（管理科学与工程专业论文）塑料管在市政排水工程中的推广应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 随着我国城市化进程的不断加快，面对国家人口资源和环境资源的压力，为了确 保我国国民经济的可持续性发展，我国政府在逐年地加大对城市基础设旌建设的投 入。市政工程管网建设在不断加快，各种排水管道的品种和规格在不断地增加。在传 统的铸铁管、钢筋混凝土管材在市场上占有较大份额的情况下，塑料管材作为一种新 型陀学管材出现在我国市政排水工程建设中。 塑料材料作为种新型的化学建材在国际上得到了迅速的发展。塑料管与传统的 铸铁管、钢筋混凝土管材相t e 具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、节约能源、安装方 便，对地基的变形有较好的适应能力等优点，其中加筋塑料管( 在管外壁上带有径向 加强筋) ，它不像螺旋筋塑料管那样容易被压破裂，真正起到了提高管材环刚度和耐 压强度的作用，使得在大口径市政管道工程中使用塑料排水管成为了可行，而这种能 耗小，技术含量高的新型建材的应用将成为国内市政建设中的必然趋势。 本文在分析了加筋塑料管的技术特性的基础上，通过对加筋塑料管与传统的铸铁 管和钢筋混凝土管进行综合技术经济比较，以武汉市东湖新技术开发区的市政排水工 程为背景，论证了塑料管在市政排水工程中应用的必要性和可行性。 关键词：塑料管排水工程技术经济比较 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ha c c e l e r a t i o no f p r o c e d u r eo fe n - e 畸，f a c e do nt h ep r e s s u r eo f t h eh u m a ns o u r c e a n d e n v i r o n m e n t ，f o re n s u r i n gt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f c i v i le c o n o m y ，g o v e r n m e n t s e n f o r c et h ei n v e s t m e n ti nt h eu r b a ni n t r u s i o nc o n s t r u c t i o ny e a ra f t e ry e a r r e s u l t i n gi nt h e c o n t i n u o u s l yr a p i dc o n s t r u c t i o no fm u n i c i p a ld r a i n a g ep i p en e t w o r ka n dt h ei n c r e a s i n go f t h e v a r i t y a n ds p e c i f i c a t i o no fd r a i n a g ep i p e i nt h ec a s et h a tt h ec a s t - i r o np i p ea n d r e i n f o r c e dp i p eh a v et h em o s tm a r k e tp e r c e n to nt h em u n i c i p a ld r a i n a g ep r o j e c t ，7 t h e p l a s t i cp i p eg r o wu p a san e wk i n do fc h e m i c a lp i p e a san e wk i n do fc h e m i c a lc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l ，t h ea p p l i c a t i o no f p l a s t i cm a t e r i a l h a sar a p i dd e v e l o p m e n t c o m p a r e dw i t ht h ee a s t - i r o np i p ea n dr e i n f o r c e dc o n c r e t ep i p e ( r c p ) ，p l a s t i cp i p e sh a v es o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha sl i g h td e a d w e i g h t ，c o r r o s i o n r e s i s t a n c e ， s m a l lf l o wr e s i s t a n c ep r e s s u r e ，e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，i n s t a l l a t i o nc o n v e n i e n c ea n dg o o d a d a p t a b i l i t y t ot h ef o