供水工程管材选择对比

大冶市王英水库引水工程

输配水管道管材选择

一、管材选择要求

在长距离输配水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模、管道的工作压力、输水距离的长短、工程的进度与重要性以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，特别是工程的资金落实情况，进行技术、经济、安全等方面的综合比较后确定。 管材选择的要求如下：

①、管材应符合现行国家标准《生活饮用输配水设备及防护材料的安全性评价标准》GB/T 17219的规定。

②、输水管道必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部的水压，并要有一定的使用寿命。

③、输水管道必须具有抵抗原水中杂质的冲刷和磨损的作用，同时应有抗腐蚀的性能。

④、输水管道接口必须不渗水，以防止污水或地下水渗入而污染原水，或原水渗出而使漏损量增大。

⑤、输水管道的内壁应整齐光滑，使水流阻力尽量减小。

⑥、输水管道应尽量就地取材，并考虑到预制管件及快速施工的可能，减少运输和施工费用。

现结合目前国内管材生产和管网使用的实际情况，根据本工程管线的外部荷载、内水压力、设计流量、环境介质、使用寿命等特点，进行技术经济比选。

二、管材类型

工程上常用的长距离输水管材主要有钢管（SP）、玻璃钢夹砂管（FRPM）、球

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墨铸铁管（DIP）及钢筒混凝土管PCCP。

本项目原水输水管及清水输水管距离较长，单向长度约55-60km，从阳新县王英水库到大冶城区，沿线地质情况、地貌变化较大，有湖塘、山地、平原等。鉴于PCCP管道对管道地基处理要求较高，承插接口加工精度要求高，接口容易破损，无标准配件, 需特殊加工; 运输、安装困难, 抢修困难；本设计不考虑采用PCCP管材，以下就钢管、玻璃钢夹砂管、球墨铸铁管进行技术经济比较。

⑴、钢管

钢管（SP）钢材具有极好的力学性能，钢板焊制的输水管道可以承受极高的内压和较高的外压。用于城市输水管道工程的SP口径一般在DN600mm～DN2000mm范围，最大口径可达DN4000mm。

SP的制作中技术和焊接技术已经相当成熟，各种检验手段也日臻完善。在工程中SP的取材也很方便，制管钢材一般采用Q235碳素结构钢，口径小于DN1800mm的SP一般可用工厂制造的螺旋缝埋弧焊管，大于DN2000mm的SP一般为卷制直缝埋弧焊管。钢材可以加工成各种管件，尤其在穿越障碍较多、地形复杂的地段时，SP有很强的适应性。一般情况下，SP还能够靠自身抗拉强度来抵消轴向力，这是其它管材所不具备的优势。

但埋地SP不耐腐蚀。使用SP输水最重要的问题是防止腐蚀，必须做好管道内、外壁的防腐处理，SP使用寿命在很大程度上取决于内外防腐层的材料和施工质量。

SP的内防腐通常采用水泥砂浆涂衬，防腐效果较好。水泥砂浆内衬对水的阻力也较小，但要采取相应措施，确保施工质量，防止水泥砂浆内衬在管道吊运、施工期间因管道弹性变形而引用开裂、剥落。相比较而言，SP现场焊接、焊缝

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处的内外防腐及检验等现场施工的工作量较大。

⑵、球墨铸铁管

球墨铸铁管（DIP）在生产工艺中经过熔化、脱硫、球化处理，预处理、离心铸造及退火处理等工艺，使管材具有良好的韧性和耐腐蚀性。无论在海水和不同的土壤中均优于钢管，其电阻抗比钢管大三倍。

球墨铸铁有接近钢管的性能，耐压强度比钢管高。此外，还由于管子内壁涂以水泥砂浆，所以长时间使用后，流量和流速几乎不会有什么变化。同时，根据配套条件可自由选择配套各厚度的管子和采用各种橡胶圈柔性接口及管配件，其接口为柔性接口，具有伸缩性和曲折性，适应基础不均匀沉陷。所以能够适应各种类型的地质条件。采用滑入式和机械柔性接口方式，施工简单，因而能适应各种施工条件（包括在管内施工作业），接口作业完毕，可立即回填，从而节省时间。

