管材比选精讲.docx
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管材比选精讲
滨海新城污水管道管材比选
污水管道管材的选用应根据污水系统的布置、管道口径、工作压力、管道埋深、地质情况以及施工条件和运输条件，结合运行维护进行技术经济综合比较后确定。
管材的选用应尽可能选择技术成熟，抗腐蚀性能强的管材。
1常用管材简介
滨海新城绝大部分污水管道为重力流管道，小部分为压力流管道。
采用大开挖施工的无压重力流污水管道管材主要有普通钢筋混凝土排水管、预应力钢筋混凝土管以及PVC-U双壁波纹管、PVC-U加筋管、HDPE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管、玻璃纤维增强塑料夹砂管等埋地塑料排水管；采用顶管法施工的无压重力流污水管道管材主要有钢筋混凝土F管、钢管、玻璃纤维增强塑料夹砂管等；采用牵引法施工的无压重力流污水管道管材主要有HDPE缠绕结构壁管〔非开挖型〕、HDPE给水管等；采用大开挖的压力流污水管道管材主要有预应力钢筋混凝土管、钢管、球墨铸铁管、HDPE给水管、玻璃纤维增强塑料夹砂管等。
1.1钢筋混凝土排水管
钢筋混凝土排水管采用防水混凝土内配钢筋，经过振捣而成。
根据埋设深度、管径大小和生产工艺不同，有平口式、企口式、承插式及普通型、悬辊式、离心式、PH型、和丹麦管型。
多用于无内压或者低压输水。
其自重大、用钢量大、抗裂性较弱，内壁粗糙度系数为n=～0.014。
1.2预应力钢筋混凝土管
预应力钢筋混凝土管利用先张法、后张法对环向钢筋、纵向钢筋进行张拉，使混凝土内部产生预应力，从而提高管材承载力。
具有节约管材、抗震性好、使用寿命长等特点，根据生产工艺分为一阶段管和三阶段管。
由于震动挤压〔一阶段〕工艺制造的管道所产生的预压应力在混凝土蒸养固结过程中的应力损失达20%～30%，且不稳定,故国外大多数国家已不生产和应用。
目前，设计选材基本以管芯缠丝〔三阶段〕工艺管为主。
它多用于有压水的输送，管径范围d400-2000，承压能力为0.Mp～0.014。
管道采用承插式橡胶圈密封连接，柔性接口能较好适应软土地基。
1.3F型钢筋混凝土管
它是一种改进型钢筋混凝土管，主要用于顶管。
其钢筋的配比量比一般的钢筋混凝土管大，混凝土标号比一般的钢筋混凝土管高。
目前生产的管径范围为d600-d2200。
F型钢筋混凝土管为承插接口，接口处采用楔形橡胶圈，接口形式克服了平口管接口的缺点，接口可靠性高，整体性好。
F型钢筋混凝土管的承口用钢板卷制，镶嵌在管端；插口与管体一期浇注成型。
D1500以上口径的F管采用芯模振开工艺成型，d1350以下口径的F管采用离心工艺成型。
F管适用于曲线顶管，也适用于长距离顶管，即使在流动性砂砾土中也可使用。
1.4埋地塑料排水管
埋地塑料排水管根据材料和结构形式分，共有10余种管材，其中绍兴地区常用的有5种，分别为PVC-U双壁波纹管、PVC-U加筋管、HDPE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管、玻璃纤维增强塑料夹砂管〔RPM管〕。
PVC-U双壁波纹管
PVC-U双壁波纹管是以硬聚氯乙烯为主要原料加工生产的，管外壁为梯形或弧形波纹状肋，内外壁波纹间为中空的异型结构壁管材。
管道采用承插式橡胶圈密封连接。
根据管道环刚度可分为S1〔≥4KN/m2〕和S2〔≥8KN/m2〕2种型号。
硬聚氯乙烯管材采用挤出工艺成型时，由于受原材料加工性能的限制一般管径都在600mm范围内。
该管材主要用于大开挖施工的无压重力流污水管道工程。
该型管材生产厂家众多，但厂家良莠不齐，产品总体质量一般。
PVC-U加筋管