u n d a t i o nd e f o r m a t i o n t h er e i n f o r c e d - p l a s t i cp i p e ，w h i c h i s a s s e m b l e dw i t ht h er a d i c a lr e i n f o r c i n gs t e e la tt h ee c t o t h e c a ，i sp o o rc r a c k i n ga n dp r o p e r l y i m p r o v e st h el o o pr i g i d i t y a n dc o m p r e s s i v er e s i s t a n c eo fp i p e i ti si n e x o r a b l et r e n dt o a p p l yt h el o w e re n e r g yc o n s u m p t i o n a n dh i g h t e c hc o n s t r u c t i o nm a t e r i a li nt h ed o m e s t i c m u n i c i p a lc o n s t r u c t i o n m a r k e t b a s i co na n a l y s i st e c h n o l o g i c a lf e a t u r e so ft h er e i n f o r c e d - p l a s t i cp i p e ，t h r o u g ht h e t e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i c a lc o m p a r i n gw i t hr e i n f o r c e d - p l a s t i cp i p e ，c a s t - i r o np i p ea n d r e i n f o r c e dc o n c r e t ep i p e ，b a c k g r o u n do nm u n i c i p a ld r a i n a g ep r o j e c ta td o n g h uh i g h - t e c h d e v e l o p m e n ta r e a i n w u h a n ，d i s c u s s i n gn e c e s s a r i l y a n df l e x io ft h e a p p l i c a t i o n o f r e i n f o r c e d - p l a s t i cp i p e 0 1 1t h e m u n i c i p a ld r a i n a g ep r o j e c t k e yw o r d ：p l a s t i cp i p ed r a i n a g ep r o j e c t c o m p a r i s o no f t e c h n o l o g ya n de c o n o m y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 龇劳纠虱 日期：沙缉，月厂d 1 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论繇孑匆劾氨 日戳舢q 年岁月d 日 指导刻币繇2 囊 日期滂牛年f 月o e i 华中科技大学硕士学位论文 = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = 1 1 塑料排水管材 1 绪论 市政工程用排水管按其管材特性可分为刚性管和柔性管( 塑料管) 两大类。刚性 管包括铸铁管、混凝土管( 水泥管) 、陶制管等，均为传统材料制作的管道。柔性管 即塑料管，按材质主要可分为硬质聚氯乙烯管( u p v c ) 、聚乙烯管( p e ) 、增强聚丙 烯管( f r p p ) 、玻璃钢夹砂管( g r p ) 、钢塑复合管( s p ) 等。 塑料管材作为一种新型的管道材料，正不断替代金属或其他传统的管道材料，发 展十分迅速。1 9 9 6 年欧洲塑料管材产量为1 4 7 万t ，日本为6 0 3 万t ；美国1 9 9 7 年 为2 1 6 万t 。我国自8 0 年代初开始研制应用塑料管材，到1 9 9 6 年，我国各种塑料管 材的总产量已达到4 3 5 万t 。塑料管材因具有水流损失小、节能、节材、保护生态、 施工便捷等优点，目前广泛应用于建筑给排水、城镇给排水以及燃气管等领域，成为 新世纪城市建设管网的主力军。 随着塑料管材应用领域的不断扩大，塑料管材的品种也在不断增加，除了早期开 发的供、排p v c 管材，化工管材，农田排灌管材，燃气用聚乙烯管材外，近几年先 后增加了p v c 芯层发泡管材、f r p p 、p e 双壁波纹管材、铝塑复合管材、塑钢复合管 材、聚乙烯硅心管等等。 目前我国塑料管材使用最多的领域主要是城市建设给排水系统。