HDPE双壁波纹管在市政排水工程中的应用及经济性评价.docx

HDPE 双壁波纹管在市政排水工程中的 应用及经济性评价王宏彦，张晓峰（武汉市规划设计有限公司，湖北武汉 430014）摘 要：HDPE 双壁波纹管是在市政排水工程中应用较广的一种新型材料,通过对它与传统钢筋混凝土圆管的比较分析,显示出 HDPE 管在市政排水工程中的应用优势,对其进行经济性评价,得到的结论为:管径不大于 800 mm 时,若埋深小于 2.5 m,大多数情 况下混凝土管的铺设单价要比 HDPE 管低;若埋深大于 2.5 m,则混凝土管的铺设单价比 HDPE 管要高；管径大于 800 mm 时,任 一埋深 HDPE 管的铺设单价都比混凝土管高得多。关键词：城市排水;高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管;经济性评价中图分类号：TU992.04 文献标识码：B 文章编号：1009-7716(2014)10-0124-051 概述1996 年首次全国城市市政公用设施普查,运行 的城市排污管网总长度 119 738.65 km, 其中有 70%以上的是 20 世纪 80 年代以前铺设的。其主要 材质是混凝土管、铸铁管、陶土管以及用砖石砌成 的暗渠,目前大多已年久失修,管道腐烂，接头渗漏 极为严重,管道破损、塌陷、堵塞时有发生。过去在 埋地排水领域多采用传统的钢筋混凝土管，由于 钢筋混凝土管为刚性管，基础也是刚性的，当地基 较差或处理不当时，极易造成管道和接头的损坏， 出现枯水期管道内的水往外渗、丰水期地下水及 雨水往管道里渗的现象，对周边环境造成影响。据 统计, 我国 90%以上的城市水环境恶化,95%以上 的城市地下水不符合水质标准,排污管道的渗漏是 最大的污染源之一。随着新材料的开发与推广应用,越来越多的城 市排水系统应用了 HDPE 管等新型材料,这些材料 的粗糙系数一般远小于传统的钢筋混凝土管,不仅 减小了水头损失、增加了排水能力,同时也增加了 管道的输送能力。另外,这类管子具有重量轻、耐腐 蚀、耐低温和耐磨性好等优点,可以缩短施工周期、 降低工程造价和提高管道系统的安全性。2004 年建设部发表公告明确要求在市政工程 公用管网中给水和排水领域推广使用塑料管材,上 海市有关部门率先于 1998 年作出了“推广市政埋 地排水塑料管, 淘汰水泥排水管 ”的 规定, 广州市 2003 年 6 月 1 日起在全市污水管网工程中推广使收稿日期：2014-05-20作者简介：王宏彦（1978-），男，辽宁朝阳人，高级工程师 ， 从事给排水规划与施工设计工作。用塑料管材。现在,HDPE 双壁波纹管等塑料管材 被广泛应用于市政排水工程中。本文分析 HDPE 双壁波纹管等塑料管材在市 政排水中的应用效果，对其过流能力和经济性作 出评价,供同行参考。2 HDPE 管的特点2.1 HDPE 双壁波纹管的优势高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管是以 HDPE 为主要原料加入必要的添加剂,经挤出成型方式加 工而成的具有波纹结构的管材。其管壁截面为双 层结构,内壁表面光滑,外壁为等距排列的环形中 空波纹结构的管材。以下为 HDPE 管具的特点或 优点。（1）环形波纹结构,具有刚柔兼备的优良力学 性能,环刚度大,柔韧性好,抗压、耐冲击。（2）管道内壁平滑,流体摩阻小,输流量大。输 送液体时摩擦阻力明显小于混凝土管，在同等使 用条件下输水量可比同内径的混凝 土 管 提 高 40%，因此可用小口径 HDPE 缠绕管替代大口径水 泥管。（3）中空肋骨结构,重量轻,运输、施工便捷,降 低 施 工 费 。 直 径 l 000 mm、 环 刚 度 8 kN/mz 的 HDPE 管才约 90 kg/m，是混凝土管的 1/8，便于搬 运和施工，不需要搬运吊装设备。（4）连接方便,接头密封性好,长期运行质量可 靠,无泄漏。安全可靠，采用电热熔带或热收缩带连 接技术，施工快捷，连接质量高，接头强度大，可确 保管内污水不外漏，减少施工时间和费用。