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城市排水管網管材設計選型分析

時間:2019-06-25 13:46

來源:《工程管理前沿》

作者:程鵬飛

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隨著習近平總書記“兩山論”的深入人心和各地對“生態優先 綠色發展”理念貫徹落實,城市污水管網建設項目日益增多。當前市場排水管材種類很多且差異較大,所以如何制定出滿足項目需求、適應當地環境,且能更好平衡各相關方利益訴求的管材選型方案,是保證項目順利實施的關鍵。文章擬對管材設計選型各影響因素進行分析,以期為同類型項目管材設計提供借鑒意義。

在國家工業化過程中,城市化進程得到了急速發展。2018年統計數據顯示,人口超過千萬的城市達13個,人口超過600萬的城市達59個。目前城市老舊管網病害嚴重,人口集聚也給水生態環境帶來巨大壓力,現亟需對雨污管網進行治理,解決城市黑臭水體頑疾。而排水管道種類很多,且新型管道還再出現。所以城市排水管網設計選型時,如何選擇最優管材方案,對保障項目順利實施具有重要意義。

一、排水管道分類及常見管道類型

排水管道按材質分可分為金屬類、非金屬類;

金屬類排水管分為黑色金屬和有色金屬管道,常見有鍍鋅鐵管、鑄鐵管、不銹鋼管等。

非金屬類管道分為有機型和無機型,混凝土管是常見的無機非金屬管道,有機非金屬管道主要有塑料管道、玻璃鋼管道、橡膠管道、復合材料管道等。

目前城市排水管網主要使用鋼筋混凝土管和HDPE管(高密度聚乙烯管),HDPE管又分很多種類。下文通過對鋼筋混凝土管和HDPE管性能特點進行分析,綜合考慮項目相關方利益訴求和市場、環境因素,總結管材設計選型原則,以期為同類型項目提供參考價值。

二、鋼筋混凝土管與HDPE管性能特點

(一)優缺點簡述

1、鋼筋混凝土管

優點:強度高、剛度大、承載能力強,安全系數高,制造成本低、就地取材。

缺點:生產效率低,內壁粗糙,安裝效率低、接頭多、密封性差,運輸困難、接口易破損,受環保檢查影響,價格及供應保障能力不穩定。

2、HDPE塑料管道

優點:重量輕、韌性好、抗震性能好,水力特性好,抗腐蝕能力強、壽命長,生產安裝效率高、密封性好。

缺點:成本高、市場混亂,種類多、質量參差不齊。

(二)鋼筋混凝土管與HDPE管道主要性能特點比較

1、水力特性

HDPE管內壁光滑,粗糙率為0.009~0.01,鋼筋混凝土管粗糙率為0.013~0.014,實驗證明,同樣坡度下HDPE管排水能力較混凝土管高20%-40%,通過下表得知,直徑越小,HDPE管水力特性優勢相較于混凝土管越明顯。同時混凝土管通水后,內壁易出現長草、積淤現象,有礙正常排水。所以管徑較小的情況下,應避免使用鋼筋混凝土管。我公司西南地區A市排水管網設計中,600mm及以下管道全部使用HDPE管道。

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2、連接方式及密封性

混凝土管常采用橡膠圈密封連接。但因管道表面粗糙,密封性較差。其次,混凝土管重量大,安裝較困難,易造成橡膠圈卷曲、撕裂、擠出等情況。另外,鋼筋混凝土管每根2m-2.5m(塑料管通常每根6m),接頭數量是塑料管道的2.4-3倍,故接頭密封失效概率也更高。所以在抗滲要求高、安裝條件復雜的工況下,盡量不選取鋼筋混凝土管。

3、使用壽命

生活污水和雨水有一定腐蝕性,在60℃內HDPE管材對酸堿都具有很好的抗腐蝕性,而混凝土管的耐腐蝕性相對較弱,長期處于酸性環境時,容易變酥變脆,直至管道破壞。根據我公司西南地區A市項目管網普查情況,混凝土管的壽命一般為15年至20年, 而根據歐美早期使用結果,HDPE管材使用壽命可達50年,優勢明顯。

4、管道鋪設

HDPE管重量輕,安裝過程對吊裝機械依賴程度低,例如:6米DN600型HDPE管重量約120kg,2-3人即可配合安裝,方便省力。其次HDPE管通常每根6m廠,鋼筋混凝土管每根2-2.5m,安裝接頭少、安裝效率高。所以在工期緊張或作業面狹窄條件下,應優先選擇HDPE管。

5、經濟性分析

通過市場調查,HDPE管出廠單價約是鋼筋混凝土管的1.5倍-3倍,但前者使用壽命卻是后者的2-3倍,前者雖然一次性投入較多,但長遠看成本并不高。而且混凝土管道生產廠家通常在城市周邊,運輸成本也較HDPE管更低,尤其大管徑管道,混凝土管性價比更優。

6、力學性能

鋼筋混凝土管最大的優勢是整體性好、剛度大,承載能力高,在城市主干道管網中占有絕對優勢。HDPE管材抗壓能較力差,管徑較小的情況下,管道與土壤可形成一定的管土共同抗壓能力,而隨著管徑增加,單位截面承載變大,HDPE管易出現變形塌陷等情況。

綜合對比看HDPE管各優勢明顯,但如果設計管徑大或管道位于主干道下,鋼筋混凝土管優勢仍十分明顯。例如:我公司在西南地區A市排水管網設計中,綜合考慮各項因素后,最終確定800mm及以上規格的管道采用鋼筋混凝土管,其余采用HDPE塑料管。

(三)HDPE排水管道類型選取要點

HDPE管多達十余種,如:雙壁波紋管、克拉管、鋼帶增強管、塑鋼纏繞管、鋼塑復合管、內肋增強管、中空壁塑鋼纏繞管等。HDPE管道設計選型時,應著重考慮以下因素:

1、產品競爭程度

HDPE管材類型眾多,設計時應首選市場化程度高、供應商資源豐富、競爭充分的產品,這樣有利于談判采購和供應保障,同時應避免使用地域屬性強、缺乏有效競爭的產品。

2、管道結構特點

HDPE管按制造工藝可分為擠出成型和纏繞熔接成型,大多數HDPE管屬于纏繞熔接;雙壁波紋管是擠出成型管代表。

受模具限制雙壁波紋管主要是DN600以下規格,該管道生產效率高、安裝方便,但綜合性能不如纏繞熔接型管道。纏繞熔接型管道環剛度高、縱向抗拉能力強,在局部受壓后,外力可通過加強肋傳導疏散。同時纏繞型管道波峰狀結構增加了與土壤接觸面積,提高了管土共同抗壓能力,提升了使用穩定性。

編輯:趙凡

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