夹砂玻璃钢管在农业灌溉工程中的设计要点与注意事项

侯立柱

(新疆水利水电勘测设计研究院地质研究所 乌鲁木齐 830000)

1 前言

随着国家农业现代化的逐步实施，为加快新疆兵团农业的规模化、现代化、信息化建设，兵团党委决定在兵团某师共青团农场建设国家级现代农业示范园区。为满足园区4000余hm2耕地灌溉要求，根据项目区水源、地质、管理水平等条件，经经济、技术方案比选，最终确定采用大口径管道供水，而夹砂玻璃钢管(FRP)是近年来国内外逐渐推广使用的一种新型复合材料压力管道，它采用树脂I(输送饮用水采用食品级树脂)、玻璃纤维、石英砂为原料，用特殊工艺制作而成，由于其具有弹性大、刚度大、抗渗性和抗腐蚀强、比重小的特点，且具有优异的流体力学特性，被本工程所采用。本文结合新疆兵团国家级现代农业示范园区工程(以下简称园区工程)，从设计角度提出工程建设的几点要点及注意事项。

2 工程概况

园区工程采用喷灌、滴灌共用技术，进行4000余hm2耕地的灌溉，铺设输水管道38.20km，全为加压输水，输水流量为4.04m3/s，其中共布置9条夹砂玻璃钢管，总长度为16.60km，管径为 DN550～DN1200，刚度为5000N/m2。工程场地地质为土黄色、棕红色、土灰色的黏性土层。该工程于2008年8月开工，2009年10月全部建成试通水，2010年3月全部竣工验收，总造价1.3亿元。

3 管道类别选择

目前市场上用于农业灌溉的管道主要有玻璃钢管、PCCP管(预应力钢筋混凝土管)及UPVC管，在园区工程中通过对同等压力条件下不同管径的管材进行综合比较(见表1和表2)，决定大口径农业灌溉管道采用玻璃钢管的技术，其经济优势比较明显。

3.1 价格比较

表1 管材价格比较

3.2 管道性能比较

表2 管道性能比较

4 玻璃钢管设计要点

4.1 玻璃钢管水力计算

作为输水加压管道，应按满流条件进行水力计算，一般用经验公式:

式中 k——局部水头损失系数;

L——管道设计长度，m;

Q——管道设计流量，m3/h;

f、m、b——摩阻系数、流量指数、管径指数，参考相关资料取值;

d——管道内径，mm。

4.2 内衬层要求

农业灌溉对内衬层材料要求不高，不需要采用食品级树脂，但需满足ISO7370标准和JC/T 838—1998要求。

4.3 管道结构技术指标

影响玻璃钢管道结构设计的主要参数有工作压力(静水压力和波动压力)、外载(静载和动载)、刚度、屈曲强度以及水锤压力。

刚度衡量玻璃钢管承受外界荷载、抵抗变形的能力，是玻璃钢管道的一个重要性能指标，其物理表达式如下:

式中 SN——管壁刚度，N/m3;

E——管壁环向弯曲弹性模量，N/m2;

I——管壁惯性矩，对于均匀壁厚管道，I=t3/12，m4/m;

D——管道直径，mm。

上式计算得出初始刚度，设计时应进行刚度校验，玻璃钢管刚度的校验通常采用平行板荷载试验，其刚度计算公式如下:

式中 F——在管道上施加的平行板荷载，N;

ΔY——荷载作用下管道的竖向挠曲变形量。

将ΔY=D×5%时对应的F值代入上式计算得到的刚度值即为对应管道的校验。校验刚度不应低于设计刚度，否则为刚度不合格管材。

4.4 其他性能指标

为保证农业灌溉长期正常运行，玻璃钢管轴向拉伸强度、环向拉伸强度、轴向压缩强度、巴氏硬度、内表面粗糙度等技术性能指标均应满足相关标准的要求，目前国内执行的主要有中华人民共和国建材行业标准:CJ/T 838—1998《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》。

5 设计注意事项

a.玻璃钢管为轻质管道，应特别注意各种工况下的抗浮验算。

b.进行水锤压力计算时，一定要分不同水锤产生条件，取最不利水锤校验管道压力等级。

c.如遇到埋深较浅(H＜1.2m)、水下安装、基础不平或易产生不均匀性沉降等条件时，应进行特殊设计。

d.尽量少使用大角度弯管，应特别注意管道支墩及管件联接处等需加固部位的处理。

6 小结

园区工程已竣工验收，从近两年的结果来看，所有玻璃钢管均运行正常，均达到设计要求，其经济技术指标同其他管道相比十分优越，它的长使用寿命及低运行成本是其他管道无法相比的。另外，从施工过程来看，同等级的玻璃钢管安装难度比预应力钢筋混凝土管大大降低，尤其是对于施工期较短的农业灌溉工程，其安装进度快和工期短的优点尤为突出。如果在新疆范围内，对相关的安装定额进行调整并将材料价格进一步细化，玻璃钢管道的经济指标将更为优越，相信其在今后的农业灌溉工程中将越来越受欢迎。

1 CJ/T 838—1998 玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管［S］.

2 钟云.玻璃钢管道的应用［J］.玻璃钢/复合材料，1997(1).

3 傅国栋.浅谈大口径FRP管的发展前景［J］.玻璃钢/复合材料，1994(3).