球墨铸铁管的常用防腐做法是：在内表面衬水泥砂浆，外表面喷锌再涂沥青。根据实际使用经验，球墨铸铁管在腐蚀性较强的土壤中埋设，容易腐蚀穿孔，因而管外壁必须喷锌后作防腐涂层或用塑料薄膜包裹，才能达到铸铁管的使用年限。而且有些生产厂家在水泥内衬上存在一些问题，如不光滑、厚度偏差大、内衬收缩引起的裂缝等。

球墨铸铁管的缺点是大口径管道价格昂贵，超过钢管。 ⑶、玻璃钢管

玻璃钢纤维缠绕技术始于上世纪40 年代，1946 年在美国申请专利。50 年代初期，开始制作玻璃钢管道，距今已有70 余年的历史。

我国纤维缠绕工艺始于1958 年，当时主要是为“两弹一机”国防建设服务

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的。最早应用于民用的玻璃钢管道以手糊及布带卷绕为主，这样生产的玻璃钢管道防渗性能差，质量不稳定，虽经多次试验，也未能在大范围内推广使用。80 年代末，我国首次引进玻璃钢管道定长缠绕设备，90年代中期，我国首次引进全自动电脑控制的连续缠绕玻璃钢管生产线，从此，我国玻璃钢管道工业开始有了较快的发展。

目前我国玻璃钢管生产有三种工艺，即定长缠绕工艺、离心浇铸工艺和连续缠绕工艺。

定长缠绕管的加砂采用的是裹砂工艺，即用玻璃纤维布将石英砂包裹在里边。由于其夹砂层夹砂层存在贫胶缺陷，管壁层间结合力较差，该种工艺玻璃钢管已经淘汰。

离心浇铸管是将短切玻璃纤维、石英砂和树脂按比例喷到旋转的钢模中制成的。该工艺方法不用连续玻璃纤维，机械性能差，要提高管子的性能，只能靠增加管壁厚度，工作压力相同时，离心浇铸管壁厚最大，故而成本也最高。为了降低成本，其树脂添加碳酸钙填料，填料的增加，会造成挠曲水平降低。离心浇筑玻璃钢管制管所用玻璃纤维全部是短切纤维，且分布不够均匀，造成其耐压强度不够稳定，从近几年国内使用经验看，离心浇筑玻璃钢夹砂管的应用逐渐减少。

连续缠绕玻璃钢管克服了离心浇筑工艺的缺点，在管道结构上进行了优化。在结构层中，石英砂和短切纤维一起均匀添加到结构层每一个小的层间，与短切纤维、环向缠绕纤维交织在一起，并得到树脂充分的浸润。因此，管壁结构浑然一体，这一特点完全不同于往复管的裹砂工艺。短切纤维的层间联系特点：短切纤维的添加一方面增强管轴向强度，另一方面起着管壁层间联系的作用。短切纤维吸附树脂的能力强，是层间结合的最佳介面。在路通管管壁每个小的层间由于短切纤维各向同性的联系作用，层间结合非常牢固。

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连续缠绕玻璃钢管作为一种性能优良的复合管材，除了具有重量轻、强度高、耐腐蚀、水力性能优良、可设计性强、质量稳定等其它管材所无法取代的优越性外，其综合经济效益和社会效益亦非常显著，近年来在我国的市政建设、石油化工、水利灌溉、消防安全、海底排水、压力供水、水产养殖、污水处理等领域得到了广泛的应用。

三、管材比较

1、三种管材性能比较如下：

管材性能比较表

管 材 性能 使用寿命 防腐能力 抗渗性 承受内外压 施工难易 施工方法 接口形式 粗糙度（n值） 水头损失 过水能力 重量 管材运输 对基础要求 后期维护 管配件 抗老化性 钢 管 30年 较弱 较强 可深埋能 承受较大内压 方便 开挖、顶管 现场焊接 钢性接口 0.013 水头损失一般 好 重量较大 现场制作 最低 简单、快捷 可现场制作 强 球墨铸铁管 50年 强 强 可深埋能 承受较大内压 方便 开挖、顶管 承插式 橡胶圈止水 0.013～0.014 水头损失较大 一般 重量较大 运输方便 高 简单、快捷 型号较多 强 连续浇筑玻璃钢夹砂管 30年 强 强 可深埋能 承受较大内压 较难 开挖、顶管 套筒式 橡胶圈止水 0.008～0.009 水头损失较小 最好 重量较轻 运输较麻烦，大口径只能堆2层 最高 简单、快捷 破损接口处强度不够 型号不够完备 一般

