张彦辉
云南省水利水电勘测设计院,云南省昆明市
摘要：随着城乡一体化的快速推进，长距离供水工程逐年增多。在长距离供水工程中，供水管材投资占工程总投资的比重也越来越大，因此企业如何选择经济合理、技术适用的供水管材是企业不断关注的问题。管道为运载水资源的主要载体，使用频繁、长期处于高负荷运载状态下，加之所处环境恶劣，管道本体易出现损坏、内外表面腐蚀问题也频繁发生，影响管道的运载效果与工程稳定性。因此，做好管道材质的选择以及有效的防腐工作十分重要。
关键词：水利管道工程;管材优化;选择
引言
近年来，为了解决水资源供求之间的冲突，在各地区建造了更多的远程供水项目，在这些地区，人们更喜欢使用管道。然而，管道费用相对较高(40%)。因此，有必要探讨管道材质的选择。如何选择性价比较高的管道，最大限度地提高管道的社会经济效益。因此，必须从水利工程和材料工程的角度考虑当地的地理环境、对水的需求、水质和水管的选择。
1管材选择原则
管材具有安全、稳定的性能，并且能够同时承受工程要求的内压和外部荷载；管材能适应管道敷设区的地形地质情况；管道具有良好的密实封闭性和防漏能力；管材来源有保证，管件配套齐全；管材施工方便，有利于节约工期；管材使用年限相对较长，且维修费用及工作量少；管材内壁光滑，在相同的条件下输送水的能力可一直保持不变；工程造价低、技术经济指标合理等。
2水利管道管材种类
2.1塑料材质
在水利管道中PPR为常用塑料管材，目前市场上该类供水管材占比已超过60%，其具有以下优势：材质较轻、无毒，不便结垢，便于连接、不易渗透，成本低廉、使用效率高。但塑料材质不耐高温、不易塑形、转接连接装置成本高、易造成二次污染。因此，在水利工程中不建议作为供家庭用水的自来水管使用。在排水管道中PVC-U为常用材料，其以聚氯乙烯树脂为主要原材料进行加工而成，主要优势为：内壁光滑、排水顺畅稳定、摩擦系数小；试验中相同坡度与管径条件下，排水量高于金属管道；使用寿命长、成分中含有大量耐腐蚀稳定剂以及润滑剂；适用于各类水质中；成本低廉，一般管径选择在300mm以下。但该类管材噪音大、抗冲击能力弱，不适用于建筑标准较高的工程中。
2.2离心球墨铸铁管
球墨铸铁是上世纪中叶开发的一种高强度铸铁材料，其强度和硬度接近于钢。管道壁中使用的石墨在内部以球形形式保存，使管道在使用中保持了源部件的传统优势，同时提高了膨胀性能和抗冲击能力，也称为球墨铸铁管道。在实际应用中，球墨铸铁管是最安全供水的理想材料。
球墨铸铁管接口为柔性接口，密封性能好，接口型式多样，适应突发力强，且抗弯强度比钢管大，具有伸缩性和曲折性，施工过程中管段不易弯曲变形，能更好的适应基础局部不均匀沉陷，适应各种类型的地质条件，是比较理想的管材。
球墨铸铁管接口一般情况下采用滑入式、机械式接口方式，安全牢靠、施工安装简便且周期短，接口作业完毕可立即回填，能适应各种施工条件（包括在管内施工作业）。但管件重量大，管材的价格高，运输费用较高。
球墨铸铁管近10年来国内生产发展极快，规格品种齐全，应用广泛。
2.3预应力钢筒混凝土管（PCCP管）
由薄钢板、高强钢丝和混凝土复合制成，故兼有钢板的抗拉性能和混凝土的高强度、抗压、耐腐蚀的优良性能。管材的生产工艺成熟，且国内生产厂商众多，产品质量、生产时间均有保障。
2.4涂塑钢管
塑料涂层钢管产品是表面涂层的钢-塑料复合管。管道内壁涂有环氧树脂，外墙涂有聚乙烯(PE)，具有良好的内外耐压性、健康安全、光滑的内壁、良好的液压条件以及舒适的设计和安装等优点。广泛应用于供水管道工程。塑料涂层钢管表面光滑、摩擦小、输水能力高，能适应大体积水变化；不缩放或培育细菌；耐腐蚀性能好，适应高温和低温的能力强；小比重、可靠的连接件性能、难排水角、施工舒适、施工成本低；寿命≥50年，但工程造价高。
2.5金属材质
