城市排水管網(wǎng)管材設(shè)計選型分析

水處理網(wǎng)訊:摘要：隨著習近平總書記“兩山論”的深入人心和各地對“生態(tài)優(yōu)先 綠色發(fā)展”理念貫徹落實，城市污水管網(wǎng)建設(shè)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(yīng)當?shù)丨h(huán)境，且能更好平衡各相關(guān)方利益訴求的管材選型方案，是保證項目順利實施的關(guān)鍵。文章擬對管材設(shè)計選型各影響因素進行分析，以期為同類型項目管材設(shè)計提供借鑒意義。

在國家工業(yè)化過程中，城市化進程得到了急速發(fā)展。2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(wǎng)病害嚴重，人口集聚也給水生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力，現(xiàn)亟需對雨污管網(wǎng)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(xiàn)。所以城市排水管網(wǎng)設(shè)計選型時，如何選擇最優(yōu)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(zhì)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(fù)合材料管道等。

目前城市排水管網(wǎng)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(guān)方利益訴求和市場、環(huán)境因素，總結(jié)管材設(shè)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(yōu)缺點簡述

1、鋼筋混凝土管

優(yōu)點：強度高、剛度大、承載能力強，安全系數(shù)高，制造成本低、就地取材。

缺點：生產(chǎn)效率低，內(nèi)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(huán)保檢查影響，價格及供應(yīng)保障能力不穩(wěn)定。

2、HDPE塑料管道

優(yōu)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(chǎn)安裝效率高、密封性好。

缺點：成本高、市場混亂，種類多、質(zhì)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(nèi)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(yōu)勢相較于混凝土管越明顯。同時混凝土管通水后，內(nèi)壁易出現(xiàn)長草、積淤現(xiàn)象，有礙正常排水。所以管徑較小的情況下，應(yīng)避免使用鋼筋混凝土管。我公司西南地區(qū)A市排水管網(wǎng)設(shè)計中，600mm及以下管道全部使用HDPE管道。

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(shù)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?jié)B要求高、安裝條件復(fù)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(nèi)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(huán)境時，容易變酥變脆，直至管道破壞。根據(jù)我公司西南地區(qū)A市項目管網(wǎng)普查情況，混凝土管的壽命一般為15年至20年, 而根據(jù)歐美早期使用結(jié)果，HDPE管材使用壽命可達50年，優(yōu)勢明顯。

4、管道鋪設(shè)

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(yè)面狹窄條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇HDPE管。

5、經(jīng)濟性分析

通過市場調(diào)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(chǎn)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(yōu)。

6、力學性能

鋼筋混凝土管最大的優(yōu)勢是整體性好、剛度大，承載能力高，在城市主干道管網(wǎng)中占有絕對優(yōu)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(xiàn)變形塌陷等情況。

綜合對比看HDPE管各優(yōu)勢明顯，但如果設(shè)計管徑大或管道位于主干道下，鋼筋混凝土管優(yōu)勢仍十分明顯。例如：我公司在西南地區(qū)A市排水管網(wǎng)設(shè)計中，綜合考慮各項因素后，最終確定800mm及以上規(guī)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(fù)合管、內(nèi)肋增強管、中空壁塑鋼纏繞管等。HDPE管道設(shè)計選型時，應(yīng)著重考慮以下因素：

1、產(chǎn)品競爭程度

HDPE管材類型眾多，設(shè)計時應(yīng)首選市場化程度高、供應(yīng)商資源豐富、競爭充分的產(chǎn)品，這樣有利于談判采購和供應(yīng)保障，同時應(yīng)避免使用地域?qū)傩詮姟⑷狈τ行Ц偁幍漠a(chǎn)品。

2、管道結(jié)構(gòu)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(shù)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(guī)格，該管道生產(chǎn)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(huán)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(jié)構(gòu)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(wěn)定性。

所以在設(shè)計選型時，在地形復(fù)雜、承載力要求高的環(huán)境中宜使用增強肋寬大的纏繞型HDPE管道，而在綠化隔離帶、人行道、農(nóng)田等環(huán)境中可使用雙壁波紋管或其他同類型造價較低的管道。

3、環(huán)境適應(yīng)情況

HDPE管按材料可分為全塑型和鋼塑復(fù)合型。目前HDPE原材單價12000元/噸，鋼帶單價5000元/噸，同等環(huán)剛度條件下，鋼塑復(fù)合管成本更低，相同重量條件下，鋼塑復(fù)合管環(huán)剛度更高，抗壓能力更強。但由于鋼帶與管材母體膨脹系數(shù)相差較大（PE=0.195mm/m.k , 鋼=0.012mm/m.k），溫差較大的環(huán)境中，鋼帶容易與管材分離，甚至割斷管材母體。

如果在沿海城市或污水污染程度較高的地區(qū)，管道裂隙和接口處密封不嚴均還會導致污水、海水進入鋼帶與母材裂隙，加速材料腐蝕，破壞管道結(jié)構(gòu)。

所以在沿海城市或污水污染程度較高的地區(qū)宜選用全塑料型HDPE管道，以保證特殊環(huán)境下管道的耐久性；在內(nèi)陸常年溫差較小的地區(qū)，可以選擇鋼塑復(fù)合管，在滿足項目功能要求情況下，能進一步降低工程成本。

