白進(jìn)學(xué) 裴雙保

（晉城市郭壁供水工程管理處 山西晉城 048000）

1 工程概況和管材的選定

1.1 工程概況

晉城市澤州縣金村鎮(zhèn)位于城郊結(jié)合部，境內(nèi)土地肥沃，是重要的商品糧基地。近年來(lái)隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和市區(qū)擴(kuò)容，該地以市長(zhǎng)“菜籃子”示范工程命名的無(wú)公害溫室為代表的現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)、育種和果蔬業(yè)發(fā)展迅速，但是由于沒(méi)有足夠的灌溉用水，限制著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，啟用郭壁水源的呼聲越來(lái)越高。

郭壁供水農(nóng)田水利骨干工程是郭壁灌區(qū)北線的延伸工程，擔(dān)負(fù)著沿線金村、北石店兩鎮(zhèn)20個(gè)自然村的灌溉任務(wù)。輸水干管起點(diǎn)位于金村鎮(zhèn)柳泉村南，與分水口對(duì)接后，向北布設(shè)，經(jīng)東洼村、張莊村、趙莊村送水至楊軒村，全長(zhǎng)8 788 m，控制灌溉面積1 835 hm2。采用重力輸水管道，設(shè)計(jì)日引水能力4.5萬(wàn)m3，自然落差10.4 m，最大地形高差70 m，計(jì)劃分三期實(shí)施，一期工程為柳泉至趙莊段DN800干管工程，設(shè)計(jì)控制灌溉面積1 112 hm2，全長(zhǎng)4 113 m，管長(zhǎng)4 125 m。

1.2 管材的選定

本工程為準(zhǔn)公益項(xiàng)目，資金全部由省市政府投資，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的原則，對(duì)PVC-M管和供水工程中廣泛應(yīng)用的鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管四種大口徑管材進(jìn)行比選。

1.2.1 備選管材特性

鋼管具有良好的強(qiáng)度、剛度，可承受較高的內(nèi)外壓力，焊接接頭具有良好的防止脫落性，但焊接工作需要高度熟練的技術(shù)工人且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，鋼管抗腐蝕性能差，內(nèi)外壁均需要較高費(fèi)用的防腐處理，小口徑管焊接后，內(nèi)面涂漆困難，內(nèi)防腐得不到保證，嚴(yán)重影響管道壽命。據(jù)有關(guān)資料，其使用壽命一般不超過(guò)30 a。加之其施工費(fèi)用昂貴，本次工程不予考慮。

球墨鑄鐵管具有鐵的性質(zhì)，鋼的性能，具有與鋼管媲美的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性系數(shù)，內(nèi)襯水泥或樹(shù)脂，外噴鋅涂瀝青，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)即可解決防腐問(wèn)題，采用承插式或壓蘭式機(jī)械接口，具有較大的偏轉(zhuǎn)角，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝工人無(wú)需很高的專業(yè)技術(shù)，安裝設(shè)備不復(fù)雜，省時(shí)省力，安裝費(fèi)用較低。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管實(shí)質(zhì)是鋼板與預(yù)應(yīng)力混凝土的復(fù)合管材，比一階段、三階段預(yù)應(yīng)力管具有較好的抗?jié)B性，管的接口采用鋼制承插口，尺寸誤差小，并設(shè)有橡膠止水圈，止水效果好，安裝方便。但該管材購(gòu)置后應(yīng)盡早敷設(shè)，閑置數(shù)月時(shí)應(yīng)定期噴水養(yǎng)護(hù)，運(yùn)輸安裝過(guò)程中應(yīng)用濕麻袋遮蓋保護(hù)，定期灑水養(yǎng)護(hù)，以保持管材質(zhì)量。且其自重大，運(yùn)輸?shù)跹b難度較大，安裝時(shí)借轉(zhuǎn)角不宜過(guò)大，DN600-1 000 mm時(shí)允許相對(duì)轉(zhuǎn)角1.5°，否則承插口環(huán)相碰，在受力狀態(tài)下容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，管道損壞。

PVC-M管是給水用抗沖改性聚氯乙烯管材，質(zhì)量輕（同口徑單位長(zhǎng)度約為鋼管的1/5，球墨管的1/4，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的1/10），耐腐蝕性能好，使用壽命長(zhǎng)，管壁光滑流體阻力小。優(yōu)越的耐沖擊能力和良好的韌性，提高了安裝和運(yùn)輸?shù)目煽啃?、安全性。管的連接形式有兩種，小口徑管材采用專用膠粘劑粘接；大口徑管材采用橡膠密封圈承插式柔性連接，安裝工人無(wú)需很高的專業(yè)技術(shù)，安裝方便。

1.2.2 工程實(shí)施當(dāng)年經(jīng)濟(jì)比較

在工程實(shí)施當(dāng)年價(jià)格比較中，同口徑單位長(zhǎng)度價(jià)格無(wú)論是管材費(fèi)、安裝費(fèi)，還是二次搬運(yùn)費(fèi)，分別按費(fèi)用由高到低排序，均為球墨鑄鐵管最高，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管次之，PVC-M管最低。

綜上所述，確定本工程使用管材為PVC-M管。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 管徑水力計(jì)算

