球墨铸铁管输水工程设计综述

邱丁初，杨 锋

球墨铸铁管输水工程设计综述

邱丁初，杨 锋

(河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北石家庄050021)

近年来，由于球墨铸铁管（DIP）具有多项优点，在众多管材中优势凸显，因此在市政供水工程以及南水北调配套工程中得到了广泛应用。本文阐述了球墨铸铁管产品特点、管材特性及标准体系，并归纳了球墨铸铁管管道输水工程设计要点，对此类工程设计具有一定的参考价值。

球墨铸铁管；管道输水工程；设计

1 管材概况

球墨铸铁管广泛应用于城镇的供水、排水和输气工程，与人们的生产、生活息息相关。铸铁管按材质可分为灰口铸铁管和延性铸铁管。由于灰口铸铁管口径不大、材质不稳定，造成事故较多，在输水工程中基本不采用。延性铸铁一般指其铸铁内部析出的石墨大部或全部呈球形状态，因此也称为球墨铸铁管，其强度比钢管大，DN1000以下管道延伸率高于10%，DN1000以上或K12以上管道延伸率也能达到7%。另外，当厂家生产不进行退火处理时，成为铸态球墨铸铁管，其材质的性能除延伸率低于球墨铸铁管外，其余性能指标均与球墨铸铁管相似，价格也低，应用较多。

2 产品特点

球墨铸铁管具有强度高、壁薄、耐压、耐冲击、耐腐蚀、耐抗震等优良性能，管道采用柔性接口，具备一定的延伸率和偏转角，可以实现小角度水平和垂直方向偏转，还同时具备生铁管和钢材管质的优点，避免了铁和钢的缺点，价格适中，经济合理。基于以上特点，球墨铸铁管优势凸显，近年来在市政供水工程以及南水北调配套工程中得到了广泛应用。

3 管材分类

3.1 按公称直径分类

目前，铸铁管的常用公称直径范围为DN40～ DN2600。DN150以下管径以10～25为模数，DN150～DN500管径以50为模数，DN500～DN1100管径以100为模数，DN1200管径以上一般以200为模数。按照文献［4］分类规定，公称直径可分为DN40～DN2600共30种，其中DN1600及以下管径在工程中应用较为广泛。

3.2 按接口型式分类

球墨铸铁管按接口型式可分为滑入式柔性接口(T型)、机械柔性接口(K型、N1型、S型)和法兰接口等型式。N1型、S型常用于燃气管道，T型接口结构简单，密封性好、安装速度快，在供水管道中应用较多，但其接口防脱滑性能差，通过在拐角设镇(支)墩或局部采用自锚式接口解决。

3.3 按壁厚等级分类

国际上把球墨铸铁管按管壁厚度分为12级，各级别标准壁厚根据公称直径DN的函数来计算：

式中，e—标准壁厚，mm；DN—公称直径，mm；K—壁厚级别系数，取8，9，10，11，12，…，等系列整数。

离心球墨铸铁管的最小标准壁厚为6mm，非离心球墨铸铁管的最小标准壁厚为7mm，在输水工程中，以K8～K10级别标准壁厚管道为应用最多。

4 标准体系

(1)管材、管件类。文献［4］，对应国际标准：ISO2531：2009；《水泥内衬离心球墨铸铁管及管件》(CJ/T161-2002)。

(2)设计类。《给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规程》(CECS 142：2002)；《球墨铸铁管设计方法》(ISO10803：1999)。

(3)施工类。《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)。

(4)涂层、防腐处理类。《球墨铸铁管水泥砂浆离心法衬层一般要求》(GB/T17457-1998)，对应国际标准：ISO4179：1985，MOD；《球墨铸铁管水泥砂浆离心法衬层新拌砂浆的成分检验》(GB/T17458-1998)，对应国际标准：ISO6600：1980；《球墨铸铁管沥青涂层》(GB/T17459-1998)；《球墨铸铁管外表面锌涂层》(GB/T17456.1-2009)，对应国际标准：ISO8179-1：2004。

5设计要点

球墨铸铁管管道工程设计应符合国家有关设计标准、规范、规程要求。选择管材、管件应符合国家现行有关产品标准，避免选用异形管径和管件，给工程招投标、施工带来方便。

(1)路线选择。管道工程路线选择主要按照尽量缩短管线长度、节省投资的原则，避开不良地质构造段，避开现有工业园区和规划产业园区，避开已有建筑，减少拆迁；管线穿越铁路、公路、河流时尽量正交布置。值得注意的是，在多个行政区域交界部位布置管线时，应考虑将管线布置在受水目标行政区域，尽量避免线路在行政区划界线两侧来回穿越，减少征迁协调工作，便于工程运行管理。