4、接頭連接方式

HDPE管常見連接方式有不銹鋼卡箍連接、熱縮套連接、電熱熔連接、承插式橡膠圈連接等。無論何種連接接頭，與管道成本本身相比無足輕重，但卻會對工期進度、安裝質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響，不同接頭方式對比情況如下：

*補充說明*：

1)適用范圍：

熱縮套幾乎適用于所有HDPE排水管連接（管道自帶接頭結(jié)構(gòu)情況除外，如承插口），適應(yīng)性最強；不銹鋼卡箍組件多，成本較高，較熱縮套適用范圍小，抗腐蝕能力差；電熱熔連接或承插橡膠圈連接方式僅適用帶承插式接頭的排水管道。

2)自然條件適應(yīng)性：

承插式橡膠圈密封連接和不銹鋼卡箍連接方式適應(yīng)性最強，不受風雨天氣限制；電熱熔連接方式雨天不可施工，大風天氣下雖然可以施工，但會嚴重影響熱熔速率和安裝速度；熱縮套連接方式適應(yīng)性最差，風雨天氣下均不能施工。

3)工人素質(zhì)要求：

以上接頭連接方式中，熱縮套連接最為復(fù)雜。首先熱縮套連接需要火焰以合適的溫度全部烘烤，其次要把熱收縮管與管才間的氣體全部排除，使其與管材全部貼合，最重要的是熱縮套連接時，需要對管道翻滾以便焊接熱縮套下端面，但是管道連接過長或者管道已固定時，接頭焊接很容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題。所以熱縮套連接的每一步對工人技能和責任心都有著較高的要求。

4)接頭屬性：

電熱熔承插連接屬于剛性連接，其余三種屬于柔性連接。電熱熔接頭在安裝后如有扭動、彎曲等動作，或者承載過大，容易造成開裂開裂、導致密封失效。

所以管材設(shè)計選型中，應(yīng)充分考慮工期要求、項目當?shù)刈匀粭l件地質(zhì)環(huán)境以及施工隊伍工作整體素質(zhì)，選擇適合的管道接頭連接方式。如：A地風雨天氣較多、工期緊張，宜選擇承插式橡膠圈連接和卡箍連接管道；B地常年干燥炎熱，宜選擇承插式熱熔連接和熱縮套連接管道；C地處于地震帶，且管道位于主干道下，則不宜選擇電熱熔承插式連接管道，而應(yīng)該采用其他柔性連接接頭管道。

三、管材設(shè)計選型其他影響因素分析

管材設(shè)計選型，除滿足功能要求外，還應(yīng)著重考慮以下因素：

（一）各相關(guān)方利益訴求

為保證項目順利開展，減少后期實施阻力，設(shè)計階段還應(yīng)充分識別項目利益相關(guān)方，分析其在管材選擇、使用方面的利益構(gòu)成，綜合考慮各相關(guān)方影響力和重要性，最大限度平衡利益訴求。

管材設(shè)計選型應(yīng)考慮政府主管部門、建設(shè)單位、施工單位，甚至地方企業(yè)商會、協(xié)會等利益相關(guān)方對項目設(shè)計或后續(xù)使用可能產(chǎn)生的影響，部分利益方不會影響管材設(shè)計工作，但會在后期使用中影響保障供應(yīng)。比如A地區(qū)某行業(yè)協(xié)會，組織控制對行業(yè)產(chǎn)品限產(chǎn)限量，搞饑餓營銷，給項目造成了巨大損失。所以在設(shè)計選型階段應(yīng)著重分析可能會給項目帶來負面影響的相關(guān)方，采取相應(yīng)措施規(guī)避或減少相關(guān)風險。

（二）市場供應(yīng)環(huán)境

主要指目標管材潛在供應(yīng)商分布情況、供貨保證能力和競爭情況。設(shè)計選定的管材市場應(yīng)是一個供應(yīng)充足、競爭充分，受外界環(huán)境影響小的產(chǎn)品。比如考慮選擇鋼筋混凝土管時，應(yīng)對環(huán)保督促期間供應(yīng)商的實際供應(yīng)能力進行調(diào)研；再如優(yōu)先選擇項目周邊一定范圍內(nèi)有較多生產(chǎn)商的產(chǎn)品。總之設(shè)計選型要內(nèi)外兼顧、全面考察調(diào)研周邊市場供應(yīng)情況。

結(jié)束語

綜上所述，城市水環(huán)境治理項目在排水管材設(shè)計選型中，應(yīng)本著質(zhì)量技術(shù)可靠、經(jīng)濟適用可行的原則，充分考慮管道質(zhì)量技術(shù)特性、施工進度需求、施工現(xiàn)場條件、相關(guān)方利益訴求、產(chǎn)品市場環(huán)境，對接城市中遠期規(guī)劃情況，因地制宜選定最優(yōu)管材選型方案，維護項目整體利益，保障項目順利實施。

原標題:城市排水管網(wǎng)管材設(shè)計選型分析