大口径抗冲改性聚氯乙烯管（PVC-M）在郭壁农田供水一期工程中的应用

白进学 裴双保

（晋城市郭壁供水工程管理处 山西晋城 048000）

1 工程概况和管材的选定

1.1 工程概况

晋城市泽州县金村镇位于城郊结合部，境内土地肥沃，是重要的商品粮基地。近年来随着农业产业结构的调整和市区扩容，该地以市长“菜篮子”示范工程命名的无公害温室为代表的现代设施农业、育种和果蔬业发展迅速，但是由于没有足够的灌溉用水，限制着现代农业的发展，启用郭壁水源的呼声越来越高。

郭壁供水农田水利骨干工程是郭壁灌区北线的延伸工程，担负着沿线金村、北石店两镇20个自然村的灌溉任务。输水干管起点位于金村镇柳泉村南，与分水口对接后，向北布设，经东洼村、张庄村、赵庄村送水至杨轩村，全长8 788 m，控制灌溉面积1 835 hm2。采用重力输水管道，设计日引水能力4.5万m3，自然落差10.4 m，最大地形高差70 m，计划分三期实施，一期工程为柳泉至赵庄段DN800干管工程，设计控制灌溉面积1 112 hm2，全长4 113 m，管长4 125 m。

1.2 管材的选定

本工程为准公益项目，资金全部由省市政府投资，本着经济实用、安全可靠的原则，对PVC-M管和供水工程中广泛应用的钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管四种大口径管材进行比选。

1.2.1 备选管材特性

钢管具有良好的强度、刚度，可承受较高的内外压力，焊接接头具有良好的防止脱落性，但焊接工作需要高度熟练的技术工人且费时费力，钢管抗腐蚀性能差，内外壁均需要较高费用的防腐处理，小口径管焊接后，内面涂漆困难，内防腐得不到保证，严重影响管道寿命。据有关资料，其使用寿命一般不超过30 a。加之其施工费用昂贵，本次工程不予考虑。

球墨铸铁管具有铁的性质，钢的性能，具有与钢管媲美的抗拉强度、抗弯强度、弹性系数，内衬水泥或树脂，外喷锌涂沥青，在生产环节即可解决防腐问题，采用承插式或压兰式机械接口，具有较大的偏转角，适应性强，安装工人无需很高的专业技术，安装设备不复杂，省时省力，安装费用较低。

预应力钢筒混凝土管实质是钢板与预应力混凝土的复合管材，比一阶段、三阶段预应力管具有较好的抗渗性，管的接口采用钢制承插口，尺寸误差小，并设有橡胶止水圈，止水效果好，安装方便。但该管材购置后应尽早敷设，闲置数月时应定期喷水养护，运输安装过程中应用湿麻袋遮盖保护，定期洒水养护，以保持管材质量。且其自重大，运输吊装难度较大，安装时借转角不宜过大，DN600-1 000 mm时允许相对转角1.5°，否则承插口环相碰，在受力状态下容易产生应力腐蚀，管道损坏。

PVC-M管是给水用抗冲改性聚氯乙烯管材，质量轻（同口径单位长度约为钢管的1/5，球墨管的1/4，预应力钢筒混凝土管的1/10），耐腐蚀性能好，使用寿命长，管壁光滑流体阻力小。优越的耐冲击能力和良好的韧性，提高了安装和运输的可靠性、安全性。管的连接形式有两种，小口径管材采用专用胶粘剂粘接；大口径管材采用橡胶密封圈承插式柔性连接，安装工人无需很高的专业技术，安装方便。

1.2.2 工程实施当年经济比较

在工程实施当年价格比较中，同口径单位长度价格无论是管材费、安装费，还是二次搬运费，分别按费用由高到低排序，均为球墨铸铁管最高，预应力钢筒混凝土管次之，PVC-M管最低。

