塔城地区额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程供水管道管材设计探讨

阿不来提·阿不都热依木

（新疆水利厅农牧区水利总站，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 前言

拟建的塔城地区额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程位于额敏县玛热勒苏乡境内乡的阿克苏水库灌区，额敏县玛热勒苏乡灌区分阿克苏水库灌区和马拉苏河灌区，由于阿克苏水库调蓄能力有限，在用水高峰期，每年还需从马拉苏河调水1400万m3，并抽取地下水820万m3，使项目区地下水位下降趋势及区域生态日益恶化。目前向玛热勒苏乡阿克苏水库灌区调水的马拉苏调水干渠渠首玛拉苏河渠首已损毁，靠临时取水口引水。遇旱年时，渠道引水量极少，再加上渠道沿线建筑物受河道洪水的影响，经常出现断流，向阿克苏水库调水得不到保证，项目区抗旱应急水源日渐枯涸，且部分完全丧失抗旱应急功能。《额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程初步设计》中主要完成建设15.277 km的供水管道及管道沿线建筑物。管道是工程的主体部分，因为它在工程中需要更多的数量，占投资的很大比例，所以选择哪一种管道材料尤为重要。目前国内自压供水管道有预应力混凝土管道、钢管、铸铁管、钢筋混凝土管道、玻璃钢管、PVC-U管道、薄壁铝合金管道、PE管道、预应力钢管等。薄壁铝合金管和斜管主要用于地面移动支管，其他类型的管材使用在地埋式输水管道上。

1 概况

额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程供水水源为额敏县境内的马拉苏河的玛热勒苏水库水。玛热勒苏水库距离额敏县县城约34 km，距离玛热勒苏乡政府约15 km。在规划中，该水库被列为远期控制性骨干工程，工程规模为中型。

额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程设计引水流量0.83 m3/s，根据《水利水电等级划分及洪水标准》SL225—2000与《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99规定，本工程为小⑴型，主、次及临时建筑物等级均为5级，建筑物设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇。

《额敏县玛热勒苏乡抗旱应急水源连通工程初步设计》中主要完成建设15.28 km的供水管道及管道沿线建筑物、供水管道设计管径1.0 MPa、DN700玻璃夹沙管1.53 km，管道沿线建筑物有减压阀井3座，检修闸阀井6座，镇墩36座，排水井6座，排气井17座，管道沿线的防洪堤300 m（0＋400～0＋700管段），过洪建筑物3座，管线过道路、过渠道、过管道交叉建筑15座，管理房1座。

2 供水管道管材选择

经过对预应力砼管、球墨铸铁管、钢管、玻璃钢管、PVC-U管和PCCP管等不同管材比较分析，建议大、中型输水管（DN＞400 mm）应以玻璃钢管为主，小口径管道（DN≤400 mm）以PVC-U管为主。

分析如下：

预应力砼管承压能力一般，一般在0.4 MPa～1.2 MPa，砼管的抗腐蚀性能力差，且重量大，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[1]。

球墨铸铁管作为骨干水管使用时，在综合成本（管道、安装、土建等）方面，比其他直径相同的管道，特别是玻璃钢管要高，而它们的重量是玻璃钢管的十倍以上。每根管子的长度都比玻璃管子短。优点是工作可靠，使用寿命长，约60年～70年。长期使用后，其粗糙度会随运行时间的增加而增加。增加头部损失，影响过度流动。

钢管的承压较高，通常为1.5 MPa～4.0 MPa。与铸铁管相比，管段较长，承受较大的压力和较强的抗震能力。但容易腐蚀，寿命约30年。铺设时应在土层中保护好。其综合成本也高于玻璃钢管，内部腐蚀处理难度较大。与玻璃钢管相比，仍有粗糙的管壁和水头。损失巨大，生命短暂。重量大的缺点，此外，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。

大口径的PCCP管的压缩容量为0.4 MPa～2 MPa，使用寿命长（通常为75年），钢大且无变形。抗压能力强，适合深埋和山坡敷设。防震性能好，耐磨性好，还具有钢管防渗、抗拉的优点。PCCP管的重量很大。同样的直径比玻璃钢管重好几倍。运输和设施都很不方便。同时，还需要专门的专业设备和安装小组。一旦安装完竣工验收后，安全性较高，维护量很小，管径没有变形。