根据我国市政管 道市场总需求和国家化学建材及塑料管产业发展规划，“十五”期间我国市政工程用 塑料管材需求供水管平均每年增长管道长度约1 5 万公里，其中8 0 左右为d n 4 0 0 毫米管道。排水管平均每年新增管道长度约l 万公里，2 0 采用塑料管。到2 0 0 5 年， 塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到5 0 以上。其中，城市供水管道5 0 采 用塑料管，村镇供水管道6 0 采用塑料管，城市排水管道2 0 采用塑料管，城市燃 气管道( 中低压管) 5 0 采用塑料管。2 0 1 5 年全国新建工程中，塑料管道使用率将达 8 5 以上i 。 我国每年废水排放量达到6 2 0 亿吨，相当于每人平均排放4 9 吨，其中大部分未 经处理直接排入江河湖泊，5 0 的近海海域受到污染，一些城市的供水水源水质恶化， 直接影响到人民身体健康。据对国内7 6 个城市进行的管网调查，供水管网漏损现象 严重，如采用的管道( 混凝土管、陶瓷管等) ，9 8 以上是用传统材料制作的，管道 华中科技大学硕士学位论文 破损和接头渗漏情况尤为严重。据环保部门检测，全国已有9 0 的城镇饮用水受到污 染，水污染成为新的“城市杀手”。因此，国家已将城市污水资源化当作国民经济发展 战略来抓，因而开发和使用无渗漏、使用寿命长的排水管已成为今后市政排水、给水 建设中重点关注的问题。目前，市政工程给排水管道和建筑用塑料管发展前景看好， 但是开发商过多地从管材价格上选材，忽略了管材使用的特定条件。“节水治污，保 护环境”，市政管理部门、设计和施工单位在选用排水管材应进行科学分析，把管材 的造价和工程的综合价联系起来考虑，注重长期社会效益【2 j 。 1 2 国内外塑料管的工程应用现状 1 2 1国外塑料管生产应用情况 在国外，塑料管材正不断替代金属或其它传统材料的管材，发展十分迅速。从 1 9 8 0 1 9 9 0 年的十年中除塑料管以外，其它各类材料的管材增长率总和不足2 ，而塑 料管的增长率是其它各种管材增长率总和的4 倍，达到8 0 ，进入9 0 年代塑料管的 需求量将仍是每年4 2 的速率增长，其产值大约以每年8 的速率递增1 3 j 。 根据a m i ( a p p l i e d m a r k e ti n f o r m a t i o nl t d ) 的最新报道，西欧的管道生产企业进 行了重组来提高效率和利润。由于原材料价格波动和利润空间的减少，一些企业破产 并倒闭。目前，西欧管道生产的企业数目为6 0 0 家，比1 9 9 7 年减少了5 0 家左右。在 a m i 最新报道的6 0 0 家管道生产企业中，近4 0 的企业属于最大的5 0 家管道生产集团， 其产量将近为总产量的8 0 。实际上，最大的1 0 家的生产量超过管道总产量的一半。 在西欧的管道生产企业中，管道生产企业最多的国家是在工业结构分散的意大 利，结果是大多数生产厂家规模较小且产品种类简单。尽管有w a v i n 和u p o n o r 这样 的大公司，中欧大多数的管道生产企业的规模也较小。在a m i 的报道中，中欧的管 道生产企业大约有1 0 0 多家( 见图l 一1 ) 。 图1 - 12 0 0 1 年欧洲生产管道企业分布图 华中科技大学硕士学位论文 在a m i 报道所列的企业中，6 5 的企业生产p v c ，p v c 也是欧洲热塑性塑料管 材产量中主要的材料，在所需的2 9 0 万吨的塑料管材中，大约5 3 是p v c 管材。聚 乙烯材料的需求量也持续增长，目前大约占管材生产量的3 1 。 在1 9 9 5 年，欧洲用于塑料管材市场的聚合物树脂总量为2 2 0 万吨，约3 3 亿马克。 19 9 6 年欧洲塑料管材市场为2 5 0 万吨，比1 9 9 5 年约增长1 3 6 。尽管p v c 是塑料管 道的主要材料，但近几年来聚乙烯的发展也较为迅猛，这种增长归功于p e 原材料级 别的变化，如p e l 0 0 ，由s o l v a y 的发展，提高了大口径薄壁管材的耐压能力和提高 了耐裂纹性能。目前聚乙烯占压力输水管道市场的5 0 多。对于p e 和p v c 的另外 一个显著的增长领域是电线电缆导管，估计大约为1 4 万吨。1 9 9 5 年到1 9 9 6 年，p e 用于穿线管的增长为1 1 1 4 l 。最近几年，塑料管道市场的变化趋势和建筑市场的变化 趋势关系密切，建筑业的低迷也影响塑料管材的发展速度。 根据美国市场研究集团( p h i l l i pt o w n s e n da s s o c i a t e s ) 报道：欧洲塑料管道市场 计划将从2 0 0 0 年的每年3 5 0 万吨左右增长到2 0 0 5 年的4 1 0 万吨，其中西欧增长为2 4 ，中欧和东欧增长为5 4 。由于技术的发展，p p 预计将是发展最快的材料，每年 增长9 。应用上，p e x 将由于室内采暖和管道工程应用，增长5 5 。据f r e e d o n i a 咨询预计，美国塑料管道增长约为2 ，4 ，比前5 年的4 6 平均水平降低1 5 1 。 亚太地区建筑业的增加，包括发展中国家和地区改善饮用水和发展污废水处理， 将刺激财富的增加。塑料管道世界范围内的机遇有通讯和电力电缆套管，排废排污、 天然气输送。