PVC-U加筋管是以硬聚氯乙烯为主要原料加工生产的，管外壁经环形肋加强的异型结构壁管材。
该管材具有较好的抗冲击性和抵抗外部荷载的能力〔环刚度≥8KN/m2〕。
管道采用承插式橡胶圈密封连接。
硬聚氯乙烯管材采用挤出工艺成型时，由于受原材料加工性能的限制一般管径都在600mm范围内。
该管材主要用于大开挖施工的无压重力流污水管道工程。
HDPE双壁波纹管
HDPE双壁波纹管是以高密度聚乙烯为主要原料，采用挤出工艺生产的双壁波纹管，其最大管径可达1200mm。
管道采用承插式橡胶圈密封连接或哈夫外固件连接。
根据管道环刚度可分为SN2〔≥2KN/m2〕、SN4〔≥4KN/m2〕及SN8〔≥8KN/m2〕3种型号。
该管材主要用于大开挖施工的无压重力流污水管道工程。
HDPE缠绕结构壁管
HDPE缠绕结构壁管以高密度聚乙烯为主要原料，采用缠绕工艺生产的结构壁管。
为加强管道刚性，在轴向管壁截面为双壁工字型，其最大管径可达3000mm。
管道采用热收缩套或电热熔带连接，接口施工质量检测有一定难度。
根据管道环刚度可分为SN4〔≥4KN/m2〕、SN6〔≥6KN/m2〕及SN8〔≥8KN/m2〕及非开挖型4种型号。
该管材既可用于大开挖施工的无压重力流污水管道工程，也可用于采用非开挖〔牵引法〕施工的无压重力流污水管道工程。
玻璃纤维增强塑料夹砂管〔简称RPM管〕
RPM管是以高强的玻璃钢作为内外增强层，中间以价廉的石英砂/树脂作芯层以提高管材刚度，再辅以韧性的、耐酸碱腐蚀的内衬层和满足工作环境要求的外保护层构成的复合管壁结构。
RPM管可采用离心浇铸（HOBAS管）和缠绕工艺生产管材。
采用离心浇铸工艺时，玻璃纤维采用短纤维；采用缠绕工艺时，玻璃纤维采用长纤维。
离心浇铸的RPM管最大管径可达2400mm，纤维缠绕的RPM管最大管径可达4000mm。
管道采用承插式双O型橡胶圈密封连接或法兰连接。
根据管道环刚度可分为SN5〔≥5KN/m2〕和SN10〔≥10KN/m2〕2种型号。
该管材既可用于大开挖施工的无压重力流污水管道工程，也可用于承受一定内水压力的压力管道工程。
此外，该管材还可应用于顶管工程。
以上5种埋地塑料排水管材具有水力条件好〔n=0.009～0.01〕、耐酸碱腐蚀、管道接口不易漏水、重量轻、施工方便等显著优点。
它们都是典型的柔性管，可不设刚性基础，而以碎石、黄砂代替。
因其按“管土共同作用”机理承受外压荷载作用，故回填土质要求较高〔多要求采用黄砂或碎石屑〕，回填质量要求严格。
1.5钢管
钢管是目前大口径埋地管道中运用最为广泛的管材，国内最大钢管直径可达DN4000。
钢管钢材一般采用Q235A*B碳素镇静钢。
选择采用作为污水压力管的钢管一般要求为成品管，其焊接形式有螺旋逢埋弧焊管和直缝埋弧焊管，后者适用于大于DN2000的钢管。
钢管具有极好的强度、刚度，制成的管道可承受较高的内外压力，其制作和焊接技术已相当成熟。
钢管在施工上也很方便，在地形复杂的地段，还可采用顶管技术进行施工。
但钢管管材价格较为昂贵，且钢管内外壁均需防腐处理，长距离尚需采用阴极保护法防腐。
1.6球墨铸铁管
球墨铸铁管是选用优质生铁，采用水冷金属型模离心浇注技术，并经退火处理，获得稳定均匀的金相组织，能保持较高的延伸率，故亦称可延性铸铁管。
球墨铸铁管均采用柔性接口。
连接口型式分为机械式、滑入式两种。
机械接口型式又分为N1型、X型、S型三种，滑入式接口型式为T型。
按系数K取值的不同，其标准壁厚分别为K8级、K9级、K10级、K12级。
球墨铸铁管外壁采用喷涂沥青或喷锌防腐，内壁衬水泥砂浆防腐。
由于其具有较高的抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐高压等优良性能，故被广泛运行于有压输水、输气等。
