腐能力較強(qiáng),不需要做內(nèi)外防腐,工程投資較少。缺點(diǎn)是承插接口的加工精度無法保證,滲漏較嚴(yán)重;重量較重,運(yùn)輸不方便,輸水安全性能低。

        3 管材比選

        根據(jù)工程實(shí)際管徑和工壓情況,選取五種規(guī)格管材進(jìn)行造價(jià)比較。

        3.1 性能比選

        依據(jù)管材的糙率、輸水能力、抗內(nèi)壓、抗外荷載、抗腐性、密封性等特性,對(duì)5種管材分析比較(見表1)。

        比較可知,鋼管的抗外荷載性能差,玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管的抗外荷載性較差。辛安泉供水改擴(kuò)建工程的管道施工均是地下埋設(shè),施工環(huán)境復(fù)雜,需承受較高的內(nèi)、外壓,不適于使用以上3種管材,預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管與球墨鑄鐵管的各項(xiàng)性能符合本工程的需求。

        3.2 造價(jià)比選

        管道的材料不同,造價(jià)相差較大,本工程是長(zhǎng)距離輸水管線,管道投資占總投資比重較大,需選用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高的管材。長(zhǎng)距離輸水工程,常用的5種管材不同管徑的造價(jià)比較見表2。

        表1 管材性能比選表

        表2 管材造價(jià)比較表 元/m

        由表2可知,玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的造價(jià)較低,鋼管的造價(jià)最高,預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管與球墨鑄鐵管的造價(jià)較高。

        通過對(duì)管材的性能、造價(jià)比選得出:SP的造價(jià)高、抗外荷載性能差、防腐性能差;FRPM的費(fèi)用較低、糙率較小、投資較少,但其抗內(nèi)、外壓性能較差、對(duì)地基及回填的標(biāo)準(zhǔn)較高,根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),在地質(zhì)與外界環(huán)境條件比較好的情況下,效果較好;PCP的施工、安裝方便,投資較少,但其承插接口的加工精度難以得到保證,滲漏較大,安全性較差,在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離、管徑較大的輸水工程中很少被采用;PCCP與DIP的造價(jià)較高,抗內(nèi)、外壓、防腐、密封性等性能高。辛安泉供水改擴(kuò)建工程管道線路長(zhǎng),施工環(huán)境復(fù)雜,管道內(nèi)、外壓較高,埋設(shè)較深,因此宜選用PCCP與DIP作為本工程的主要管材。

        4 管徑選擇

        選擇工程輸水方式的原則,充分利用輸水地形高差,采用有壓重力輸水方式,且管徑要求最小。管徑計(jì)算公式:

        式中:D——設(shè)計(jì)管道內(nèi)徑,m;

        Q——設(shè)計(jì)引水流量,m3/s;

        v——管道經(jīng)濟(jì)流速,m/s。

        加壓輸水段管道,要準(zhǔn)確比較管道的管徑、工程費(fèi)用、泵站揚(yáng)程、運(yùn)行費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)成本,擇優(yōu)選取。

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        C

        1004-7042(2017)09-0014-02

        姚園園(1986-),女,2012年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院工程管理專業(yè),助理工程師。

        2017-07-15;

        2017-08-19

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