发达地区如西欧，建筑物中老化的管道的替换将为塑料管道提供了新的 机遇。 从1 9 9 5 年到2 0 0 0 阶段和到2 0 0 5 年世界范围内塑料管道的需求发展园地区不同 而不同。在早期，美国建筑业沸腾的发展使其对塑料管道的需求超过平均水平，目前 随着住宅和商业建筑的下降而有所缓和。然而，到2 0 0 5 年亚太地区发展中国家建筑 业的发展将加速对塑料管道的需求。 据美国市场研究集团( a m e r i c a nm a r k e tr e s e a r c hg r o u pf r e e d o n i a ) 报道，全球对 塑料管材的需求量每年增长为4 2 ，到2 0 0 5 年，为6 0 亿米，约需要1 4 0 0 万吨树脂。 p v c 仍然是最广泛使用的材料，将占4 7 的市场份额。p v c 在全球来说仍然是最主 要的管材材料，然而到2 0 0 5 年，h d p e 将超过p v c 管材。同时，亚洲市场发展最快， 到2 0 0 5 年，每年增长6 4 ，中国将进一步超过这一速度。 纵观国外塑料管生产应用，会发现以下特点： 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 原材料：分类较为详细，品种较多，为适应不同场合需要制成各种专用料， 极大方便了塑料管企业生产，有效地保证产品质量。 ( 2 ) 塑料管生产：塑料管品种、规格齐全，管材与管件配套性较好，加工设备 自动化程度较高，在线检测设备较为完善，有效地提高了产品生产效率和成品率。其 质量概念远远大于价格概念。 ( 3 ) 塑料管工程应用：塑料管在工程上应用较为普及，品种很多，并且可以根 据工程特点选择需要的品种、规格的塑料管。目前，国外塑料管仍以聚氯乙烯管( p v c ) 和聚氯乙烯管( p e ) 为主导产品，近几年来，p e 管作为城市供水管和燃气管发展很 快，增长速度远远超过p v c 。 1 2 2 我国塑料管生产应用情况 2 0 年前，当时的轻工业部塑料局在研究塑料管材工作时，工作重点是解决管件配 套问题。当时由于管件和连接存在问题，聚氯乙烯管道的连接管件不全，使用加工粗 糙的二次加工管件和其他土办法连接，存在严重的泄漏问题。聚乙烯更是使用”油炸 扩口“连接，作为农村输水的重要产品。而现在，塑料管道产品不仅出现了规模几万 吨的生产企业，很多企业都能够生产配套的管件，还在难度较大的柔性管件配套生产 方面初步形成了社会化的生产格局。大家知道，硬聚氯乙烯柔性承插式连接管件设备 和模具的投资大，管件品种规格多，特别是大口径管件需求量不是很大，投资却很可 观。如果各个厂都投资生产，设备使用率低，得不到回报。目前已经出现了柔性连接 承插式管件的专业生产厂，向全国各大企业供货，这是社会化大生产的结构，是非常 值得提倡和支持的。聚乙烯管道的连接问题也已经得n t 解决。原料的进步也对使用 先进的连接方式提供了条件。目前已经有专业厂生产焊接机具，能够生产出质量优异 的二次加工管件，同时普遍生产和使用国际上最先进的电熔连接管件。2 0 年的变化就 象是世纪性的时代变化。 2 0 世纪9 0 年代以来，我国的合成树脂工业蓬勃发展，产量和消费一直快速增长。 1 9 9 9 年五大通用树脂的实际生产量为8 0 3 4 4 万吨，2 0 0 0 年我国合成树脂能力已达到 9 0 0 万吨，我国合成树脂生产能力列美国、日本、德国、韩国之后，列世界第五名。 2 0 0 1 年，我国合成树脂总产量达1 2 0 3 7 4 万吨，名列美、德、日之后第四位。随着我 国塑料管材的生产和发展，各种塑料管材用合成树脂的发展也较为快速，p v c 管材用 塑料树脂已经能够自给，并带动了相关产业的发展【6 l 。同时，随着国际上聚烯烃管材 树脂的发展，国内的石化企业也已经开始引进国外先进设备生产管材用树脂。目前， 华中科技大学硕士学位论文 国内管材专用树脂由于开发较晚，管材专用料无论是产品的品种、档次或质量稳定性 等方面均与国外存在一定的差距，还不能完全满足生产和技术的要求，随着未来我国 对管材专用树脂的需求不断增加，我国的石化企业应加强研究，提出发展对策及措施， 与管材生产行业上中下游结合，推动管材专用料的性能的提高和发展，与国际接轨。 塑料管道行业的发展，也使塑料管材管件成型设备成为我国塑料机械工业新的经 济增长点。目前我国从事塑料机械及相关产品制造的企事业单位约6 0 0 家，其中可提 供塑料加工成套设备及重要的专业制造企业约有2 5 0 家左右，其中生产塑料管材成型 设备的企业超过1 0 0 家。工程技术人员在职工中的比例约为1 6 5 8 ，比前几年有了 较大的提高。据不完全统计，到1 9 9 9 年底，全国塑料管材生产线约有2 0 0 0 余条，其 中引进设备约占1 5 。1 9 9 9 年我国各种塑料管材的生产能力已达1 6 5 万吨，实际产 量为1 0 0 万吨左右。2 0 0 1 年塑料管材生产能力超过2 0 0 万吨，实际产量约1 2 1 万吨。 同国外先进的塑料管材设备生产商相比，我国的塑料管材生产设备在控制、塑化 能力、牵引速度、企业规模、人员、研究等方面还存在一定差距，这也和我国机械和 电子等方面的整体水平有关，因此我国塑料管材生产设备厂家还需进一步努力，早同 实现塑料管材设备的国产化。 