球墨铸铁管在污水领域的应用还相对较少，目前绍兴地区在排污第三通道部分管段采用了球墨铸铁管，使用效果较好。
1.7埋地高密度聚乙烯给水管道〔简称HDPE给水管〕
HDPE给水管以高密度聚乙烯为原材料，经挤出和特殊的成型工艺加工而成的新型管材，国内生产的最大管径可达1600mm。
HDPE给水管主要采用热熔连接。
HDPE给水管水力条件好、具有耐腐蚀、重量轻、施工方便等优点。
目前在污水领域主要应用于非开挖牵引施工和小口径污水压力管道中。
它是典型的柔性管，可不设刚性基础，而以碎石、黄砂代替。
因其按“管土共同作用”机理承受外压荷载作用，故回填土质要求较高〔多要求采用黄砂或碎石屑〕，回填质量要求严格。
2管材比较
2.1重力管道性能比较
无压重力流污水管道常用管材主要有普通钢筋混凝土排水管、预应力钢筋混凝土管以及PVC-U双壁波纹管、PVC-U加筋管、HDPE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管、玻璃纤维增强塑料夹砂管等埋地塑料排水管。
表-1常用污水重力管材性能比较表
序号
名称
优点
缺点
1
钢筋混凝土排水管
抗外压强度高，施工回填要求较低，管材价格较低。
自重大、运输费用高，抗裂性较弱，内壁粗糙度系数大〔〕，容易被含酸含碱的污水腐蚀。
2
预应力钢筋混凝土管
抗外压强度更高，施工回填要求较低，管材价格较低，水密性比普通钢筋混凝土排水管好。
自重大、运输费用高，内壁粗糙度系数大〔〕，容易被含酸含碱的污水腐蚀。
3
PVC-U双壁波纹管等埋地塑料排水管
水力条件好〔09〕，自重轻，安装方便，水密性好，耐腐蚀。
大口径管材价格较高，承受外压能力较差，施工回填要求高。
当无压重力流污水管道管径≤500mm的情况下，埋地塑料管在管线敷设便捷性、运输方便性、水密性和水力条件等方面均优于钢筋混凝土管，管道综合造价与钢筋混凝土管较为接近，当有工业废水排入，要求管材的耐腐蚀性较强，塑料管就明显优于钢筋混凝土管。
当无压重力流污水管道管径≥d600mm的情况下，钢筋混凝土管价格适中，而埋地塑料管的价格就相对较为昂贵。
2.2压力流管道性能比较
压力流管道可供选择的管材有预应力钢筋混凝土管、HDPE给水管、玻璃纤维增强塑料夹砂管、钢管、球墨铸铁管等。
表-2常用污水压力管材性能比较表
序号
名称
优点
缺点
1
钢管
强度好，耐高压，整体性好，单位管长重量轻，运输方便，施工难度小，基础处理简单，配件制作方便，运行时不宜发生爆管事故
耐酸腐蚀能力较差，电化学腐蚀严重,现场敷设时接头多，焊接及防腐层施工质量不易控制；温度应力较为明显；管材价格较高。
2
球墨铸铁管
耐腐蚀，抗氧化，耐高内压，采用T型柔性接口,对软土地基的适应性较好，安装方便，施工进度较快，重量轻
管道发生纵向变形时，水泥砂浆内衬易剥落；管材价格较高；
3
预应力混凝土管
抗外压强度更高，当采用承插式胶圈柔性接口时对地基适应能力较好，施工回填要求低，管材价格较低。
自重大,运输费用高,安装困难;无标准配件；余数处理困难；承插接口的加工精度较难保证；有一定管基处理要求。
4
玻璃纤维增强塑料夹砂管
结构合理，承压能力强；重量轻，施工方便；内表光滑、糙率低；耐腐蚀；管材价格比金属管廉价。
属柔性管，承受外压能力较差，在埋地后会产生一定的径向变形；施工回填要求高。
5
高密度聚乙烯给水管
化学稳定性好，耐腐蚀性能好；水利条件好，管道内壁光滑，阻力系数小，不宜结垢；相对于金属管材，密度小/材质轻；施工安装方便，维修容易；连接时采用热熔连接，可将管道连接长达数百米进行弹性敷设。
属柔性管，承受外压能力较差，在埋地后会产生一定的径向变形；施工回填要求高；管材价格高。
