孔令武,趙 謙,周海濤
(南水北調(diào)東線山東干線聊城管理局,山東 聊城252000)
近年來(lái),為解決水資源供需矛盾,各地修建了較多遠(yuǎn)距離調(diào)水工程,在這些工程中利用管道輸水成為首選。但因管材造價(jià)占比較大(40%)。所以對(duì)管材選擇進(jìn)行探討非常必要。
球墨鑄鐵是上世紀(jì)中期開(kāi)發(fā)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料,其強(qiáng)度與韌性以及耐磨性接近于鋼材,管壁內(nèi)所使用的石墨以球狀存于其內(nèi)部,使管道在使用中保留了“鑄鐵”成分的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì),同時(shí)增強(qiáng)了其延伸性能和可抗沖擊的強(qiáng)度,故又稱(chēng)延性鑄鐵管。實(shí)際應(yīng)用中球墨鑄鐵管是最安全的輸水理想材料,但是價(jià)格也最高。日前很多企業(yè)針對(duì)成本高的問(wèn)題也進(jìn)行了改良,對(duì)球墨鑄鐵管減少“退火”程序,這樣生產(chǎn)的管材又叫鑄態(tài)球墨鑄鐵管,該管材各項(xiàng)指標(biāo)和球墨鑄鐵管差別不大(延伸率少低),但因價(jià)格低,使用廣泛。
鋼管使用歷史悠久,采用廣泛。一般的調(diào)水鋼管管道工程采用直縫焊和螺旋縫焊兩種。螺旋縫焊鋼管使用卷板,用螺旋管焊接加工線成型。因受生產(chǎn)過(guò)程中施工工藝的影響,鋼材存有部分剩余拉力,從而影響了管道承壓的強(qiáng)度。相比直縫管,焊縫長(zhǎng),焊口在處理方面存在的薄弱點(diǎn)較多,可靠性小。從整體情況看,雖然價(jià)格相對(duì)球墨鑄鐵管偏低,但因腐蝕影響使用壽命成了鋼管使用的障礙。
該管材是用鋼筒、高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)鋼絲多種材料復(fù)合制作的輸水管道,管壁為混凝土,在混凝土管壁中植入一定厚度的鋼筒,同時(shí)在管芯上部施加高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲環(huán)向纏繞,并在上面噴射致密高強(qiáng)均勻水泥砂漿,既是管材的部分結(jié)構(gòu)體,也是纏繞鋼絲的保護(hù)層。該管材充分發(fā)揮了鋼材、混凝土兩種材料抗拉、抗壓優(yōu)勢(shì)。形成了耐腐性高、密封功能強(qiáng)、高抗?jié)B、高水頭且能承受高覆土等諸多優(yōu)點(diǎn)的輸水管材。單論性?xún)r(jià)比比球墨鑄鐵管和鋼管低的多,約60%。且生產(chǎn)的管徑在60~400 cm,承壓在0.4~2.0 MPa 之間,可選余地大,是理想的輸水管材。
預(yù)應(yīng)力混凝土管依據(jù)施工工藝分成兩種,其中之一由于操作工序分三道工序,故稱(chēng)三階段管。另一種,是一道工序,直接成型,故叫一階段管。一階段管因生產(chǎn)簡(jiǎn)捷,成本較小,社會(huì)認(rèn)可度較高,目前應(yīng)用較多。從總體情況看,一階段管的抗壓能力強(qiáng)過(guò)三階段管,但這類(lèi)管材的抗折和抗外力沖擊的能力都較低,這在選材時(shí)要引起使用者的重視。因在運(yùn)輸、倒運(yùn)、安裝等環(huán)節(jié)要求嚴(yán)格,破損率高,隨著技術(shù)的發(fā)展,其它管材的應(yīng)用,已成逐漸淘汰之勢(shì)。
玻璃鋼管的主要原材料是“玻璃纖維”和“不飽和聚脂樹(shù)脂”加上“石英砂”三種,其加工工藝是用纏繞方式加工。其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕,方便倒運(yùn)及運(yùn)輸,并且耐腐性能良好,內(nèi)壁光滑,不易形成附著污垢,糙率小,流速快。與混凝土管相比,糙率系數(shù)小于40%,輸水量相對(duì)較大。兩管相連,采用雙膠圈承插,施工便捷。因管壁薄,抗外沖擊力的性能偏低。因柔性好,其抗折性能較高。故對(duì)布管沿線基礎(chǔ)處理及回填高度限制要求嚴(yán)格??傮w上購(gòu)置價(jià)要比預(yù)應(yīng)力混凝土管略高一些。
選擇輸水管材,一方面不同地域習(xí)慣、地形地貌、自然環(huán)境改變、經(jīng)濟(jì)承受能力的高低等都不相同。另一方面要依據(jù)工程的設(shè)計(jì)規(guī)模、重要程度、管徑和工作壓力及施工承載等因素,還有施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地形狀況、工程周期、資金狀況等全方位綜合比對(duì)后才可最終確定。
假若資金有保證,那就首選球墨鑄鐵管和鋼管。但選擇球墨鑄鐵管要受到管徑的制約,因目前國(guó)內(nèi)企業(yè)大多數(shù)可生產(chǎn)“DN1000mm”以下的球墨鑄鐵管,能生產(chǎn)DN1000mm-DN2000mm 之間的企業(yè)很少,并且購(gòu)置價(jià)格較高。若是選用鋼管,要特別考慮分析輸水水質(zhì)和土壤土質(zhì)對(duì)鋼管的腐蝕性因素,尚若腐蝕性較強(qiáng),就必須考慮采取陰極保護(hù)和上防腐漆等措施,以確保鋼管的使用壽命。
假若資金不足,可以選擇預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管和玻璃鋼管三者之一。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的安全性能要高過(guò)預(yù)應(yīng)力混凝土管和玻璃鋼管,性?xún)r(jià)比也高。但要強(qiáng)調(diào)的是,選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管,承插接口最好要用雙膠圈,不僅施工方便,使用運(yùn)行過(guò)程中更放心。在山區(qū)丘陵地帶,由于土石基礎(chǔ)混雜不均,地形變化較大,盡量不選用預(yù)應(yīng)力混凝土管和玻璃鋼管。但在平原地區(qū),尤其是以土基為主且地形平坦的區(qū)域,可建議選擇這兩種管材。但在施工時(shí)應(yīng)針對(duì)這兩種管材的弱點(diǎn)嚴(yán)格施工方式和施工程序。
總體上講,使用這三種管材,建議在一些特殊、重點(diǎn)部位如:鎮(zhèn)墩處、閥門(mén)檢測(cè)井、過(guò)河和過(guò)路倒虹及分水口等,應(yīng)考慮鋼制短管配合或采取合理的工程措施保護(hù)。另外要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)玻璃鋼管生產(chǎn)廠家,魚(yú)目混雜,質(zhì)量?jī)?yōu)劣相差較大,考查廠家要慎之又慎。