随着我国城市化进程的加快，面对人口资源和环境的压力，为确保国民经济的可 持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入，市政工程管网建设不断加快， 各种排水道品种规格在不断增加量在不断提高，尤其是大口径结构壁管发展更快，成 为当今投资热点。 ( 1 ) 我国市政管道基本现状回顾 我国过去在埋在排水领域应用塑料管最为落后，原因之一是中国过去对环境保护 不够重视，排水管的建设投资不足；传统上排水主要采用价格最低的平接混凝土管， 原因之二就是我国过去对于塑料埋地排水管的研究试验不够，实际应用经验不足，一 直没有定出国家级的设计和验收规范，也没有对埋地排水的生产设备进行研究开发。 即使有几个企业纪进了埋地排水管生产线，由于推广工作不力，只停留在做个别的试 验工程阶段。 近几年，我国塑料埋地排水的市场开始复苏，一方面是我国国民经济持续稳定的 高速增长，为城镇基础设施建设提供了良好的宏观环境和广阔空间，为大口径塑料管 的推广应用提供了市场发展空间。另方面，随着我国对于环境保护的日益重视( 混 凝土下水管和钢筋混凝土下水管很容易泄漏造成污染公害的问题引起了注意) ，特别 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = ；= = = ；= = ；= = = ；= = ；= = = 。= = = = = = = = = = 是在2 0 0 0 年11 月国务院发出关于加城市供水排水节水和水污染防治工作通知( 国 发 3 6 号之后从国中央到地方各级政府出台了一系列节水，治污保护环境的政 策法规。供水、节水、排水及污水治理将成为今后城市政建设的重点。如：上海市建 委于1 9 9 8 年就出台的( 沪建材 9 9 1 0 5 1 1 号) 文，作出了“推广市政埋地排水塑料管， 淘汰水泥管“的规定。2 0 0 1 年1 1 月建设部在北京召开“2 1 世纪国际城市治理及资源化 发展战略研讨会“，对今后十年我国节水及污水资源化总是作了战略布置。 ( 2 ) 我国过去应用塑料埋地排水管较少的历史原因 我国过去在埋地排水领域应用塑料管最为落后，原因一是中国过去对于环境保护 不够重视，排水管的建设投资不足，传统上排水管主要采用价格最低的平接口混凝土 管。原因二是塑料埋地排水管和传统的混凝土埋地排水管不同，其设计施工和验收需 要全新的规范。中国过去对于塑料埋地排水管的研究试验不够，实际应用的经验也不 足，一直没有制定出国家级的设计施工和验收规范。因此前些年有几家企业引进塑料 埋地排水管生产线后难以打开市场，停留在做个别试验工程的阶段p j a ( 3 ) 环境保护和治理的新世纪，我国塑料埋地排水管的市场正在迅速成长 近几年来塑料埋地排水管的市场开始起步，一方面是因为中国越来越重视对于环 境的保护，不少地区在大力治理江河湖海的污染。另一方面对于塑料埋地排水管的研 究试验和标准及规范制定工作也逐步有了进展 s 】。通过实际应用塑料埋地排水管的优 点正在逐步被认识，部分地区已开始大量应用。最近建设部组织的二个推广会上上海、 北京等市政部门都介绍了使用塑料埋地排水管的成功经验。 目前有的塑料埋地排水管生产企业已经出现供不应求的形势。塑料埋地排水管正 成为新的投资热点。 前几年我国主要是应用聚氯乙烯双壁波纹管，最近才开始探索发展聚乙烯埋地排 水管，包括直接挤出的聚乙烯双壁波纹管和缠绕成型的结构壁管。 1 3 本文研究的主要内容 论文第一章分析了国内外塑料管的工程应用现状，提出了本文研究的主要问题。 第二章论述了的塑料管和剐性管的比较以及选择：介绍了各种排水管材及其特 点，如塑料管材、水泥类预制管、金属管，在此基础上对塑料管和刚性管的进行了比 较分析，并从技术要求和选择方法上阐述了如何选择排水管材a 第三章介绍了加筋塑料管的结构和性能；对加筋塑料排水加筋管、水泥混凝土管 华中科技大学硕士学位论文 以及铸铁管进行了技术经济比较，指出了加筋塑料排水加筋管在市政排水工程中的应 用可行性；同时介绍了塑料排水管道工程的施工及维护方法。 第四章分析了我国塑料管道产业现状与发展动向，介绍激励我国塑料管道发展的 相关产业政策，指出了塑料管的应用前景；阐述了我国塑料管生产应用中存在的问题， 提出了我国塑料管发展对策。 第五章分析- f j 日筋塑料排水管在武汉市进行推广应用，以及应解决的问题。 华中科技大学硕士学位论文 2 市政排水管材及其选择 2 1 排水管材的种类 通常市政排水用的管材较多，按管道材质可分为塑料类管材、金属材料管、水泥 类管材和其他材料管四类。根据不同的用途，各类管材均有相应的国家标准或行业标 准( 如g b t 1 3 6 6 4 9 2 ，g r l 0 0 0 2 1 8 8 ，g b l 9 3 0 - 9 3 ，g b 5 6 9 5 - 8 5 ， g b 3 0 9 2 8 2 ， s l t 9 6 1 1 9 9 4 等) 。 2 1 1 塑料管材 塑料管材按材质分类有：硬聚氯乙烯( u p v c ) 、聚氯乙烯( p v c ) 、氯化聚氯乙 烯( p v c c ) 、聚乙烯( p e ) 、交联聚乙烯( p e - x ) 、聚丙烯( p p ) 、三型聚丙烯( p p r ) 、 改进型聚丙烯( p p c ) 、聚丁烯( p b ) 、丙烯、丁二烯、苯乙烯( a b s ) 、铝塑复合 管( p a p ) 、钢塑复合管( s p ) 、玻璃钢加砂( r p m ) 管等驯。 