（5）化学性质稳定,耐腐蚀,无毒无污染,属环保 管材。耐化学药品性、耐老化能力强，管材以惰性HDPE 制成，化学性质稳定，耐酸、碱、盐能力强，耐 污水、废水、化学药品及土壤中腐烂物质的腐蚀， 无锈蚀，在输送腐蚀流体或者在腐蚀性土壤中敷 设时无须防腐处理。（6）耐低温,耐磨性好,埋地使用寿命可长，在 不受阳光紫外线直射的条件下，使用年限可达 50 a 以上。（7）具有较好的柔韧性，抗沉降性能好。HDPE 为高聚物属于黏塑性材料，其柔韧性能较好地顺 应地基的不均匀沉降，从而提高管道的抗震能力， 不会像刚性混凝土管那样产生脱节断裂现象。适 当的挠曲度,可不用管件直接将管材铺设于略弯的 沟槽内。（8）施工几乎不受季节、气温的影响，在 -20 40温度范围内可正常操作。（9）可回收利用。HDPE 为无毒性材料对土地 无害，不结垢，不繁殖微生物，并可再生使用，生产 过程中的冷却水可循环使用，无污染物产生，是环 保型绿色产品。基于上述特点，在同等条件下使用 HDPE 管 的工程综合造价较其它管材要低，特别是在非开 挖牵引管工程中其造价远远低于其它管材，而且 其工程质量及可靠性较之钢筋混凝土管都可以得 到 保 证 。 HDPE 管的使用范围十分广泛，由于 HDPE 管独特的结构特性，又使之特别适合地下水 位较高、软弱地基、易发生不均匀沉降等地质条件 及需要赶抢工期的工程的施工。2.2 HDPE 管施工的技术要求2.2.1 HDPE 管的连接HDPE 管的连接方式一般为热收缩套连接、电 热熔带连接。（1）热收缩套连接将两根管材对直成直线，清 除管材表面杂物、水分后，用一块热收缩带缠紧管 材接头处，用火焰喷枪稍微烘烤一下使热收缩带 与管材粘合在一起，再用另一块热收缩带包在第 一块热收缩带上，并用夹片固定好热收缩带，最后 再用火焰喷枪从热收缩带中心部分上下均匀加 热，再左右向外进行加热，使热收缩带完全收缩包 裹在管材上。（2）电热熔带连接将两根管材对直成直线，清 除管材表面杂物 、水分后 ，用一块电热熔带包紧 管材接头处并用扣带扣紧，接上电热熔机开机， 设定加热时间及电流强度，在热熔过程完成后，再 次扣紧扣带，待冷却一定时间(一般冷却时间为冬 季 l 0 min,夏季 20 min)后才可松开扣带。不同口径 管材的通电电流、加热时间见表 1。表 1 不同口径管材的通电电流、加热时间管材公称内径/mm通电电流/A加热时间/s 15040014195704501 00027376901 000 以上3745950注：此通电加热时间为 20左右环境下设定，温度越低，通电加热 时间相对延长。2.2.2 HDPE 管与检查井的连接HDPE 管从管沟伸入井内，管道受到从硬到软 及从软到硬两种不同的支撑，因而需要采取措施 防止井、管之间的渗漏，使管道得到均匀的支撑， 防止剪切或集中荷载的发生。管道与井壁间连接 的方法有下列两种。（1）检查井采用砖砌、混凝土浇筑而成，可在 管材与井壁衔接部位的外表，用聚氯乙烯粘结剂 均匀地涂抹一遍，而后在上面撒一层精砂，再用水 泥砂浆砌入检查井井壁内。（2）管道处于软土地基或低洼、沼泽、地下水 位高的地段，可以用一节 0.50.8 m 长的 HDPE 缠 绕管材套上止水圈，先与检查井用砂浆连接砌筑， 再与整根 HDPE 缠绕管连接。成槽快，回填快，也 可以事先回填部分好土压住 HDPE 缠绕管，防止 HDPE 缠绕管漂移，如时间不允许，也可以用沙包 压住。2.2.3 安装 HDPE 管时的注意事项（1）开挖沟槽，应严格控制基底高程，如基础 承载力较好，可利用原状土通过适当的处理直接 作为管道基础，但发生超挖或扰动则必须用砂或 好土回填夯实后再行敷设 HDPE 缠绕管。（2）下沟槽安装 HDPE 管时，要保证沟槽排水 畅通，严禁泡槽，防止电热熔时发生触电事故。（3）雨季施工时，应尽可能缩短开槽长度，尽 量做到早成槽、早回填。（4）吊装 HDPE 管时采用非金属绳索两点搬 运，严禁串心吊装。（5）在 HDPE 管接口处可以超挖一定深度或预 留空位，以方便 HDPE 管熔接，在连接完成后，应 对此处重点夯实，这是管道中薄弱的地方。