在管道中铜管为常用管材，铜也是业内公认最佳供水材料，但铜管在国内的应用情况并不乐观，据相关部门统计，全国水利建筑工程中铜管应用率不足10%，由于其价格过高，使诸多企业难以承受。
其具有以下优势：无毒害、安全性高；材料组织细密，污染物质渗透率低、不易繁殖微生物细菌；具有良好延展性、耐腐蚀性、弯曲性，可适用于各类环境中；使用寿命长、材料性能稳定。铸铁也是常用材料，其具有成本低、安装方便、噪音小、便于维养、抗冲击能力强等优势，建议应用于各类水利工程中。
2.6玻璃钢管
玻璃管的主要原料是玻璃纤维和不饱和多聚物树脂以及石英砂，其处理过程是通过缠绕进行的。其强度高，质量轻，容易翻车运输，反腐败性能好，内壁光滑，不易形成附着污物，粗糙度低，流速快。与混凝土管道相比，粗糙度小于40%，损失的水量相对较大。两条管道连接，使用橡胶双环插座，施工方便。由于管壁薄，抗外部冲击的性能较低。由于具有良好的灵活性，其折弯性能较高，因此对基础处理和沿管线的填充高度有严格的要求。总体而言，采购价格略高于预应力混凝土管道。
3管材选型
3.1各类管材应用与评价
管的正确和错误选择、理性和水利工程起着决定性的作用。在选择适合本区域地理环境和水质的水管时，应注意耐蚀性、土壤适应性(软)、重量、延伸率、抗渗漏性等特点。同时考虑到诸如管的口径和适应压力等特性。根据邻近地区安全水利工程管道的材料和市场常用工程管道的选择，确定了钢管、球墨铸铁管和预应力钢筋混凝土管道等材料。
3.2抗腐蚀性能方面
PCCP管及钢管受地下水及场地土的腐蚀影响，需采取一定的防腐措施，管道造价增加。球墨铸铁管本身耐腐蚀能力强，球墨铸铁管在出厂前已完成内外防腐处理，施工现场不必再做防腐处理，管材防腐费用排序为钢管＞PCCP管＞球墨铸铁管。
3.2管径的确定
输水管及倒虹吸的管径选择，根据自然条件和用水高程的要求，同时考虑通过小流量时的管内最小流速应大于不淤允许流速值的原则确定。
根据工程总体布置，结合灌区规划要求，对于水头有限的输水管及倒虹吸，结合管道工程造价，合理降低流速；对水头富裕的输水管及倒虹吸，可充分利用水头，尽可能提高管内流速，减小管径以节约管道工程量，从而减小工程造价；另外，为整体上控制单个倒虹吸水损，便于小流量工况的运行、消能，对长度较长或使用管材糙率较大的倒虹吸适当增大管径。
3.3按照管道性能及工程条件选择管材
经管材比较分析，从性能、重量造价、适应能力、防腐要求、施工条件及回填施工要求等几方面进行管材综合比较后，根据流量和水头，再结合本工程的地形地质情况，输水管及倒虹吸可采用钢管、K9级球墨管及预应力钢筒混凝土管（PCCP）管三种管材。具体使用原则如下：
1、对单条重要的大口径输水管道及倒虹吸（管径≥1200mm），地形较陡、或地质条件较差、水头较高（大于1.0MPa以上）时，宜选用对地形适应性较好的钢管；当输水管道和倒虹吸穿越河流、公路、铁路等或从重要设施（如军事设施）附近穿过时选择钢管。
2、对地形平坦、或地质条件较好、承受中小水头的，选用适宜埋设于地下的K9级球墨管。
3、对地形平坦、或地质条件较好、水头较底，交通运输便利，不受施工条件限制，管径大于DN1200，埋深较大的选用适宜埋设于地下PCCP管。
4、对小管径（管径≤600）、内水压力超过1MPa的区段，考虑安全性仍采用钢管。
结束语
水利工程属于长距离供水工程，从投资经济、管线工程地质、管道安装、管道后期管理维护、使用年限等角度出发，根据地形地貌和管道压力因地制宜选择不同管材的组合方式，即地形地貌、地质条件较好的路段优先选用PCCP管或球墨铸铁管；对部分地质条件不佳、易发生不均匀沉降、管道运行安全隐患较大的路段优先采用钢管，既可保证工程的正常运行，又达到经济实用的目的。
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