塑料管在市政排水工程中的可行性应用研究

郭鹏

(太原市市政工程设计研究院，山西太原030002)

0 引言

水是人类维系生命的基本物质。然而，近年来随着人口的膨胀、经济的发展以及城市化进程的不断加快，水资源及水环境污染日益加剧。根据自然界中的水处于不断的循环运动之中的原理可知，人类产生的生活污水和工业废水最终是要排入自然水体的，其二者是形成水污染的主要根源。因此，为了降低人类生产、生活废水对自然水体的污染及影响，在排入自然水体前，对废水进行无害化处理的研究意义重大。现阶段，市政排水工程中的排水管网系统对废水的处理是排除人类生产、生活中各种废水的主要手段。排水管网系统一般由废水收集系统、排水管网等组成，其中管网投资占总投资的比例较大，而且管网管材质量的好坏是影响废水收集、处理与排放的主要因素。同时，据研究和报道显示，根据不同管材使用的特定条件，开发和使用无渗漏、使用寿命长的排水管已被广泛关注。为此，本文主要选取具有阻力小、耐腐蚀和施工安装方便等优点的塑料管在市政排水工程中的可行性应用进行研究。

1 塑料管及其特点与应用

塑料管是以合成树脂(聚酯)为原料，以“塑”的方法在制管机内经挤压加工而成。塑料管具有重量轻、阻力小、耐腐蚀和施工安装方便等优点。塑料管一般分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。目前，在管道排水工程中得到了广泛应用的常用塑料管管材属于热塑性塑料管，主要有普通聚氯乙烯管、聚乙(丙)烯管、双壁波纹管等。

市政排水工程中的管网系统一般埋于地下，以达到不影响交通和减缓老化速度的双重目的。按材质，塑料埋地排水管可分为硬聚氯乙烯、聚乙烯和玻璃钢夹砂管，其中，前两类在我国市政室外排水管道中应用较多，尤其硬聚氯乙烯(UPVC)管因在地埋下使用寿命均不小于20年，并能适应一定的不均匀沉陷而被广泛应用[1]。

2 塑料管和混凝土管物理性能比较

混凝土管有预(自)应力钢筋混凝土管、素混凝土管等，其中，预应力、自应力钢筋混凝土管具有良好的耐久性和抗渗性，素混凝土管的主要特点是价格低廉。混凝土管共同优点是耐腐蚀、使用寿命长，性能的主要特点是强度较大，但存在性脆易断、管壁厚、重量大、运输安装不便等缺陷。

一般埋地管分为柔性和刚性管道，柔性管道起码能变形2%而结构无损，其设计则需要考虑管刚度能否抵抗变形或压曲；刚性管质变性会引起结构性破坏，其设计中管壁强度是承载能力的关键条件。塑料管属于柔性管道，混凝土管属于刚性管道。柔性管(塑料管)和刚性管(混凝土)管物理性能比较如下。

2.1 强度和刚度

混凝土管和塑料管承受负载荷的机理不同。一般在同样外压载荷作用下，混凝土管在受外压破坏之前不可能产生较大变形，因此管壁的弯矩和应力急剧加大，故混凝土管常常需要增加钢筋，以增加其承受外载荷的能力，其强度和刚度相对较大。反之，塑料管在受压破坏之前，可以产生较大的变形，因此管壁内的应力较小，不需和刚性混凝土管一样的强度和刚度，便可以达到使用要求，其强度和刚度相对较小。

2.2 水力特性比较

塑料管的内壁粗糙系数为0.01，而混凝土管为0.014，塑料管内壁光滑而混凝土管内壁相对粗糙，因此塑料管的水力特性比混凝土管要好[2]。且实践证明，由于在输送液体时塑料管比摩阻更小，因此在相同坡度时，在达到要求的流量的前提下，塑料埋地排水管直径更小，可以减少铺设工程费。换言之，在相同管径下，塑料管可以在更小的坡度下达到要求的流量。

2.3 密封性

混凝土排水管在保证密封性方面是比较难的。据了解，国内大多数混凝土排水管接头使用的是刚性连接的平接口，如因土壤不均匀沉降导致的移动弱，极易导致连接处渗漏。相对而言，塑料管的接头采用柔性连接，抗不均匀沉降性强及能适应较大角度变位，可有效消除不均匀沉降对管道接口的不利影响，因此，塑料管密封性能比混凝土管更可靠。