（6）连接 HDPE 管时，按照操作规程调控好加 热时间及电流强度进行连接，否则会导致管道接 口处密封性差。（7）回填过程中，应清除回填材料中的杂物， 特别是大颗粒的硬物，防止砸坏 HDPE 缠绕管。（8）HDPE 管应直线敷设，需利用柔性接口折 线敷设时，一般情况下 HDPE 缠绕管每个承接口 处的相对转角不得大于 2。（9）管区位置的密实度要达到设计要求，做到 分层压实，且沿着 HDPE 缠绕管中线进行对称夯 实，才能降低管道的变形量。表 2 满流时不同管材的过流能力对照表流量/(L/s)公称内径/mm 钢筋混凝土圆管HDPE 管 30050703 HDPE 双壁波纹管与钢筋混凝土管的比较40089124.65003.1 技术性能比较160224600228319.280051071410009151330的变形,而刚性管则不明显。钢筋混凝土管属于刚性管,通常被视为一个独立的承力结构,强度上须 表 3 非满流时不同管材的过流能力对照表 承受全部的内、外力;同样外压负荷下,HDPE 双壁充满度(H/D)0.150.300.450.55波纹管柔性管管壁内的应力较小,它和周围的回填300钢筋混凝土管过流量4.6812.6821.8128.81土共同承受负载,即管道与回填土之间由于力的相HDPE 管过流量6.5517.7530.5340.33互传递,以及变形的互相协调,使二者结合成一个充满度(H/D)0.20.350.500.65高度有机的整体结构,但必须保证回填土的密实度400钢筋混凝土管过流量12.7927.3844.3160.31大于 85%。因此,埋地 HDPE 双壁波纹管不需要和HDPE 管过流量17.9138.3362.0384.43钢筋混凝土管一样的强度和刚度, 在合理的刚度充满度(H/D)0.20.350.550.70下,完全可以达到使用要求。此外由于 HDPE 双壁500钢筋混凝土管过流量22.3549.6589.52121.04波纹管具有柔韧性,当发生地震等突发性的地质灾HDPE 管过流量31.2969.51125.33169.46害时,也能将管道的破坏损失降为最小,提高了市充满度(H/D)0.20.350.550.70政排水管道抗震、减灾的能力。600钢筋混凝土管过流量32.7471.90129.34172.113.1.2 过流能力HDPE 管过流量45.84100.66181.08240.953.1.1 强度和刚度受外压负荷时,柔性管在受压破坏之前有较大HDPE 管和传统钢筋混凝土圆管的过流能力 采用有关的水力计算公式,包括满管流和非满管流 两种情况。（1）参数选择由于高密度聚乙烯双壁波纹管内壁平滑,流体 摩擦阻力小,管壁的粗糙系数一般为 n=0.009;考虑800100 0充满度(H/D)0.20.350.550.70钢筋混凝土管过流量72.13158.17287.68384.66HDPE 管过流量100.98221.44402.75538.52充满度(H/D)0.20.40.550.70钢筋混凝土管过流量 133.66351.90537.65759.61HDPE 管过流量187.12492.66752.711 063.45到接头及管件连接处的水力损失,系统水力损失计算采用粗糙系数 n=0.010。钢筋混凝土圆管满流 时的粗糙系数取 n=0.013, 非满流时粗糙系数取 n = 0.014。HDPE 管的比较公称内径范围在 3001 000 mm 之间,依次为 300、400、500、600、 800 和 1 000。（2）计算公式满流和非满流情况下的水力计算公式见 室 外排水设计规范。（3）水力计算计算采用相应管径常用流速,300、400 管 内流速以 0.7 m/s 为参照,500、600 以 0.8 m/s 为 参照,800 以 1.0 m/s 为参照,1 000 以上以 1.2 m/s 为参照,计算钢筋混凝土圆管的水力坡度和 过流量。对应管径的 HDPE 管取与钢筋混凝土管相 同的水力坡度,计算其流速和过流量。钢筋混凝土 圆管和 HDPE 管相应管径的流量对比见表 2、表 3。注：公称内径单位为 mm，流量单位为 L/ s。