自流灌区自压输水管材比选设计

李和兵

(新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院，新疆 伊宁 835000)

1 工程概况

察布察尔县自流灌区位于中天山北麓的山前冲～洪积倾斜平原。项目区位于海拔高程816～652m的伊犁河南岸Ⅱ～Ⅲ级阶地上，地势南高北低，相对平坦、开阔，微地形多冲沟，冲沟面窄而浅，南北向自然坡降6.5～23.5‰，纵坡较大，东西向纵坡0.25～4.2‰，相对平坦。根据土壤调查，项目区土层厚度普遍偏薄，地形坡度又较大，易形成水土流失。结合灌区地形、土壤、气象、农作物等自然条件的状况，喷灌更适合本区地面纵坡较大、土层相对较薄适宜灌溉粮食作物等特点。喷灌灌溉方式输水管道有多种材质，选用何种材质对工程投资和今后的运行管理将产生巨大的影响，因此，地埋输水管道管材选择尤为重要。

2 管材比选分析

管道是自压输水系统的主要组成部分，由于它在工程中需要的数量多，占投资比重大，因此选用何种管材应进行科学论证。

自压输水管道有多种材质，选用何种材质对工程投资和今后的运行管理将产生巨大的影响，目前国内可供喷灌用的管材有钢管、铸铁管、钢筋混凝土管、玻璃钢管、PVC-U管、薄壁铝合金管、涂塑软管以及新产品预应力钢筒混凝土管(PCCP)，其中薄壁铝合金管和涂塑软管主要应用在地面移动支管上，其它几种管材应用在地埋输水管道上。本文主要对地埋输水管材进行比选分析。

2.1 管材特性

2.1.1 大口径预应力混凝土管

大口径预应力混凝土管承压能力一般，一般在0.4～0.8MPa，混凝土管的抗腐蚀性能力差，在含有易溶盐的地段，使用中必须对砼管采取特殊的防护措施，从而增大了投资，再者砼管重量大，同样管径时比玻璃钢管重十几倍，运输、安装均不便，且破损率较高。

2.1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管作骨干输配水管材时，在综合造价(管材、安装、土建等)上比同样管径玻璃钢管高，重量为玻璃钢管的十几倍，且每根管子长度比玻璃钢管短。优点是工作可靠，使用寿命长，约60～70年，长期使用后其粗糙程度会随运行时间的增长而增加，加大水头损失，影响过流量。

2.1.3 钢管

钢管承压较高，一般1.5～6.0MPa，与铸铁管相比管段长，能承受较大压力，但易腐蚀，寿命约30年左右，铺设在土层中应有良好保护，其综合造价亦比玻璃钢管高，且内部防腐处理难，与玻璃钢管材相比仍存在着管壁粗糙，水头损失大，寿命短，重量大的缺点，另外，大口径钢管需采用直缝卷焊法加工，制造困难，须根据需要定做。

2.1.4 大口径PCCP管

大口径PCCP管承压能力在0.6～3MPa，使用寿命长(一般规定75年)，钢性大，不变形。由于PCCP管内外均为混凝土，在含有易溶盐的地段，必须对PCCP管采取特殊的防护措施，采用较抗腐蚀的水泥，从而增大了投资。再者PCCP管重量大，同样管径比玻璃钢管重几倍，运输、安装均不便，同时需要特殊的专业设备及安装队伍，但是一旦安装完毕，竣工验收后，一般来说安全性较高，维护量很小，管径没有变形。

2.1.5 玻璃钢管

玻璃钢管在流量、损失相同的情况下管径比预应力砼管和PCCP管管径减小1/5，较钢管、球墨铸铁管减少1/10;其次玻璃钢管内壁光滑，摩阻系数较小(为0.948×105)，水头损失小;再有玻璃钢耐腐蚀抗堵塞能力强，不须防腐，重量轻，可塑性强，运输、安装均很方便，安装技术易于掌握，技术上完全可行;其耐热性和抗冻性好，在－40～80℃范围内可长期使用，维修简单，与其他管材比可节省工程维护费70%左右;其五管材来源容易，新疆已能生产多种规格的玻璃钢管，等级从0.6～2.5MPa，选择范围较广。

对于中等口径管道(400mm以上)，在输水能力相同的情况下玻璃钢管综合造价均比球墨铸铁管、钢管、PCCP管低，而且玻璃钢管运输安装相对方便。因此中等口径管道，应优先采用玻璃钢管。

对400mm以下的小口径管道，PVC-U管价格比同口径、同压力的玻璃钢管低，相对较为经济。

以上就几种不同材质的管道，做了简单的定性分析。下面着重将玻璃钢管、球墨铸铁管、砼管、钢管、PCCP管从技术性能和工程造价上做比较分析:

2.2 管材水力特性

对各种管材的水力特性进行分析比较。从表1分析看，在输送功率和流量相同的情况下，选用玻璃管，其管道直径可比选用砼管和钢管缩小1～2个管径等级。

表1 各种管材的水力特性、糙率、流量、管径指数

从表2、表3比较来看，根据测算的长度10000米计算，球墨铸铁管和砼管内壁粗糙，不但水头损失大，而且长期流水内壁很容易产生青苔和藻类物质而缩小管径减少流量，还会因腐蚀造成水的二次污染。经测算，各种管材比较，从沿程水头损失、泵容、年耗电量三方面比较，玻璃钢管几乎要节约投资一半以上。从上表中比较来看，砼管、钢管和球墨铸铁管要比较玻璃钢管增加两个管径等级。

表2 相同管径不同管材水头损失比较(管内径设计值均为D=1400mm)