在同样的流量和损耗的情况下，玻璃钢管的直径比预应力混凝土钢管和PCCP钢管减少一至两级，比钢管和球墨铸铁管少1/10。玻璃钢管内壁光滑，摩擦系数小（0.861×105），头部损耗小；玻璃钢具有较强的耐腐蚀和阻塞性，不耐腐蚀，重量轻，可塑性强，运输和安装方便，易于掌握安装技术，技术上可行；耐热性与抗冻性好，在-40℃～80℃范围内可长期使用50年，维修简单；管材来源广，新疆已能生产从0.6 MPa～2.5 MPa多种规格的玻璃钢管，选择范围较广[2]。缺点是玻璃钢管抗外压能力和耐震性能较差，施工安装时对管沟和垫层处理需作较严格的要求。

由于球墨铁管的价格高于其他管材，上述各种材料的管材对农业工程没有价格优势。由于预应力混凝土管道的内压阻力差，不适合工程地区高压工作条件。因此，从技术性能、工程造价和适应性等方面，重点研究了多管径＞400 mm玻璃管和电控管在新疆供水管道中的应用。

3 玻璃钢管和PCCP管的比选

3.1 技术性能

3.1.1 耐压

玻璃钢管在0.4 MPa～2.5 MPa的范围内可以承受内压，承受外压的能力略差。如果要加强承受内外压力的能力，就必须增加管壁的厚度，加强回填土的处理；所述的PCCP管可承受0.4 MPa～2.0 MPa的内部压力，并具有较强的承受外部压力的能力。同时，它也能承受一定的负压。

3.1.2 液压特性

玻璃钢管的内表面光滑，摩阻系数小，长期使用无缩放。如果给泵加压，可以大大降低泵的传输力，产生节能效益。PCCP管的粗糙度比玻璃钢管大。在要求输出压力和流量的前提下，PCCP管的直径比玻璃钢管增加1～2级。

3.2 施工安装和运行维护

玻璃钢管重量轻，运输、升降比较方便，也可以根据用户的需要增加或减少单管长度。安装frp管道需要更高的土壤要求。一般来说，不适宜有土块、石块等，基本处理成本较高。对回填土和回填质量的要求也很高。例如，操作不当容易造成管道变形，降低耐压性能。由于玻璃钢管的环向和轴向热膨胀特性不一样，铺设时对温度要求相对较高。由于玻璃钢管承受外荷承和抗震性能较弱，在运行管理中也应注意。

3.3 对项目区自然条件和项目工作条件的适应性

3.3.1 项目区自然条件

项目区多数管道段沿线地下水埋深较深，管道无地下水影响。从地质剖面图上看，多数管道位于细粒土砾区，表层沉积有0.3 m～1.0 m厚的粉质壤土夹有少量砂砾石，以下为砂卵石、砂砾石，厚度大于10 m，其中2～4 cm、1～2 cm左右含量占70%～80%左右，其他为粉细砂，粗砂。2 m深度细粒土砾层地基承载力标准值 fk＝300 kPa～500 kPa[3]。

3.3.2 项目工作条件

本项目为自压供水，供水管压力差248.04 m，管网系统的设计中需采用降压措施。

从自然条件方面看，玻璃钢管由于自重轻、有较强的抗腐蚀性，对细粒土砾区，其管道基础需加铺砂垫层，以保护管道不受损坏，对回填土也有一定质量要求，回填土需筛分或外运。PCCP管由于自重较大、能承受较大的外压、对回填土没有特殊要求，适应性较好[4]。从本项目的工作条件方面看，PCCP管具有较好的适应性。

3.4 综合造价的比较

由于两种管材的造价均较高，综合造价以每米的单价、运输安装费用进行比较，其中运输费以昌吉原厂拉运进行计算。见表1。

表1 供水管道相同流量和压力条件下玻璃钢管与PCCP管经济比较

由表1分析可以看出，在相同流量情况下，PCCP管综合造价较高，且管径越小与玻璃钢管相差越大，玻璃钢管综合单价明显低，因此玻璃钢管经济。

4 结论

玻璃钢管与PCCP管是现在大口径有压供水的两种常用管道，各类管材从性能、投资、运行、运输、安全、安装、维护等多方面各有千秋。在本阶段，根据以上综合对比，供水管道采用玻璃钢做为控制投资和经济评价依据。