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HDPE塑料管和钢筋混凝土管在市政排水管道工程上的比选分析

来源:http://www.shandonghuihuang.cn/news11611.html   发布时间:2018/8/15 9:23:00

 考虑到近年来我国沿海地区遭遇强降水天气较为频繁,各大城市发生内涝灾害也时有发生, 为保证城市功能正常运作,确保人民群众生命财产安全,我国城市建设对完善市政排水系统的需求在不断提高。 排水管道是市政排水系统一个重要的基础组成部分, 而管材合理的选择又决定了管道能否满足城市排水需求。因此,为了减少极端天气对我国城市基础设施的影响, 保证人民群众的生命财产安全和市政建设更好的发展,对于不同管材的排水管道,必须以高质量、高保障为标准进行比选。
   钢筋混凝土管是运用时间最长、 技术最为成熟的排水管材。钢筋混凝土管凭借自身制造方便、管材造价低、耐腐蚀、抗老化性能好、管材强度高等特点,目前在我国市政排水工程中得到较为广泛的运用,除用作一般自流排水管道外,钢筋混凝土管亦可作泵站的压力管和倒虹管。近年来,随着我国科技的发展进步,HDPE 管以内壁光滑、管材柔韧性好、接口少、抗地基沉降性能好、抗渗透性能好等优点,得以代替传统的钢筋混凝土管,作为市政排水管道广泛运用于许多基础设施建设中。两种管材的性能比较如表 1所示。
    两种管材各有优劣, 合理的选用管材对排水系统的设计及造价都有影响,因此管材的选用应考虑不同管材的性能,根据工程具体的要求综合考虑。
    笔者认为 HDPE 管作为科技进步的产物, 在排水系统的应用上理应具有合理性, 市政排水管材的比选应当作更详细更全面的分析与论证, 本文将对钢筋混凝土管和 HDPE 管进行比较分析。

HDPE塑料管和钢筋混凝土管在市政排水管道工程上的比选分析
1 管道水力计算分析比较

HDPE塑料管和钢筋混凝土管在市政排水管道工程上的比选分析

   由于 HDPE 管粗糙系数(0.009~0.01,内壁光滑、水流阻力小)小于混凝土管(0.013~0.014,内壁粗糙,水流阻力大),在水力坡度和管径相同的情况下,水头损失小,水流速度要大于混凝土管,HDPE 管排水能力比钢筋混凝土管排水能力大44.4% 。 举例说明,水力坡度相同都为 0.001,钢筋混凝土管粗糙系数取值 0.013,HDPE 管粗糙系数取值 0.009,当设计降雨流量大于 1233L/s时,HDPE 管可比钢筋混凝土管选小一级管径。
   因此,随着设计降雨量的增加,大管径的 HDPE 管排水能力的优势越加明显,一来可减少开挖深度和造价、二来避免使用大管径管道或渠箱,从而缩短工期。 对于污水管,使用 HDPE管可减少挖深从而降低污水泵提升扬程,减少运行能耗。
2 抗浮系数分析比较
钢筋混凝土管自身重量较大,受地下水位影响小;HDPE 管材较轻,有研究指出由于 HDPE 管自重较小,水密性能好的特点,使其在地下水位高的地段难以满足"管道的抗浮稳定验算"。

HDPE塑料管和钢筋混凝土管在市政排水管道工程上的比选分析

由公式可知,当地下水位低于管顶时,HDPE 管可靠自重满足“管道的抗浮稳定验算”;当地下水位高于管顶时,管道根据具体地下水位与埋深, 有可能不满足 “管道的抗浮稳定验算”,管径越大,越难满足抗浮稳定验算。 

3管道施工比较分析
    钢筋混凝土管施工工序为开挖、地基处理、基础支护、混凝土搅拌、基础浇筑、养护、管道场内运输及吊装定位、接口及养护、试水及回填;HDPE 管施工工序为开挖、地基处理、砂垫层敷设、管道安装、接口、试水及回填。
(1)钢筋混凝土管施工
钢筋混凝土管工序较多,而且由于自身重量较大,管道敷设时需要使用兜身吊带和专用工具起吊装卸, 施工占地范围较大。 钢筋混凝土管垫层使用 120°混凝土基础, 需要现场浇筑。 根据相关研究,钢筋混凝土管作为市政排水管在施工中存在的问题主要有以下两点: ①混凝土排水管道的检查井部分存在出现接口断裂和冻胀冒水的问题; ②混凝土排水管道在使用过程中存在出现基坑塌方、管道的沟槽超挖、管道沟槽槽底泡水、管道接口漏水、管道的不同程度的渗水等现象。 主要原因在于对市政排水管道施工不按规范严格要求, 施工材料和工序存在偷工减料现象。
(2)HDPE 管施工
    HDPE 管工序相对较少,小管径管道较轻,可使用人工或轻型设备安装, 节省施工空间, 但 HDPE 管接口为电热熔连接,接口焊接工期相对较长。 HDPE 管垫层使用 300mm 厚粗砂碎石垫层,直接敷设压实即可,施工较简单。 管道沟槽回填过程中,回填沙土由于施工操作不按规范院回填不均匀、回填砂不足、使用挖机斗压土等,容易导致管道变形或破裂。
   由于塑料管自身特性,HDPE 管作为市政排水管,对环刚度要求较高。 在实际施工过程中,部分施工队为了自身利益,选用环刚度不足或质量不达标的 HDPE 塑料管, 导致管道破裂、渗漏、坍塌等工程事故。
    两种管材施工各有利弊院混凝土管虽然技术成熟,但对施工现场的要求较高;HDPE 管施工工序较少,管材较轻,但对管材自身的环刚度和沟槽回填的要求较高。 因此,从管道施工上分析比较,两种管材孰优孰劣不能一概而论。 排水管道的施工质量好坏直接影响到市政排水系统能否正常运作, 为了保证排水管道施工的质量,根本上要把握好施工的技术,按照设计图和相关规范的规定进行施工。
5 管道经济比较分析
  根据相关研究, 相同管径的 HDPE 管单价要比钢筋混凝土管高, 而钢筋混凝土管开挖土石方造价较 HDPE 管高 20~30% ,基础造价高 10% 。 对于小管径的管道,塑料管综合造价较低,对于大管径管道,钢筋混凝土综合造价较低。 由于 HDPE管具有更好的排水能力,在同等流量需求下,可以选择小一级的管径,因此 HDPE 塑料管在综合造价上依然具有优势。
6 主要结论
   本文为市政排水管网建设在管材比选方面提供了一定的依据,对市政排水管道的管材特性和管道工程施工进行分析,表明 HDPE 管的应用具有合理性。 通过与钢筋混
凝土管进行比选, 进一步说明 HDPE 管作为排水管道在城镇市政建设上具有优越性。

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