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2、经济比较

管材性能比较表

管 材 项目 管材价（元/m） 防腐价（元/m） 运费（元/m） 接口材料 管道安装（元/m） 支墩费用（元/m） 过沟渠除外,一般地段 沟槽开挖（元/m） 管道综合价 DN1200（元/m） 钢 管 D1220X10 1594 205 150 焊接接口 0 290 0 双管沟槽费用 1110 最便宜 (3349元/m) 球墨铸铁管 （K9） DN1200 2252 0 已含管材中 橡胶圈接口 0 130 100 双管沟槽费用 1110 贵 (3592元/m) 连续浇筑玻璃钢夹砂管 DN1000 1950 0 50 套筒接头，1个/m 141 50 100 双管沟槽费用 2062 最贵 (4353元/m) （注：以上不含管道阀门井、管道试压费用，地质情况较差的地段需再增加基础处理费用；其中球墨铸铁管支墩按全线支墩数量和费用除总长，折算到每米）

四、管材评价 1、水力特性分析

采用RPMP管节能效果最好，SP管、DIP管采用衬里后水力条件相当。

2、施工分析

DIP管、PCCP管由于自身重量较大，FRPM管重量较轻，管道安装相对来讲玻璃钢管较简单；由于本工程地处丘陵地区，地质情况相对较好，因此三种管材基础处理要求基本相当，SP管和DIP管由于本身整体性较好，对地基基本不需做特殊处理，RPMP管由于管重小，对地基处理的要求也较低，但需增加埋深满足抗浮的要求。且对回填土料及回填密实度要求相对较高。

3、从接口上分析

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除钢管外的另三种管材采用橡胶圈柔性接口，对于地基的不均匀沉降，接口通过借转角进行适应，其适应能力有限。钢管虽为钢性接口，但因为钢材本身的变形能力强，接口强度高，具有很好的整体性，对地基不均匀沉降的适应性较强。此外，采用橡胶圈接口的管道虽然管材本身使用寿命较长，但其接口的严密性受到橡胶圈的质量限制，橡胶圈老化、损坏而导致其使用年限可能远小于管材本身的使用寿命，从而产生接口漏损。同时，采用柔性接口的管道不能通过接口传递沿管线的接力，在管道转弯、分支、末端等处须转换为钢筋设置支墩、拖拉墩，也相应增加了管线投资。

4、安全性分析

SP管一般不易发生爆管事故，管道渗漏后的修补也较其他管材容易。其他管材爆管后一般需要换管段，因此维修工期较长。

由于本项目为跨境引水，管道抗破坏性，相对钢管及球墨铸铁管较好，而玻璃钢夹砂管容易被破管。

5、经济分析

从每米综合价来看，钢管和球墨铸铁管价格相当，连续缠绕玻璃钢夹砂管综合价最高，且比钢管和球墨铸铁管每米综合价高出约50%。

五、管材选择

综合以上分析与比较，针对本工程的特点，综合管材价格、接口性能、管道安全性等因素，由好至差排列依次为SP、DIP管、RPMP管。

在实际应用中，除采用上述技术经济比较外，管材选择还受到诸如管材制造质量、管径范围大小、施工条件、地质状况、施工质量、穿越障碍物多少、用户使用经验、维护能力、抢修速度等等许多因素影响。在本工程输水管道从水源至

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大冶城区输水管距离约40.8 km，管径为DN1200mm、管材工作压力1.0Mpa、覆土厚度按1.2～1.5m考虑，采用双管输水20万m3/d规模原水时，三种管材中钢管和球墨铸铁管综合造价比较适中。

针对本项目原水管道、输水管道工程管径大、输水距离长、输水安全性要求高、允许施工周期短的特点，特别是本工程为跨区域引水，输水管道安全性是第一位的，建议优先在钢管和球墨铸铁管中选择。目前钢材价格进入谷底，大口径配水管道宜选用钢管或球墨铸铁管。

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