综上所述，确定本工程使用管材为PVC-M管。

2 工程设计

2.1 管径水力计算

式中：Q——输水量，本次设计输水量为4.5万m3/d；

A——管道断面面积，圆管A=πd2/4；

d——计算管径，m；

n——糙率，取n=0.009；

R——水力半径，对于圆管R=d/4，m；

J——水力坡降，J=ΔH/L0；

ΔH——管中心高差，ΔH=11.4 m；

L0——管道总长度，L0=8 827 m。

计算得出d=793 mm，初步选用d=800 mm，进行管道的沿程水头损失及总损失计算。

式中：hf——沿程水头损失，m；

L——计算长度，m；

V——流速，V=Q/A，m/s。

因本管路为长距离输水管线，因此，局部水头损失按沿程水头损失的5%考虑。

计算结果为d=800 mm时，根据各个分流口管道流量不同，计算水头损失如下表1所示。

表1 管道水头损失计算

合计总水头损失为11.41 m，不超过管道中心线高差11.46 m，满足过流要求，所以选定DN 800 mm，管道壁厚24.5mm的PVC-M管。沿程水头均小于1MPa，满足PVC-M管的承压要求。

2.2 其他设计

本灌区地质构造简单、稳定，管线埋设地层为黏土、亚黏土、亚砂土，满足地基工程地质要求。局地有扰动或为回填土，夯实处理即可，对于耐压性能好、强度高、韧性好的PVC-M管来说，都可以适应。

根据计算结果设计压力采用0.8 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa三个等级。管道为沟埋式，埋设深度考虑机耕和冻土深度，管顶应在地面线1.0～1.2 m以下，随地形铺设。管道不设支墩，基础铺设30 cm砂垫层。

为便于管道检修和正常运行，结合沿线地形条件，设控制阀阀门井2个；在管道区间最低处设排水阀7个；同时为满足管道在冲水和排空时的进排气要求以及在正常运行时随时排出管道内的少量气体，在分段地形隆起处，设排气阀7个。

在管道水平和垂直转弯处设置镇墩，另外在直线段管线上隔一定距离增设镇墩1个，镇墩采用C20混凝土，共103个。

3 工程施工

管沟开挖时，挖出的土，堆放在一侧，留出另一侧作为施工便道和料场。沟底应整理平整，不得有石块、砖块等杂物，在管沟基础夯实并铺填砂垫层后，再按设计及规范要求进行管线安装施工。

PVC-M管在搬、运、装、卸时，不得出现抛、摔、滚、拖现象，防止造成伤害。下管前检查管材是否损伤，特别是承口与插口端，如有要及时更换。

管道连接时，承插管内面与插口管管端插入部分应涂抹润滑剂，通常用洗洁精，不能用黄油或其他油类，以防腐蚀胶圈。一般情况下，插口插入方向应与水流方向一致。连接时需将管在平直状态下插入至标志线。插入阻力过大，应及时检查橡胶圈是否正常。插入工序结束应用塞尺检查橡胶圈位置的正确性。

管沟的回填一般在管道试压完成后才可进行，管道两侧回填要同时进行，防止管道产生横向移位，回填土不得有石块等杂物，且回填土指标要满足设计要求。

试压时，管线需按规范要求盖土，仅留管道接头部分不盖土，试水前需盖土的目的，主要为防止管线位移，特别是柔性接管试压时未盖土，容易造成接头脱开。

本工程的水压实验采用分段实验法，严格按规范要求进行。充水时特别注意不能过急，过急有可能造成排气不充分而产生激烈的水锤，在发生水锤的局部，有可能对管道造成损伤。

本工程通过水压试验，管道的强度和严密性均满足规范要求。

4 几点体会

1）在按照设计和规范严格控制管沟开挖、管基处理、管底垫层填筑、管道安装、高程控制及回填土质量的基础上，管道的安装效果比较理想。

2）由于PVC-M管管身比较轻，因此在管道安装好后要及时回填，防止洪水或雨水入沟使管道因承受浮力而产生“漂管”事故，造成不必要的经济损失。

3）PVC-M管属于一种新型材料管材，且较大口径管应用也不多，本次大口径PVC-M管在郭壁供水农田水利骨干工程中的应用还是比较成功的。由于PVC-M管的应用还不是太成熟，因此，仅供同类供水工程参考。