式中：Q——輸水量，本次設(shè)計(jì)輸水量為4.5萬(wàn)m3/d；

A——管道斷面面積，圓管A=πd2/4；

d——計(jì)算管徑，m；

n——糙率，取n=0.009；

R——水力半徑，對(duì)于圓管R=d/4，m；

J——水力坡降，J=ΔH/L0；

ΔH——管中心高差，ΔH=11.4 m；

L0——管道總長(zhǎng)度，L0=8 827 m。

計(jì)算得出d=793 mm，初步選用d=800 mm，進(jìn)行管道的沿程水頭損失及總損失計(jì)算。

式中：hf——沿程水頭損失，m；

L——計(jì)算長(zhǎng)度，m；

V——流速，V=Q/A，m/s。

因本管路為長(zhǎng)距離輸水管線，因此，局部水頭損失按沿程水頭損失的5%考慮。

計(jì)算結(jié)果為d=800 mm時(shí)，根據(jù)各個(gè)分流口管道流量不同，計(jì)算水頭損失如下表1所示。

表1 管道水頭損失計(jì)算

合計(jì)總水頭損失為11.41 m，不超過(guò)管道中心線高差11.46 m，滿足過(guò)流要求，所以選定DN 800 mm，管道壁厚24.5mm的PVC-M管。沿程水頭均小于1MPa，滿足PVC-M管的承壓要求。

2.2 其他設(shè)計(jì)

本灌區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，管線埋設(shè)地層為黏土、亞黏土、亞砂土，滿足地基工程地質(zhì)要求。局地有擾動(dòng)或?yàn)榛靥钔?，夯?shí)處理即可，對(duì)于耐壓性能好、強(qiáng)度高、韌性好的PVC-M管來(lái)說(shuō)，都可以適應(yīng)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)壓力采用0.8 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa三個(gè)等級(jí)。管道為溝埋式，埋設(shè)深度考慮機(jī)耕和凍土深度，管頂應(yīng)在地面線1.0～1.2 m以下，隨地形鋪設(shè)。管道不設(shè)支墩，基礎(chǔ)鋪設(shè)30 cm砂墊層。

為便于管道檢修和正常運(yùn)行，結(jié)合沿線地形條件，設(shè)控制閥閥門(mén)井2個(gè)；在管道區(qū)間最低處設(shè)排水閥7個(gè)；同時(shí)為滿足管道在沖水和排空時(shí)的進(jìn)排氣要求以及在正常運(yùn)行時(shí)隨時(shí)排出管道內(nèi)的少量氣體，在分段地形隆起處，設(shè)排氣閥7個(gè)。

在管道水平和垂直轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，另外在直線段管線上隔一定距離增設(shè)鎮(zhèn)墩1個(gè)，鎮(zhèn)墩采用C20混凝土，共103個(gè)。

3 工程施工

管溝開(kāi)挖時(shí)，挖出的土，堆放在一側(cè)，留出另一側(cè)作為施工便道和料場(chǎng)。溝底應(yīng)整理平整，不得有石塊、磚塊等雜物，在管溝基礎(chǔ)夯實(shí)并鋪填砂墊層后，再按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行管線安裝施工。

PVC-M管在搬、運(yùn)、裝、卸時(shí)，不得出現(xiàn)拋、摔、滾、拖現(xiàn)象，防止造成傷害。下管前檢查管材是否損傷，特別是承口與插口端，如有要及時(shí)更換。

管道連接時(shí)，承插管內(nèi)面與插口管管端插入部分應(yīng)涂抹潤(rùn)滑劑，通常用洗潔精，不能用黃油或其他油類，以防腐蝕膠圈。一般情況下，插口插入方向應(yīng)與水流方向一致。連接時(shí)需將管在平直狀態(tài)下插入至標(biāo)志線。插入阻力過(guò)大，應(yīng)及時(shí)檢查橡膠圈是否正常。插入工序結(jié)束應(yīng)用塞尺檢查橡膠圈位置的正確性。

管溝的回填一般在管道試壓完成后才可進(jìn)行，管道兩側(cè)回填要同時(shí)進(jìn)行，防止管道產(chǎn)生橫向移位，回填土不得有石塊等雜物，且回填土指標(biāo)要滿足設(shè)計(jì)要求。

試壓時(shí)，管線需按規(guī)范要求蓋土，僅留管道接頭部分不蓋土，試水前需蓋土的目的，主要為防止管線位移，特別是柔性接管試壓時(shí)未蓋土，容易造成接頭脫開(kāi)。

本工程的水壓實(shí)驗(yàn)采用分段實(shí)驗(yàn)法，嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行。充水時(shí)特別注意不能過(guò)急，過(guò)急有可能造成排氣不充分而產(chǎn)生激烈的水錘，在發(fā)生水錘的局部，有可能對(duì)管道造成損傷。

本工程通過(guò)水壓試驗(yàn)，管道的強(qiáng)度和嚴(yán)密性均滿足規(guī)范要求。

4 幾點(diǎn)體會(huì)

1）在按照設(shè)計(jì)和規(guī)范嚴(yán)格控制管溝開(kāi)挖、管基處理、管底墊層填筑、管道安裝、高程控制及回填土質(zhì)量的基礎(chǔ)上，管道的安裝效果比較理想。

2）由于PVC-M管管身比較輕，因此在管道安裝好后要及時(shí)回填，防止洪水或雨水入溝使管道因承受浮力而產(chǎn)生“漂管”事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3）PVC-M管屬于一種新型材料管材，且較大口徑管應(yīng)用也不多，本次大口徑PVC-M管在郭壁供水農(nóng)田水利骨干工程中的應(yīng)用還是比較成功的。由于PVC-M管的應(yīng)用還不是太成熟，因此，僅供同類供水工程參考。