(2)线路方案比较。线路的方案比较是按照经济合理、投资最低的原则，结合管道工程输水方式、地形条件、地质条件、交通运输条件、地表附着物等因素进行多方案线路布置后，从工程投资、征迁投资、协调难度、施工难度、运行管理等多方面进行综合论证，选择综合最优线路走向。球墨铸铁管内压等级高、防腐性能好、施工运输方便，同时由于具有不同的壁厚等级，因此可以适应不同的埋深变化和外压荷载，为管线布置提供了便利条件，因此，管材确定后，线路方案的优劣一定程度上取决于工程的线路长度和地表附着物的征迁投资。

(3)主要计算。球墨铸铁管管道工程主要计算包括：确定管材管径的水力计算，进行瞬态分析的水锤计算，确定管壁厚度管材等级的强度和变形计算以及确定支墩尺寸的抗滑稳定计算，管道设在地下水位以下时，要进行抗浮计算，抗震区管道还需进行地震剪切波作用下的变位(应变)计算。这些计算可参考相关规程规范进行，需要注意的是，部分计算有多种计算方法，计算过程中应进行综合分析或成果比较，选取合适的计算公式和计算成果，保证计算成果的科学合理性。

(4)管道转角。球墨铸铁管管道接口一般采用承插连接，为柔性接头，需在水平及垂直拐点处设置镇(支)墩，其结构尺寸可参考国家建筑标准设计图集《柔性接口给水管道支墩》(10S505)，根据管道设计内水压力(0.8～1.1M pa)及土壤等效内摩擦角(20°～35°)直接选用或进行复核计算。当实际内水压力与图集压力不一致时，应按高一级压力选用，实际土壤等效摩擦角与图集摩擦角不一致时，应按土壤等效内摩擦角较小值选用。

实际工程设计中，管道转角角度数值可能较为零散，应在管线线路布置时适当调整拐点转角或通过管道接口上下游的接转，尽可能采用标准弯头完成转角衔接。

(5)管道附件。管道附件是为保障管道输水运行的各类专用设备和部件，主要包括检修阀、排气阀、泄水阀、调流阀、减压阀等10余类，这些阀件均安装在井室内。检修阀根据管道检修情况，一般在管道首端、末端、分水口和穿越建筑物等部位设置；排气阀布置主要考虑管道纵断面高程情况结合水锤防护计算确定，一般布置在分段管道最高点；泄水阀分干井和湿井2部分，布置在线路最低点，用于检修时排空管道存水，间距主要考虑泄水阀排水和检修时间；调流阀用于调节管道分水流量，平衡水头压力，在分水支管首端布置。综上，管道附件功能各异，设计时应结合具体情况合理选择和布置，有效保障管道输水安全运行。

(6)防腐设计。球墨铸铁管自身电阻值较大，同时接口所用橡胶密封圈具有绝缘作用，因此不易产生电腐蚀。球墨铸铁管具有良好的防腐性能，外防腐涂层种类包括沥青涂层、环氧煤沥青涂层、喷锌加喷涂沥青漆、环氧粉末涂层、聚氨酯涂层和聚乙烯套等，其防腐应根据对管道周边土壤进行性能测试确定土壤腐蚀等级后合理选择；球墨铸铁管的内衬涂层一般为水泥砂浆衬层，采用离心法涂覆，既能提高管道耐腐蚀性能，又能保护输水水质。

(7)其他。管道设计压力、试验压力、水压试验要求、施工及验收标准等可参考现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)的有关规定要求，这里不再赘述。

6 结语

在管道工程设计中，管材投资占工程总投资的比重很大，尤其是平原地区。而管材选用条件与当地地形条件、地质状况、工程规模、管道压力等因素息息相关，科学合理的管材方案，对节省工程投资、方便工程施工、保障工程安全运行意义重大。球墨铸铁管所具有的强度高、壁薄、耐压、耐冲击、耐腐蚀、耐抗震等性能将与更多具体工程要求吻合，并在输水工程领域得到更加广泛的应用。

［1］河北省水利水电第二勘测设计研究院.衡水市南水北调工程水厂以上输水管道工程初步设计报告［R］.2014.

［2］范英俊.球墨铸铁管及管件技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

［3］陈湧城.长距离输水工程的管材选用［J］.中国给水排水，1999，15(08).

［4］GBT13295-2008.水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件［S］.［5］GB50013-2006.室外给水设计规范［S］.

［6］CECS193：2005.城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程［S］.

TV672+.2

B

1672-2469(2017)03-0080-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.029

2017-01-17

邱丁初(1982年—)，男，高级工程师。