按结构形式分有：实壁管、蕊层发泡管、双壁波纹管、加筋管等多种形式。 2 1 1 1 塑料硬管 管道排水系统中常用的硬塑料管材主要有普通聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、 双壁波纹管和加筋p v c 管等。管材长度多为4 6 m 一节，直径2 0 3 1 5 m m ，公称压 力( 管材在2 0 c 下输送水的工作压力) 0 2 0 1 2 5m p a ，可选范围很大1 1 0 】。系统设 计时可在了解管材性能指标的基础上，根据工作压力要求选取相应公称压力的管材。 塑料硬管具有重量轻、易搬运、内壁光滑、阻力小、耐腐蚀和施工安装方便等优 点，在管道排水工程中得到广泛应用。塑料硬管抗紫外线性能差，故多埋于地下，以 减缓老化速度。在地埋条件下，使用寿命均在2 0 年以上，并能适应一定的不均匀沉 陷。 ( 1 ) 硬聚氯乙烯( 加筋塑料排水) 管 硬聚氯乙烯管材根据外观可分为光滑管和波纹管。 目前，按国家标准生产的，可用于管道排水系统的硬聚氯乙烯管材主要有低压排 水用系列和排水用系列等。低压排水主要选用0 2 0 0 3 2 m p a 系列薄壁硬聚氯乙烯管 材，0 6 3 1 0 0 m p a 系列为排水用硬聚氯乙烯管材，1 2 5m p a 系列为喷灌用硬聚氯乙 华中科技大学硕士学位论文 烯管材。 硬聚氯乙烯双壁波纹管材按压力等级分为无压、o 2 0 m p a 、0 4 0 m p a 三个级别， 在管道排水系统中主要采用0 ，2 0 m p a 和0 4 0 m p a 两个系列【1 i 】。目前生产硬聚氯乙烯双 壁波纹管材的厂家较少，规格也不够齐全，选用时必须了解厂家所生产的规格。 ( 2 ) 聚乙烯( p e ) 管 p e 管较p v c 硬管柔软、重量轻，可用于管沟开挖难以控制的山丘区，还可作为 移动管。目前微灌系统多采用p e 管，若考虑今后可能改建成微灌工程，管灌系统亦 可采用p e 管。 根据所采用聚乙烯材料密度的不同，p e 管材可分为高密度聚乙烯( h d p e ) 和低 密度聚乙烯( l d p e 、l l d p e ) 两种。低密度聚乙烯又称为高压聚乙烯，相应的管材 又称为高压聚乙烯管材。 高密度聚乙烯( h d p e ) 管材施工方便、运行可靠、耐久性好，但价格较高，因 此在管道排水工程中使用较少。 低密度聚乙烯( l d p e 、l l d p e ) 管材较柔软，抗冲击性强，适宜地表较复杂的 地区。这类管材多用于微灌工程，对于流量较小的山丘区果树管道排水工程也可采用 这种管材。 ( 3 ) 聚丙烯管 聚丙烯管材是以聚丙烯树脂为基料，加入其他材料，经挤出成型而制成的性能良 好的共聚改性管材。这种管材的性能、适用条件与加) p e 管类似。 2 1 1 2 软质臂 在半固定式或移动式管道排水系统中，需要用移动管道。移动管道通常采用轻便 柔软、易于盘卷的软质管，也有采用薄壁铝管、薄壁钢管等轻便硬质管材的。这里仅 介绍常用的软质管。 软管按其生产材料可分为薄膜塑料软管、涂塑软管、双壁加线塑料软管、涂胶软 管、橡胶管、橡塑管等。管道排水系统中采用最多的是聚乙烯薄膜塑料软管和涂塑软 管。 ( 1 ) 聚乙烯塑料软管 聚乙烯塑料软管也称聚乙烯薄膜塑料软管。在低压管道排水系统中应用的聚乙烯 塑料软管主要是线性低密度聚乙烯塑料软管( l l d p e 塑料软管) ，以l l d p e 树脂为 华中科技大学硕士学位论文 主体，加入适量的其他高分子材料经吹塑成型制造而成。l l d p e 塑料软管目前还没 有统一的国家标准，其力学性能指标的一般要求包括：拉伸强度( 纵、横向) 不小 于2 0 m p a ；s 断裂伸长率不小于6 0 0 ；直角撕裂强度( 纵、横向) 不小于1 0 m d a ； 折边横拉强度不小于2 0 m p a 。 ( 2 ) 涂塑软管：涂塑软管是用锦纶纱、维纶纱或其他强度较高的材料织成管坯， 内壁或内外壁涂敷聚氯乙烯( p v c ) 或其他塑料制成1 3 】。根据管坯材料的不同，涂塑 软管分为锦纶塑料软管、维纶塑料软管等种类。涂塑软管具有质地强、耐酸、抗腐蚀、 管身柔软、使用寿命较长( 可达3 4 年) 、管壁较厚等特点。 2 1 2 水泥类预制管 水泥类预制管类型很多，有自应力钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管、石棉水 泥管、素混凝土管等。其共同优点是耐腐蚀，使用寿命长。但这类管材性脆易断裂、 管壁厚、重量大、运输安装不便。水泥混凝土管一般用于流量较大的排水区域，压力 大的采用钢筋混凝土管，压力小的采用素混凝土管【l “。 ( 1 ) 自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管 自应力钢筋混凝土管是利用自应力水泥的膨胀力张拉钢筋，从而产生预应力的钢 筋混凝土管。预应力钢筋混凝土管是通过机械张拉钢筋，从而产生预应力的钢筋混凝 土管。 