2.4 耐腐蚀、耐磨损性、使用寿命

埋地排水管输送的雨水、生活污水尤其工业废水常常有腐蚀性，但是塑料埋地排水管因其是采用高科技现代合成树脂为原料，并加入稳定剂、润滑剂、增塑剂等，因此其耐腐蚀性远胜于混凝土管。同时，根据不同管材的磨耗试验结果显示，塑料管的耐磨损性能远比钢筋混凝土管要好。塑料管因具有更好耐腐蚀性、耐磨性，因此其比传统混凝土管具有更长的使用寿命，正常情况下使用寿命一般可达30年～50年(传统混凝土管使用寿命一般最多仅为10年～20年)。

3 塑料管与混凝土管的综合技术经济比较

3.1 工程造价影响分析

工程造价影响分为施工前、中、后的影响[3]。1)施工前影响主要有运输成本和管材价格。对于运输成本来说，混凝土管自重大，运输成本也大，反之，塑料管运输成本很低。对于管材价格而言，塑料排水管材的价格一般要高于混凝土管，尤其大口径塑料管材价格更高。2)施工中的影响主要有开挖土石方量、基础的支出、下管的费用、接口造价等，因塑料管具有重量轻、长度大(接头少)，对于沟槽和基础的要求低，连接方便，施工快捷等优点，因此满足同等要求下，塑料管施工中造价更低。3)对于排水管施工后的维护来说，塑料管因使用寿命长、水力条件好、埋深较浅等优点，因此从动态成本分析来说，塑料管的造价也会相应的降低。

3.2 其他造价影响分析

1)在管径、埋深、土壤类别相同的条件下，塑料管的造价更高，而且随着管径的增大，塑料管的造价增长的更快。2)在一定相同流量条件下，塑料管的造价相对较低。3)与混凝土管管道基础造价相比，塑料管管道基础用细砂石垫底即可，操作简单，不需养护，其造价更低。4)相同管径的塑料管与混凝土管比较，开挖、回填的土石方量更少，造价更低。5)混凝土管的接口一般为水泥砂浆抹带刚性接口，易渗漏，且造价较高，而塑料管为柔性接口，造价低，抗渗漏强，且不需养护。6)在机械设备的使用方面，由于混凝土管比较重，故机械设备的使用费用较高。7)由于混凝土管要做基础及其养护，因此工期也比塑料管长得多，也大大增加管道综合造价成本。

通过综合分析可知，对于小管径来说，使用塑料管综合造价较低；反之，使用混凝土管综合造价较低。但是，在一定相同流量条件下，塑料管的造价相对较低，所以在较大不是特大管径的管材选用中，塑料管依然有综合造价优势。

4 塑料管在市政排水工程中的可行性应用研究

4.1 物理化学条件较优

由前文可知，塑料管具有环刚度较低、耐腐蚀性强、耐久性久、使用寿命较长、重量较轻等物理化学优势，可以满足市政排水工程排水管网系统对排水管质量等的要求，因此可以应用于市政排水工程的排水管。

4.2 水力条件较优

相比于传统混凝土管材，塑料管具有内壁光滑，水流阻力小，不易结垢等优势，所以在等流量下塑料管管径要小，且水流速度要大，因此塑料管可以完全满足市政排水工程排水管网系统对排水管水力条件的要求，故可以应用于市政排水工程的排水管。

4.3 施工安装条件较优

塑料管具有重量轻，开挖、填埋土石方量小，用料省，不需养护，对于沟槽和基础的要求低，连接方便，施工快捷，同时在管材接口密封方面连接比较可靠等优势，可以满足市政排水工程排水管网系统对排水管施工安装条件的要求，故可以应用于市政排水工程的排水管。

4.4 综合造价较低

相比于传统的混凝土排水管而言，塑料管人工、机械费较低，小口径时材料费也较低，可以满足市政排水工程排水管网系统对排水管综合造价的要求，故可以应用于市政排水工程的排水管。

4.5 基于层次分析法的塑料管综合评估

“层次分析法”是将与决策总是有关的元素分解成多个层次，进而进行定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法。设综合比较以I表示，由塑料管与混凝土管不同管径下的I值比较分析可知，当管径比较小(≤500 mm)时，塑料管综合造价较小，当管径比较大(>500 mm)时，塑料管综合造价要大[4]。

5 结论与展望

通过对目前塑料管及混凝土管的物理力学性能、水力条件、施工安装条件及综合造价等进行比较，得出塑料管道在各方面均具有优越性，可以满足市政排水工程排水管网系统对排水管质量、水力条件、施工安装条件、综合造价等要求，可以应用于市政排水工程的排水管。值得注意的是，通过基于层次分析法的塑料管综合评估可知，当管径比较小(≤500 mm)时，塑料管可以在市政工程排水管网系统中代替混凝土管，而当管径比较大(>500 mm)时，填用塑料管代替混凝土管。然而随着塑料管业技术的提高及价格的下降，在未来的市政排水系统中，塑料管材完全代替混凝土管材还是有很大优越性的。