可以看出,满管流和非满管流时 HDPE 管的过 流能力均比传统钢筋混凝土圆管大 40%左右。 3.1.3 管道的铺设安装（1）HDPE 双壁波纹管施工流程: 开挖沟槽 砂垫层 (根据地质情况而定)下管接口砖砌 检查井闭水回填土。（2）钢筋混凝土管施工流程:开挖沟槽碎石 砂垫层支基础模板捣基础养护下管稳 管接口养护砖砌检查井闭水回填土。从上面施工流程中可看出钢筋混凝土管比 HDPE 双壁波纹管多几道工序,而且钢筋混凝土管 还要等到其混凝土基础强度达到设计强度的 70% 后才能进行下道工序, 这样必然延长了施工周期, 从而延缓了施工进度。3.1.4 接口的密封性HDPE 双壁波纹管部分采用橡胶密封圈承插或热熔焊接方式连接,接头的强度高于管道本体的 强度,可确保污水不外漏,并可适应地基不均匀沉 降。钢筋混凝土管的接口形式为刚性连接,管道稍 有位移(如土壤不均匀沉降),连接处就可能被破坏, 形成渗漏。同时 HDPE 双壁波纹管每根管长可达 10 m 以上,接口少,发生渗漏的机率也少。3.1.5 使用寿命和耐腐蚀性市政排水管道输送的是雨水和污水,雨水在流 经路面时常常成酸性或碱性,生产污水往往是具有 强腐蚀性的工业排水,这样就要求排水管材必须有 一定的耐腐蚀性。HDPE 双壁波纹管是以惰性高密 度聚乙烯制成,除少数强氧化剂外,可耐多种化学 介质的侵蚀,土壤中存在的化学物质不会对管道造 成任何降解作用;聚乙烯是电的绝缘体,因此不会 发生腐烂、生锈或电化学腐蚀现象;此外,它也不会 促进藻类细菌或真菌生长;同时,它还具有很好的 耐磨性,它与钢管的耐磨性对比试验表明,HEPE 管 道的耐磨性为钢管的 4 倍。钢筋混凝土管属碱性 材料,必然会受到污水中酸性物质的腐蚀,从而影 响其使用寿命。再者，HDPE 双壁波纹管有良好的 低温抗冲性, 因此聚乙烯的低温脆化温度极低,方 便冬季施工,可在 -60+60范围内安全使用。 国外的一些实践证明,埋地 HDPE 双壁波纹管的寿 命,可长达 50 a。3.2 经济分析管道铺设单价比较,采用湖北省市政工程预算 定额及当前武汉市材料价格信息,另外,引入另一 类塑料管 UPVC 管和玻璃钢夹砂管作为参照,横向 比较其管道铺设单价。3.2.1 300 管道铺设单价比较图 1 所示,当管径为 300 时,若埋深小于 2.5 m, HDPE 管和 UPVC 管的铺设单价都稍高于传统钢 筋混凝土管，而当埋深大于 2.5 m 时,铺设单价 混 凝土管 UPVC 管 HDPE 管。3.2.2 600 管道铺设单价比较图 2 所示,对 600 的管道来说,在任一埋深下 HDPE 管的铺设单价都要比其它两种管材低。埋深 小于 3 m 时,玻璃钢夹砂管 混凝土管 HDPE 管, 其中后两者的差别较小,仅 3%左右;埋深不小于 3 m 时,混凝土管 玻璃钢夹砂管 HDPE 管,混凝土管 比 HDPE 管的铺设单价高 10%左右。玻璃钢夹砂 管比 HDPE 管铺设单价高 6%10%,且随着埋深增 加差别变小。3.2.3 800 管道铺设单价比较如图 3 所示，对 800 的管道来说,埋深小于 3 m 时,玻璃钢夹砂管 HDPE 管 混凝土管,玻璃图 1 300 管道铺设单价比较图 2 600 管道铺设单价比较图 3 800 管道铺设单价比较钢夹砂管单价比 HDPE 管高 12%左右,而混凝土管 反而比 HDPE 管低 4%5%;埋深不小于 3 m 时,玻 璃钢夹砂管 混凝土管 HDPE 管, 混凝土管比 HDPE 管单价高 5%7%, 而玻璃钢夹砂管 要 比 HDPE 管高 8%10%。3.2.4 1 000 管道铺设单价比较如图 4 所示，1 000 管道铺设单价与前面几 种管径有较大不同。任一埋深下铺设单价:玻璃钢 夹砂管 HDPE 管 混凝土管。前两者的差价在 8%12%之间,后两者的差价在 9%22%之间,且随 着埋深的增加差价减小。4 结语通过对 HDPE 管和传统钢筋混凝土圆管的比图 4 1 000 管道铺设单价比较较可以得出以下结论。（1）在相同管径下,HDPE 管的过流能力比传统 钢筋混凝土圆管的过流能力高 40%左右。