供水工程管材选择分析

梁新平

摘要：在长距离供水工程中，管材所占投资比例约为45-60%，且对供水工程效益发挥影响巨大，因此，在选择合理的管道材料非常重要，本次对预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管、钢管、球墨铸铁管、PE管、PVC-UH的优缺点进行比选分析，为类似工程提供参考和工程借鉴。

关键词：供水工程;管材;比选;建议

1管材性能

目前在长距离中小管径的管道输水工程中，应用较多为预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管、钢管、球墨铸铁管、PE管、PVC-UH等。参考已建工程管材比选的特点以及各种管材应用情况，本次对上述六种管材方案进行介绍。

1.1预应力钢筒混凝土管（PCCP）

PCCP管是一种钢筒与混凝土制作的复合管，管芯为混凝土，在其外壁或中部埋入钢筒，在管芯上环向缠绕预应力高强钢丝，并在其外部喷水泥砂浆保护层。

PCCP管为复合结构，管材在工作状态下，由管芯中（处）的薄钢筒承担管材的抗渗和一定程度的纵向抗拉功能，由缠在管芯外的预应力钢丝和管芯混凝土承受管材的内部水压和外部土荷载及其它动静荷载，通过保护层砂浆保证预应力钢丝免遭侵蚀，因此PCCP管结合了钢管和普通预应力混凝土管的优点，充分发挥混凝土抗压、钢丝抗拉、钢筒抗渗等性能，其承受内外压的能力均较高，刚性管壁和粗糙外表面使之有很好的耐久性。

1.2玻璃钢管（FRP）

玻璃钢管是由合成树脂和玻璃纤维复合制成的一种管材，目前市场上主要的玻璃钢管产品有三类，分别是纤维缠绕纯玻璃钢管、纤维缠绕夹砂玻璃钢管和离心浇铸夹砂玻璃钢管。

玻璃钢管的优点是重量轻，有利于施工安装，纤维缠绕玻璃钢管单根管道长度可达到12m，可减少接头数量，降低施工费用，加快施工进度。

1.3钢管（SP）

目前一般对于大口径、承高压的输水工程可采用螺旋缝埋弧焊钢管。承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，用双面埋弧焊法焊接，钢管承压能力强，焊接性能好，经过各种严格的科学检验和测试，使用安全可靠。钢管根据防腐材料可分为涂塑钢管和3PE钢管两种。

1.4球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁管是使用18号以上的铸造铁水经添加球化剂后，经过离心球墨铸铁机高速离心铸造成的管道。球墨铸铁管是目前给水管中应用较多的管材，球墨铸铁管的优点是强度高，使用年代长，安全性高，管道承受压力较高，采用橡胶圈接口，柔性较好，对地基适应性较强，耐腐蚀性强，富有强韧性，耐冲击强度大。

1.5PE管

PE管是用聚乙烯树脂为主要原料，经挤出成型的一种给水管材。优点是耐腐蚀性好，埋地施工无需内外防腐;密封性良好，采用电热熔连接，管材与管件溶为一体，接头较为可靠;无毒，安全卫生;属于柔性管材，对地基的适应性较好;耐磨，耐久性等指标均较高。

1.6PVC-UH管

高性能硬聚氯乙烯管（PVC-UH）采用最小要求强度（MRS）大于或等于25Mpa的聚氯乙烯（PVC）混配料为原料，经挤出成型，并具有一体成型的钢骨架密封圈承口结构的管材。给水用PVC-UH管采用独特的绿色环保无铅配方体系，因而不会破坏水质，衛生无毒，具有良好的卫生性能;强度高，耐腐蚀，PVC-UH管材规定了混配料的定级要求为MRS≥25MPa。

2管材比选

2.1水力学条件分析

主要分析其过水能力情况，以海澄威廉系数作为依据，该值越大，管道越光滑，过流能力越强。玻璃钢管、PE管、PVC-UH管内壁最光滑，为140-150;涂料内衬的钢管内壁为环氧树脂，系数为130-140。球墨铸铁管内壁为水泥砂浆，系数为120-130，PCCP管系数为110-130。因此在同等管径的情况下，玻璃钢管、PE管、PVC-UH管的过流能力最强，涂料内衬钢管的过流能力较强，水泥砂浆内衬的球墨铸铁管稍低。