表3 相同流量、入水口和出水口情形下不同管径的比较

2.3 管材技术性能

各种管材壁厚、重量、铺设长度、机械性能比较详见表4、表5。

表4 各种材质的壁厚、单重、每吨铺设长度比较

表5 各种管材的机械性能比较

从表4、表5的有关数据比较分析，玻璃钢管不但重量轻、强度高、可塑性很强，运输、安装方便，还容易安装各种分支管，不受各种条件限制，用户经过培训很容易掌握玻璃钢管的安装技术，经很多国内外重点工程应用，用户反映都很好，因此技术上是完全可行的。

2.4 管材造价

(1)在DN400-DN1200口径范围内，在相同流量情况下，预应力砼管综合造价均高于玻璃钢管。且玻璃钢管的性能优于预应力砼管。

(2)从节省投资角度考虑，选用玻璃钢管比选用钢管要经济。钢管要做防腐层，增加了管道造价，加之安装运输费用，综合造价要比相同流量玻璃钢管高得多，以DN1200钢管综合价相比，每米比夹砂玻璃钢管高879.8元，每米造价高出55.3%。

(3)以DN1200球墨铸铁管每米单价比相同流量玻璃钢管道高1320.4元，高86.3%。每米综合造价高1430.22元，高出89.88%。因此，采用玻璃钢管与采用球墨铸铁管相比，可为项目减少大量投资。

(4)在相同输水能力的情况下，PCCP管综合造价比玻璃钢管高，但PCCP管综合了钢管和预应力砼管的优点，造价又比同管径钢管低，长期使用对水质的影响小，维护费用低，提高了管道的使用寿命。

根据以上综合比较见表6，本工程的输水管管径多在1200mm以下，采用夹砂玻璃钢管材可比其它管材节约建设资金，给项目带来一定的经济效益，故本设计采用玻璃钢管做为输水管道。

3 夹砂玻璃钢管施工

3.1 管沟开挖

管沟开挖前应将管道主要控制桩平移至管沟旁较安全(不易扰动)的地方，管沟采用挖掘机开挖，管槽开挖后人工清除管槽底部杂物，一般情况下一次开挖成形;管件安装部位应适当加宽，加宽宽度以施工方便为宜。遇有建筑物处可根据建筑物尺寸要求，开挖出建筑物施工断面，并同时进行基础处理。在管槽开挖后，应检查沟底高程，对不符合设计要求的地方应进行处理，然后再进行安装。

表6 相同流量下玻璃钢管与预应力砼管、PCCP管、钢管、球墨铸铁管经济比较

开挖沟糟时，沟底设计标高以上20～30cm的原状土应予保留，禁止挠动，铺管前人工挖至沟底设计标高，如局部超挖，需用原土填补夯实。沟底应连续、平整、结实。当沟底遇到岩石、卵石、硬质土、软的膨胀上、不规则石块及浸泡土质时，应根据实际情况挖除，铺设150～200mm厚的细土或砂垫层并夯实，否则易造成管身受力不均，出现某小或局部负荷过大，导致试压或运行中出现爆管事故。在管沟开挖的同时可将管道布置在管沟不堆土一侧，准备安装。

3.2 地埋管道安装

管道安装应按干管、分干管顺序进行;按设计要求将管道平顺放入管槽内，不得悬空和扭曲;塑料管不得抛摔、拖拉和爆晒，安装期宜集中，争取一次成型;在进行管道安装时，PVC管材与管件在粘合前应用棉纱或干布将承口内侧和插口外侧擦拭干净，然后在承口内侧和插口外侧涂刷上粘合剂并立即找正方向将管端插入承口，用力挤压，且24h内不得移动管道。管道安装完毕后，应将每节管段的中部填土固定(露出接头)，然后进行冲洗试压。管道冲洗时应按轮灌的方式从上游到下游、逐级、逐段冲洗，直到目测水清为止。试压水的压力不应小于管道设计压力的1.25倍，并做好冲洗和试压记录。试压时应缓慢加压，达到实验压力时即停止加压并保持10分钟，压力下降小于5m即为合格;压力下降超过允许值时说明有漏水管段，应修补后再次进行试压直至合格。试压完后进行管沟回填，回填前应清除沟槽内一切杂物，排净积水，在管壁四周10cm内的填土不能有直径大于2.5cm的砾石，回填必须在管道两侧同时进行，严禁单侧回填。

3.3 其他事项

在管路施工中还应注意以下事项。

(1)在管槽开挖后，应检查沟底高程，对不符合设计要求的地方应进行处理，然后再进行安装。

(2)当管道穿越公路、沟道等处时，应加套管、砌筑涵洞等措施加以保护。

(3)附属设备与管道连接后，应垫置加固支撑，避免设备重量加压在管道上。

(4)管道安装施工过程中，及时填写施工记录并分施工内容进行阶段验收，尤其对一些意外情况的处理应填写清楚。

(5)管道安装工作间断期间，应及时封闭敞开的管口。

(6)管道连接时，应严格安装已定的施工方法和程序进行。

(7)管道工程完工后，及时整理施工记录，绘制施工图，编写竣工报告等。

4 结语

察布察尔县自流灌区面积大，利用地形坡降形成自压喷灌的灌溉型式是该灌区较为合理的灌溉方式，在输水管道的管材选择对工程投资和今后的安全运行管理尤显重要。目前，察布察尔县自流灌区大部分干管系统已通水投入生产，大部分干管系统管材采用夹砂玻璃钢管，实践证明，各输水管道系统运行安全、方便快捷、经济合理。

［1］张志新.对新疆发展喷灌的认识［J］.节水灌溉，2007(07).

［2］中国灌溉排水技术开发培训中心，喷灌工程技术［M］.北京:水利水电出版社，1999.