（2）在满流情况下, 500 的 HDPE 管过流能 力达到 600 的传统钢筋混凝土圆管的 98% 以 上。（3）在非满流情况下,500 HDPE 管的过流能 力 达 到 600 钢 筋 混 凝土管过流能力的 95% 99%。适当调整水力坡降,相应 HDPE 管就可以替 代大一规格的钢筋混凝土圆管。（4）管径不大于 800 时,若埋深小于 2.5 m,大 多数情况下(600 例外)混凝土管的铺设单价要比 HDPE 管低;若埋深大于 2.5 m,则混凝土管的铺设 单价增长加快,比 HDPE 管要高出 5%22%。管径 大于 800 时,任一埋深 HDPE 管的铺设单价都比混 凝土管高得多,此时需综合考虑其它因素,决定是 否用 HDPE 管代替传统管材。国务院关于加强城市供水节水和水污染防 治工作的通知指出:2010 年所有城市的污水处理 率应不低于 60%(目前要达到 50%),直辖市 、省会 城市、计划单列市以及重点风景旅游城市的污水 处理率不低于 70%。国家化学建材产业“十五”计 划和 2010 年发展规划纲要 指出:2010 年我国埋 地排水管道中, 塑料管的使用量要达到 30%，“十 五”期间国家将投资 1 200 亿元左右用于城市排 水，建设我国城市排水管网,平均每年新增管道长 度约 1 万 km, 每年新增塑排水管道 3 000 km 以 上。另一方面,旧有市政排水管道需要更新改造。由 此可见,HDPE 双壁波纹管以其质量轻、施工快速、 输水能力强、抗震性好、综合造价低、无渗漏、使用 寿命长等特点,将在市政排水工程中广泛使用。!(上接第 111 页)5.2 打通雨水系统瓶颈在城区内的市政雨水管道建设过程中，当与 其它社会管线标高发生冲突时，经常是雨水管道 倒虹避让其它社会管线。因中心城区地势平坦、河 道较浅，对应的雨水管渠系统坡度小、流速小、排 水水力条件有限。多数倒虹管只起到了连通管的 作用，其上下游没有高差，起不到真正意义上倒虹 吸的作用，所以采用倒虹的雨水管道很容易淤积 堵塞、排水不畅。对此，建议通过中心城区排水防涝规划，统 计出区内倒虹管设置位置、数量。由相关部门协调 社会管线单位，对倒虹的雨水管线及相应的社会 管线逐步进行改造，也可以随道路升级改造同步 进行，同时对存在倒虹的雨水管渠每年进行清淤。 保证雨水管渠系统的排水能力和排水畅通。5.3 应急、预案目前，淄博市防汛指挥系统制度建设较为完 善，但缺乏软件支撑，淄博市洪水预报和调度系统 仅靠电话联系。除大、中、小型水库实时视频监视 外，其余水利工程及除涝设施缺乏视频监测系统。对此，建议除了做好常规的防汛应急措施外， 应增加远程监控设施，如对立交泵站、地下通道等 易涝区和重点区域的排水进行实时监控，设定各 级险情报警水位。以便及时做好应急预案工作，降 低损失。6结语市政道路雨水管渠系统标准提高了，对现有 的不满足设计雨水标准的管渠系统的利用与改 造，应结合新标准、新规划，因地制宜地选取合理 的解决方案。同时需要道路竖向、土地利用、绿化 景观、河道防洪等专业设计的相互协调与配合，以 最小的投入获取最大的社会效益和经济效益，并 通过工程措施与非工程措施相结合，筑起安全、经 济、高效、生态的排水防涝体系，为居民的安全出 行和城市的安全发展保驾护航。参考文献：1 GB50014-2006，室外排水设计规范S.2 淄博市暴雨强度推导公式Z.hill area of the county, and puts forward the practical engineering measures and non-engineering measures to improve the flood control and waterlogging control standards of county, which can be referred for the com- pilation and implementation of county drainage and waterlogging control planning of mountainous and hilled regions.Keywords: urban