2.2抗压方面

PCCP管、玻璃钢管最大为1.6MPa;PE、PVC-UH管最大为2.5MPa，球墨铸铁管最大为4.0MPa，钢管可以满足10.0MPa。对于承受外压能力方面，球墨铸铁管最大，PCCP管、钢管相对较大，玻璃钢管和PE管相对最弱。

2.3地基适应性及回填要求

六种管材的标准直管最大容许转角均为1°，对管基的要求相对较高，主管区回填材料的最大粒径PCCP管、钢管及球墨铸铁管为40mm以下，玻璃钢管、PE管及PVC-UH管为20mm以下。

2.4抗腐蚀性方面

钢管、球墨铸铁管及PCCP管均受地下水及场地土的腐蚀性影响，均需采取一定的防腐措施，其中对PCCP管，要求管道外壁的砂浆保护层采用抗硫酸盐水泥，并增设加强级环氧煤沥青防腐措施;对于钢管，管道内外均需考虑防腐，内壁采用常温型环氧涂料或热固性环氧树脂、外壁采用涂塑或3PE防腐层，其中3PE外防腐层的结构是热固性环氧树脂（防腐）+PE外保护层（防磕碰），涂塑外防腐层的结构为PE（防腐与防磕碰合一）;球墨铸铁管管道内壁采用水泥砂浆内衬防腐，外壁采用喷锌+环氧煤沥青防腐层+聚乙烯套防腐。PE管、PVC-UH管和玻璃钢管在抗腐蚀性方面性能突出，管材本身所用材质已具备耐腐蚀能力，因此不需要额外增加防腐措施。

2.5施工方面

PCCP管吊装重量最大，装卸和搬运相对困难，采用承插接头，单节管长5m或6m，接头数量相对较多。球墨铸铁管吊装重量最大，装卸和搬运相对困难，采用承插接头，单节管长5m或6m，接头数量相对较多;钢管吊装重量较大，采用焊接接头，单节管长12m，接头数量少，接头为现场焊接，现场的工作量较大，施工速度相对最慢，并且施工现场焊接需要有电源，并保证工作坑内无积水，涌水地点施工困难。PE管重量也较轻，采用承插接头，单节管长12m，最大可做到18m，接头数量少，热熔连接施工速度快。玻璃钢管吊装重量最轻，采用承插接头，纤维缠绕管单节管长12m，接头数量少，施工速度快。

2.6维修和配件方面

长距离输水管线在运行过程中，一旦发生爆管、漏水等事故时，钢管可切割，可焊接，可加工各类异型管件，维修最为便利;球墨铸铁管的切割性和可焊性都不好，一般也只能整体更换，维修不便;玻璃钢管可通过现场缠绕玻璃纤维的方式进行修补，但缠绕的可靠性不如焊接，维修较便利;PE管可通过换管热熔或现场箍哈夫节的方式进行维修，维修较便利。配件方面，钢管采用钢制管件，球墨铸铁管的管件较为丰富，但弯头为定型角度，实际放线角度不可能都为定型角度，因此会采用部分钢制管件;玻璃钢管的管件由于是手工糊制，可靠性和稳定性不高，一般都采用钢制管件。

3结论

管材选择时宜依据管道沿线地形、地质条件、最大使用压力、工程造价及供货条件进行综合比选，确定推荐管材。建议PCCP适用于1.6MPa以内，管径在DN1400-DN3000，沿线底层岩性为卵砾石、且无地下水的地段。玻璃钢管适用于1.0MPa以内，沿线地层岩性为粉土、粘土或砂土的地段。PE管及PVC-UH管，适用于1.6MPa以内，管径不大于DN400的地段。球墨铸铁管、钢管适用范围较广。

参考文献

[1]蒋新贵.浅谈供水工程中管材比选.工程技术[J].2017（9）：40-42

[2]王鹏程.供水工程管材比选探析.甘肃水利水电技术[J].2013（2）：50-52.