钢波纹管取代现有输水管材的应用探讨

凌培柱 马 骋

一、概述

我国是一个水资源相对匮乏的国家，许多城市严重缺水，为了满足日益增长的工业、农业、生活用水等需求，许多城市都面临着调水、输水的强烈需求，目前市场上常用的预制混凝土管、PCCP预应力钢管、球墨铸铁钢管是常用的输水管道，但是上述材料都有不同程度的严重缺陷，管道爆裂事故经常发生，为了解决这类问题，本文对钢波纹管作为输水管道应用进行分析和比较，以供参考。

二、现有工程技术应用对比分析

1.钢筋混凝土管道构造及存在的问题

预制钢筋混凝土管道主要包括基础、钢筋混凝土管、对接处理等。每节钢筋混凝土管长度受限，每节钢筋混凝土管，如：直径1.0m，长度2.0m，壁厚100mm，则自重为 1.7t，对运输、安装都造成不便。钢筋混凝土管受到生产和自重的限制，故现场要进行对接处理，以避免渗漏。

该管道在施工中出现的问题主要有：一是基础混凝土基座水泥标号达不到；二是施工效率低，一个班组五、六个工人，平均每天施工10m内，而且受天气的影响很大；三是质量无法保证，钢筋混凝土管的水泥接头处理、回填土的密实等；四是人工占用比例大，占投资的40%以上，无法高效的机械施工。钢筋混凝土管道的不均匀沉降后受水的压力作用，管道爆裂，影响供水。

2.PCCP预应力钢管构造及存在的问题

PCCP管构造复杂，自重大，运输困难，安装不方便。PCCP的薄壁钢管外壁缠绕钢丝，再在钢丝外面喷涂水泥砂浆，之后再在水泥砂浆外面做防腐防静电处理，内壁做防腐处理。该产品主要受力元素是高强度钢丝，钢丝直径通常5～7mm，设计要求钢丝要紧紧缠绕混凝土管芯，钢丝要拉紧到应力达到极限强度75%才是合格的；一旦砂浆防腐层有缺陷，钢丝就被腐蚀，因为钢丝直径仅5～7mm，承受应力大，腐蚀发生后很快就进入钢丝断裂、管身爆裂。

钢丝、水泥砂浆二种材料热工特性差异大，砂浆层出现裂缝是自然的，设计标准允许小裂缝存在，允许小裂缝和有害裂缝分界线认定难度大，就对有害裂缝开了通行口子；PCCP重量很大，运输吊装中的轻微碰擦，都可以对砂浆层损伤，使小缝转为有害裂缝；埋设条件诸多不同制作条件因子，如外压、土壤中的侵害成分，也都可以使小裂转为有害裂缝。当有害裂缝受到腐蚀气、液体侵蚀，很快造成钢丝锈蚀断裂，受到水压及外部荷载压力共同作用，发生管身爆裂事故是很正常的。

3.球墨铸铁管的构造

球墨铸铁管是半钢性半柔性的钢管，管壁厚，自重大，价格高，运输成本高，运输不便，施工速度慢等特点。

4.钢波纹管应用输水管道构造

钢波纹管输水管道是用波纹状板通过高强止水螺栓连接、专用波纹间紧密结合的止水橡胶、防止不均匀沉降的伸缩装置拼装形成的一种管道的形式，作为替代钢筋混凝土管、PCCP钢管、球墨铸铁钢管的优质建材。管径范围为Φ0.5～8.0m，管壁厚度为1.5～12.0mm，能够满足填土0.5～40.0m厚的需要。

（1）钢波纹管优点

钢波纹管自重较轻，如：直径2.5m，长度1.0m，管壁厚度4.5mm，自重为0.45t，还没有1m直径钢筋混凝土管的1/3重量，现场拼接，便于运输和安装。对地基基础要求不高，适应变形能力强，适应各种土、砂砾土基础，处理简单，清除硬物后压实即可作为基础使用，非常适宜农田的软土地基。

（2）施工方便，工序简单

一般性土质地基：如承载能力不高，清除表面后，需铺设100～300mm砂砾垫层。若将管底基槽原状土经严格夯实以后（压实度达96%以上），也可直接将钢波纹管置于该地基上。特殊地基：当处于软土地基上时，需进行处理，然后在其上铺设一层大于200mm厚的优质砂砾垫层，紧密夯实。

由于钢波纹管现场主要为现场拼接、土方开挖和回填作业，钢波纹管中心标高以下，应采用砂砾回填，标高以上采用现场可利用土即可，用压实机具压实。一台挖掘机配合两组工人的班组，每天能完成50m以上的拼接安装工作。施工速度是其他管道施工的3倍以上，非常适合不利天气下的工期要求。

（3）防腐

钢波纹管在出厂时，已经经过热浸镀锌，镀锌量要求大于600g/m2，平均厚度不小于84μm，使用年限大于50年。如果对水质、环境较使用寿命要求高的情况下，可采用内外加涂船用环氧无毒害油漆一道，或外壁喷涂环氧煤沥青，内壁加喷环氧无毒害油漆一遍，以加强防腐蚀作用，使用寿命可达到75～100年。

（4）应用实例

2017年12月，安徽淮源水利设计院为“亳州市十八里泵站到花海大世界七百米输水管线”应用钢波纹管道。此次应用，设计方反复调研全国大量的钢波纹管生产商、专业止水螺栓、止水材料生产商、防止不均匀沉降的伸缩节的应用，开创了钢波纹管应用到输水管道上的先例，为全国走出了一条创新模式。该项目采用直接2.5m，管壁厚4.5mm，设计流量 6m3/s，设计压力1.5MPa，平均覆土厚度2m，穿越涡河河堤，穿越311国道亳州十八里镇路段。该项目从涡河提防附近的淤泥地段到500m的原状庄稼地、311国道硬性土，通过此次对各种土的复杂地适应考验，证明钢波纹管作为输水管线是值得推广和应用的。

钢波纹管输水管道采用柔性、高强度的钢波纹板拼接现场而成，不仅具有适应地基与基础变形的能力，可以解决因地基基础不均匀沉降导致的管道破坏问题，而且钢波纹管道由于加装了一种伸缩装置，使得轴向和径向都能满足各种变形受力扭变，轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变，可以更大程度上分散荷载的应力集中，更好地发挥钢结构优势，具有比钢筋混凝土管更高的承载力。

（5）造价

DN2000以上的大直径钢波纹解决了预制混凝土管做不到大直径的问题，如果和DN2000的混凝土管相比价格稍高，和同尺寸的PCCP预应力钢管相比价格比其低，运输费用低，不存在超高超宽运输问题，施工基坑作业面窄，土方开挖和回填工程量小很多，施工速度快。和球墨铸铁管相比价格只是球墨铸铁管的80%，解决了球墨铸铁管做不了特大尺寸的弊端，提高了施工速度，确保了施工质量，减少了对环境的影响，延长了使用寿命，综合效益明显。

三、推广的意义和作用

早在青藏铁路修建之初，因要在冻融土上修建大直径跨度的过路涵，混凝土桥不适应这种变化很大的不均匀沉降，所以第一次将钢波纹管引进应用到铁路行业，之后的十几年内被推广到公路、铁路上大量应用。钢波纹管输水管道如能应用于农田水利上，将逐步带动其他水利项目的应用和推广，对水利行业在新材料、新技术应用推广方面将是革命性、里程碑式的突破，也将为水利行业的改革创新迈出坚实的一步■