flood control, problem, countermeasures, engineering measures, non-engineering mea- suresInstruction on Design of Zhulong River Rainwater and Sewage Separation Project ! Lei Benquan (116) Abstract: This paper introduces the general situation and renovation thinking. Aiming at the design of Zhu- long River Rainwater and Sewage Separation Project, the paper sets forth the special treatment in the main line engineering, alignment and construction mode, and the engineering design.Keywords: rainwater and sewage separation, river protection, access of drainElementary Analysis on Existing Problems and Countermeasures for Flood Control of Yunju River! Miao Zhenhua (120)Abstract: The article the basic situation and flood control significance of Yunju River, and analyzes the main problems existing in the flood control of Yunju River. Aiming at the particular case of long operation history, complex climate, and also being charged with the flood control and drought resisting task of two counties - Yuncheng and Juye in Heze City, the article puts forward the relative countermeasures for Yunju River.Keywords: flood control, problem, countermeasures, Yunju RiverElementary Analysis of Water Environmental Protection in Regulation and Reconstruction of River! Xu Jiwei (122)Abstract: The article sets forth the important meanings of water environmental protection, and takes the examples of various negative impacts of river regulation and reconstruction on the water environment. Aiming at the existing problems, the article discusses the efficient measures for water environmental protection in river regulation.Keywords: regulation and reconstruction of river, water environmental protection, negative impact, ecological revetment, rainwater and