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城市排水管网管材设计选型分析

时间:2019-06-25 13:46

来源:《工程管理前沿》

作者:程鹏飞

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随着习近平总书记“两山论”的深入人心和各地对“生态优先 绿色发展”理念贯彻落实,城市污水管网建设项目日益增多。当前市场排水管材种类很多且差异较大,所以如何制定出满足项目需求、适应当地环境,且能更好平衡各相关方利益诉求的管材选型方案,是保证项目顺利实施的关键。文章拟对管材设计选型各影响因素进行分析,以期为同类型项目管材设计提供借鉴意义。

在国家工业化过程中,城市化进程得到了急速发展。2018年统计数据显示,人口超过千万的城市达13个,人口超过600万的城市达59个。目前城市老旧管网病害严重,人口集聚也给水生态环境带来巨大压力,现亟需对雨污管网进行治理,解决城市黑臭水体顽疾。而排水管道种类很多,且新型管道还再出现。所以城市排水管网设计选型时,如何选择最优管材方案,对保障项目顺利实施具有重要意义。

一、排水管道分类及常见管道类型

排水管道按材质分可分为金属类、非金属类;

金属类排水管分为黑色金属和有色金属管道,常见有镀锌铁管、铸铁管、不锈钢管等。

非金属类管道分为有机型和无机型,混凝土管是常见的无机非金属管道,有机非金属管道主要有塑料管道、玻璃钢管道、橡胶管道、复合材料管道等。

目前城市排水管网主要使用钢筋混凝土管和HDPE管(高密度聚乙烯管),HDPE管又分很多种类。下文通过对钢筋混凝土管和HDPE管性能特点进行分析,综合考虑项目相关方利益诉求和市场、环境因素,总结管材设计选型原则,以期为同类型项目提供参考价值。

二、钢筋混凝土管与HDPE管性能特点

(一)优缺点简述

1、钢筋混凝土管

优点:强度高、刚度大、承载能力强,安全系数高,制造成本低、就地取材。

缺点:生产效率低,内壁粗糙,安装效率低、接头多、密封性差,运输困难、接口易破损,受环保检查影响,价格及供应保障能力不稳定。

2、HDPE塑料管道

优点:重量轻、韧性好、抗震性能好,水力特性好,抗腐蚀能力强、寿命长,生产安装效率高、密封性好。

缺点:成本高、市场混乱,种类多、质量参差不齐。

(二)钢筋混凝土管与HDPE管道主要性能特点比较

1、水力特性

HDPE管内壁光滑,粗糙率为0.009~0.01,钢筋混凝土管粗糙率为0.013~0.014,实验证明,同样坡度下HDPE管排水能力较混凝土管高20%-40%,通过下表得知,直径越小,HDPE管水力特性优势相较于混凝土管越明显。同时混凝土管通水后,内壁易出现长草、积淤现象,有碍正常排水。所以管径较小的情况下,应避免使用钢筋混凝土管。我公司西南地区A市排水管网设计中,600mm及以下管道全部使用HDPE管道。

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2、连接方式及密封性

混凝土管常采用橡胶圈密封连接。但因管道表面粗糙,密封性较差。其次,混凝土管重量大,安装较困难,易造成橡胶圈卷曲、撕裂、挤出等情况。另外,钢筋混凝土管每根2m-2.5m(塑料管通常每根6m),接头数量是塑料管道的2.4-3倍,故接头密封失效概率也更高。所以在抗渗要求高、安装条件复杂的工况下,尽量不选取钢筋混凝土管。

3、使用寿命

生活污水和雨水有一定腐蚀性,在60℃内HDPE管材对酸碱都具有很好的抗腐蚀性,而混凝土管的耐腐蚀性相对较弱,长期处于酸性环境时,容易变酥变脆,直至管道破坏。根据我公司西南地区A市项目管网普查情况,混凝土管的寿命一般为15年至20年, 而根据欧美早期使用结果,HDPE管材使用寿命可达50年,优势明显。

4、管道铺设

HDPE管重量轻,安装过程对吊装机械依赖程度低,例如:6米DN600型HDPE管重量约120kg,2-3人即可配合安装,方便省力。其次HDPE管通常每根6m厂,钢筋混凝土管每根2-2.5m,安装接头少、安装效率高。所以在工期紧张或作业面狭窄条件下,应优先选择HDPE管。

5、经济性分析

通过市场调查,HDPE管出厂单价约是钢筋混凝土管的1.5倍-3倍,但前者使用寿命却是后者的2-3倍,前者虽然一次性投入较多,但长远看成本并不高。而且混凝土管道生产厂家通常在城市周边,运输成本也较HDPE管更低,尤其大管径管道,混凝土管性价比更优。

6、力学性能

钢筋混凝土管最大的优势是整体性好、刚度大,承载能力高,在城市主干道管网中占有绝对优势。HDPE管材抗压能较力差,管径较小的情况下,管道与土壤可形成一定的管土共同抗压能力,而随着管径增加,单位截面承载变大,HDPE管易出现变形塌陷等情况。

综合对比看HDPE管各优势明显,但如果设计管径大或管道位于主干道下,钢筋混凝土管优势仍十分明显。例如:我公司在西南地区A市排水管网设计中,综合考虑各项因素后,最终确定800mm及以上规格的管道采用钢筋混凝土管,其余采用HDPE塑料管。

(三)HDPE排水管道类型选取要点

HDPE管多达十余种,如:双壁波纹管、克拉管、钢带增强管、塑钢缠绕管、钢塑复合管、内肋增强管、中空壁塑钢缠绕管等。HDPE管道设计选型时,应着重考虑以下因素:

1、产品竞争程度

HDPE管材类型众多,设计时应首选市场化程度高、供应商资源丰富、竞争充分的产品,这样有利于谈判采购和供应保障,同时应避免使用地域属性强、缺乏有效竞争的产品。

2、管道结构特点

HDPE管按制造工艺可分为挤出成型和缠绕熔接成型,大多数HDPE管属于缠绕熔接;双壁波纹管是挤出成型管代表。

受模具限制双壁波纹管主要是DN600以下规格,该管道生产效率高、安装方便,但综合性能不如缠绕熔接型管道。缠绕熔接型管道环刚度高、纵向抗拉能力强,在局部受压后,外力可通过加强肋传导疏散。同时缠绕型管道波峰状结构增加了与土壤接触面积,提高了管土共同抗压能力,提升了使用稳定性。

编辑:赵凡

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