2.3管材价格比较
表-3常用管材价格比较表
序号
名称
管径
管材单价
〔元/米〕
综合造价
〔元/米〕
1
钢筋混凝土排水管
d500
140
720
d600
160
760
d800
280
920
d1200
560
1385
2
预应力钢筋混凝土管〔
d500
330
870
d600
360
970
d800
560
1230
d1200
900
1750
3
PVC-U双壁波纹管（S2级）
de500
170
720
de600
375
960
4
PVC-U加筋管
de500
316
860
de600
472
1020
5
HDPE双壁波纹管（SN8级）
de500
295
830
de600
425
975
de800
803
1385
de1200
1810
2485
6
HDPE缠绕结构壁管（SN8级）
de500
360
890
de600
545
1080
de800
946
1520
de1200
2294
2950
7
玻璃纤维增强塑料夹砂管（SN10级）
DN500
400
940
DN600
600
1150
DN800
1000
1590
DN1200
1600
2260
8
球墨铸铁管
DN500
900
1480
DN600
1200
1800
DN800
1850
2500
DN1200
3600
4400
9
钢管
DN500
830
1400
DN600
1200
1800
DN800
1780
2520
DN1200
3200
4050
10
高密度聚乙烯给水管
de500
800
1370
de600
1300
1950
de800
2000
2650
de1200
4300
5100
3经济管径、管材分析
管径和相应管材的选择是否合理，将直接影响工程的投资和年运行费用。
制约管径的因素主要有管材的价格、施工费用、动力费用和使用年限等。
因此经济管径及相应管材的分析需要采用动态年费用法进行分析，以确定相应流量是的经济管径和管材。
与此同时，管材的市场竞争也日趋激烈，本报告根据压力管、重力管和非开挖管道三种不同情况采用以下不同管材，但最终的管材仍需根据业主的市场询价以及经济承受能力在设计阶段确定。
滨海新城属虞北平原，为沿海软土地质，地基承载力普遍较低，一般为40～70Kpa；地下水埋藏较浅，一般埋深在～1.0m之间。
根据滨海新城的地质特点，埋地塑料管具有基础处理简单，施工进度快的优点，特别当管径D≤500mm时，其综合造价与钢筋混凝土管接近。
因此管径D≤500mm的无压重力流污水管道推荐采用埋地塑料管；根据对埋地塑料管的总体质量情况、施工便利性以及实际使用情况等方面分析，我们认为PVC-U加筋管和HDPE双壁波纹管较适合用于滨海新城的无压重力流污水管道。
而当污水管道的管径≥600mm时，埋地塑料管材的价格较为昂贵，工程建设投资相对较大。
同时塑料管属于柔性管，当回填质量得不到保证时，大口径的塑料管更易发生蠕变，容易在检查井和管道的衔接处发生渗漏。
3.1重力管
当管径D≤500mm时，可采用PVC-U加筋管或HDPE双壁波纹管〔环刚度≥8KN/m2〕；当管径D≥600mm时，可采用预应力钢筋混凝土管。
3.2压力管
当管径D≤400mm时，可选用高密度聚乙烯给水管〔HDPE给水管〕；当管径D≥500mm时，结合以往污水治理工程的经验及绍兴地区的工程地质情况，推荐选用钢管或玻璃纤维增强塑料夹砂管〔RPM管〕。
3.3非开挖施工
顶管法施工可采用F型钢筋混凝土管、钢管、玻璃纤维增强塑料夹砂管。
牵引管施工可采用HDPE给水管，由于HDPE给水管柔性较好，便于牵引拖拉施工。
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