自应力、预应力钢筋混凝土管均具有良好的抗渗性和耐久性。连接形式采用橡胶 圈密封的承插子母口，施工安装比较简单。因受其材料力学性能和制造工艺的限制， 自应力钢筋混凝土管适于较小的管径，预应力钢筋混凝土管适于较大的管径。 ( 2 ) 石棉水泥管 石棉水泥管以石棉和水泥为原料经制管机制成。与其他水泥混凝土管相比，石棉 水泥管具有重量轻、耐腐蚀、承压能力高、便于搬运和铺设、内外壁光滑、切削钻孔 加工容易及施工简单等优点。但抗冲击、碰撞能力差，价格稍高。 石棉水泥管有平口和承插口两种，接头也有刚性和柔性两类。刚性接头常用石 棉水泥填缝或素混凝土浇筑而成，或采用环氧树脂和玻璃布缠结成为刚性接头。柔 性接头分为两类：平口管对接时常用管箍带橡胶圈止水；承插1 3 则直接采用橡胶圈 止水。 ( 3 ) 素混凝土预制管 i o 华中科技大学硕士学位论文 素混凝土管的主要特点是价格低廉。虽然素混凝土不能承受很大的拉应力，但制 成的管材可以承受一定的低压水压力，因此仍可应用于排水系统作为地埋暗管管材。 一般每节长1 2 m ，采用平口( i 型) 、企口( i i 型) 或子母口( 1 i i 型) 承插连接。 目前，管道排水系统中广泛应用的素水泥预制管村主要以立式挤压制管机作为制 管工具，以砂、土、石屑、炉渣等作为主要配料，包括水泥砂管、水泥砂土管、水泥 土管、水泥石屑管、水泥炉渣管等。这类管材配料可就地取材，水泥用量少，造价低 廉。 2 1 3 金属管 1 钢管 在管道排水工程中，钢管常用于水泵的进出水部分、阀件连接段等处。钢管可分 为焊接型钢管和无缝钢管。 焊接型钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成，根据制造条件，常分 为低压流体输送用焊接钢管、螺旋缝电焊钢管、直缝卷焊钢管、电焊管等。焊接型钢 管是输送低压流体管道工程常用的一种小直径的管材，管材长度一般为4 l o m ，管 件配套齐全、连接方便，其中普通管的工作压力为1 o m p a ，螺旋缝电焊钢管材管径 尺寸较大。 普通无缝钢管分为冷轧无缝钢管和热轧无缝钢管。在管道工程中，公称直径不小 于5 0 m m 时一般采用热轧无缝钢管；公称直径小于5 0 m m 时一般采用冷轧无缝钢管。 ( 2 ) 铸铁管 铸铁管比钢管耐锈蚀，比普通塑料管外刚度大，承压能力强，在排水工程中经常 用于流量、压力较大，外刚度要求高的场合。铸铁管按其制造方法不同分为砂型离心 铸铁直管和连续铸铁直管。连续铸铁直管即连续铸造的灰口铸铁管：砂型离心铸铁直 管按材质分为灰口铸铁管、球墨铸铁管和高硅铸铁管，球墨铸铁管与灰口铸铁管相比 有较高的强度，较好的耐磨性和韧性，因而可用在水压较高的地方。 排水铸铁管一般由灰口铁铸造，为承插式，多作为自流式排水管，也可用于低压 管道排水，试验水压力一般不大于o 1 m p a 。 ( 3 ) 薄壁镀锌钢管与薄壁铝合金管 薄壁镀锌钢管是用厚度o 8 1 5 m m 的带钢，辊压成形，高频感应对焊成管，并 切割成所需要的长度，在管端配上快速接头，然后经镀锌而成。一根6 m 长、直径 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = 1 0 8 r n m 的薄壁镀锌钢管约重2 0 k g ，仅为同直径水煤气管的1 5 左右，其工作e , j j 可 达1 0 m p a 。经镀锌处理后能防止生锈，耐腐蚀，使用寿命长，可用作喷灌的地面移 动管道。 薄壁铝合金管具有强度高、重量轻、耐腐蚀、搬运方便等优点，广泛用作喷灌系 统的地面移动管道。铝合金的比重约为钢的1 ，3 ，比薄壁镀锌钢管还轻，单位管长的 质量仅为同直径水煤气管的l 7 。其缺点是硬度差，容易因碰撞变形，价格较贵。正 常条件下使用寿命可达1 5 2 0 年左右，寿命价格比略低于塑料管，但废铝管可以回 收。 2 2 塑料管和刚性管的比较研究 ( 1 ) 强度和刚度 塑料管属于柔性管，在受外压负荷时，柔性管和刚性管的承受负载的机理是完全 不同的。柔性管在受压破坏之前，可以有较大的变形，而刚性管在受外压破坏之前不 可能有较大变形。当刚性管受外压时，负载完全经过管材壁传递到底部的管床上，在 管材壁内产生弯矩，随着管材直径加大，管壁的弯矩和应力急剧加大，所以大直径的 混凝土排水管常常需加钢筋；而柔性管在受压破坏前先变形横向外扩，管材周 围的回填土壤可以起到阻止柔性管变形和外扩的作用，外压负载就被传递和分摊到周 围的回填土中去了。所以，在同样外压负载下柔性管管壁内的应力较小，它和周围的 回填土共同承受负载，管土共同作用。因此，塑料埋地排水管不需和剐性混凝土管一 样的强度和刚度，在合理的刚度下，是完全可以达到使用要求的，这一点已被欧洲发 达国家的应用实践所证实【i “。 ( 2 ) 水力特性比 在水力特性比方面由于塑料管内壁光滑，输送液体时比摩阻明显小于混凝土管。 塑料管的内壁粗糙率为o 0 1 ，而混凝土管为o 0 1 3 ，因此在相同使用条件下，塑料管 的输水量可比混凝土管提高3 0 【1 6 1 。实践证明，在同样的坡度下，采用直径较小的塑 料埋地排水管就可以达到要求的流量：在同样的同径下，采用塑料埋地排水管可以减 少坡度，减少了铺设工程费。 ( 3 ) 密封性 在密封性方面塑料管的连接比较可靠，而混凝土排水管在保证密封性方面是比较 困难的。国内绝大多数使用的平接口混凝土排水管在连接处只抹一圈混凝土，时间一 华中科技大学硕士学位论文 长= 很难保证不泄漏，又因为其完全是刚性的连接，管道稍有移动( 如土壤不均匀沉降) ， 连接处就可能被破坏。接口处成企口的混凝土排水管比平接口的稍好一些。采用柔性 接口的混凝土排水管，其密封性比较可靠，但其柔性仍不及塑料管。 ( 4 ) 使用寿命、耐腐蚀 在使用寿命、耐腐蚀方面，塑料管的优点最突出。埋地排水管输送的生活污水和 雨水常常有腐蚀性，或成酸性或成碱性，生产污水如工业排水更是常常有强腐蚀性， 塑料埋地排水管的耐腐蚀性远胜于金属管，也明显优于混凝土管；塑料埋地排水管的 抗磨损性能也很好【1 ”。 ( 5 ) 铺设安装 塑料排水管重量轻、长度大( 接头少) ，对于沟槽和基础的要求低，连接方便， 旌工快捷。而混凝土管的连接处需要养护，在城市拥挤或地质恶劣地区( 如：地t z k 位 高，地基松软) ，塑料埋地排水管的这方面优点常常更明显。 ( 6 ) 综合经济性 塑料埋地排水管的价格比混凝土管高，但是国内外的实践经验证明，在正确设计 和施工下采用塑料埋地排水管的总工程造价常常低于传统的混凝土排水管a 而且塑料 管施工速度快，周期短，工程质量易于保证。 2 3 排水管材选择 2 3 1 技术要求 ( 1 ) 能承受设计要求的工作压力。管材允许工作压力应为管道最大正常工作压 力的1 4 倍。当管道可能产生较大水击压力时，管材的允许工作压力应不小于水击时 的最大压力。 ( 2 ) 管壁要均匀一致，壁厚误差应不大于5 【l ”。 ( 3 ) 地埋暗管在车辆等外荷载的作用下，管材的径向变形率( 即径向变形量与 外径的比值) 不得大于5 。 ( 4 ) 满足运输和施工的要求，能承受一定的局部沉陷应力。 ( 5 ) 管材内壁光滑，内外壁无可见裂缝，耐土壤化学侵蚀，耐老化，使用寿命 满足设计年限要求。 ( 6 ) 管材与管材、管材与管件连接方便。连接处应满足工作压力、抗弯折、抗 华中科技大学硕士学位论文 渗漏、强度、刚度及安全等方面的要求。 ( 7 ) 移动管道要轻便、易快速拆卸、耐碰撞、耐摩擦、不易被扎破及抗老化性 能好等。 ( 8 ) 当排出的水有特殊要求时，还应考虑对管材的特殊需要。 2 3 2 选择方法 在满足设计要求的前提下，综合考虑以下经济因素进行管材选择：管材管件 价格；施工费用，包括运输费用、当地劳动力价值、旋工辅助材料及旌工设备费用； 工程的使用年限；工程维修费用等。 经济条件较好的地区，可选择价格相对较高但旅工、安装方便及运行可靠的管材， 如硬p v c 管、涂塑软管等；经济条件较差的地区，可选择价格相对低廉的管材，如 素混凝土管、水泥砂土管、塑料薄膜软管等。在水泥、砂石科丰富的地方，可就地取 材生产素混凝土管；若当地缺乏或远离砂石料，选择塑料管则可能是经济的。另外， 选择管材还要考虑应用条件及施工环境的特殊要求。在管道有可能出现较大不均匀沉 陷的地方，不宜选择刚性连接的素混凝土管，可选柔性较好的塑料硬管；在丘陵和砾 石较多的山前平原，管沟开挖回填较难控制，可选择外刚度较高的双壁波纹p v c 管， 不宜选择薄壁p v c 管；在跨沟、过路的地方，可选择钢管、铸铁管；在矿渣、炉渣 堆积的工矿区附近，可利用矿渣、炉渣就地生产水泥预制管，这样既发展了节水排水， 又有利于环境保护。对将来可能发展喷灌的地区，应选择承压能力较高的管材，便于 发展喷灌时利用： 总之，管材选择要遵循经济实用，因地制宜，就地取材，减少运输，方便施工的 原则。同时还应考虑生产厂家的生产能力和信誉，以避免不必要的纠纷。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = 一= 3 加筋塑料排水管及其经济分析 3 1 加筋塑料排水管 加筋塑料管是一种由挤出机一次挤出成型、内壁光滑、外壁带有垂直加强筋的新 型硬聚氯乙烯管材，主要用于埋地排污、排水系统。由于外壁采用了工字钢原理及天 农无缝的接口方式，使得加筋塑料管具有了独特的性能优势，已在国内外的排水排污 系统得到了广泛应用，逐渐取代了传统的排水管，成为目前世界上最先进的埋地排污、 排水管材。 塑料材料作为一种新型的化学建材在国际上得到了迅速发展。塑料管与传统的铸 铁管、砼管材相比具有重量轻、耐腐蚀、水流阻力小、节约能源、安装方便，对地基 的变形有较好的适应能力等优点。加筋管由聚氯乙烯( p v c ) 树脂或增强聚丙烯( f p p r ) 挤出成型。作为新一代排污用管道，加筋管是八、九十年代高新技术的发展的产物， 以其材质坚固、内壁光滑、产品轻巧等特点在西方发达国家广泛采用，它正逐渐代替 长期以来建筑室外排污用或城市市政排污管道大多使用的混凝土管【l 引。 加筋管与传统排污管道相比。在技术上具有以下优越性： ( 1 ) 加筋管属柔性管材，允许较大的轴向弯曲，而弹性橡胶圈连接方式抗渗漏 性能良好，经试验，在接口偏转5 。或接口压扁5 时均未出现渗水现象，因此当基础 产生不均匀沉降时，管路出现较大的变形或侧向位移，也不会出现管材断裂或接口渗 漏的情况，对软土地基有相当好的适应性。 ( 2 ) 加筋管的环钢度为8 k p a ，弹性形变为1 0 左右，因此，它的侧向强度大