題目：從排水管網壽命周期看雨污水管材選擇（2020）

報告人：新興鑄管股份有限公司  李華成  技術總監

李華成，新興鑄管股份有限公司技術總監，同時擔任中國土木工程學會水工業分會機械設備專家委員會成員、天津市土木工程學會給水排水分會理事,中國水協科學技術委員會委員，曾參與多項離心球墨鑄鐵管行業標準和團體標準的編制和修訂，是國內球墨鑄鐵管行業極具影響力的技術專家。

從排水管網生命周期看雨污水管材選擇

 “城市水體黑臭在水里，根源在岸上，關鍵在排口，核心在管網。”管網在黑臭水體治理方面的核心作用已被普遍認同。

在第四屆長三角(蘇浙滬)排水與污水處理研討會上，新興鑄管股份有限公司市場部技術總監李華成從雨污水管道工程四個環節——產品、設計、施工和驗收進行全面闡述，分析問題所在，給出確實可行的方法;以管道結構安全為基礎，從管道全生命周期的角度評價管材的經濟性。相信讀者在讀罷此文后，將會對排水管材的選用有更深的理解和新的收獲。

排水管材

目前我國市政排水管網上使用的管材主要有：預應力混凝土管、球墨鑄鐵管、PE雙壁波紋管和玻璃鋼管。我國排水管材出現的問題比較多，并最終導致了黑臭水體，從源頭上來說，我國排水管材的技術標準和規范有待提高。管道工程涉及四個環節：產品、設計、施工和驗收。如果這四個環節不能完全協調好，最后的工程質量就難以得到保證，所以，產品、設計、施工、驗收四個環節的聯動顯得非常重要。產品方面要與設計有互動，產品的廠家應該要將與設計有關的設計參數和計算方法提供給設計人員，設計人員應該根據管線的工程條件和產品本身的技術參數來進行計算。比如，對排水管來說，最重要的是在設定埋深的情況下，對覆土荷載和交通荷載進行結構安全的核算。如果沒有設定參數，設計人員就沒辦法計算，這就是產品與設計之間的聯動。還有施工方面，應該要對產品進行抽檢，要看產品是否達到設計要求，然后再按照我國規定的施工規范進行施工，或者是按廠家提供的技術手冊進行施工。最后是驗收，就是對產品、設計、施工三個方面進行全面綜合的考量，來驗證工程質量是否達到運行標準。所以這四個環節應該都是聯動的，每個細節的把握好壞都關系到整個工程的成敗。

管材選擇有著基本原則，并根據管材綜合成本確定最終的管材：

Ø 在保證管材結構安全的基礎上，盡量保證管材的經濟性;

Ø 在全生命周期的時間范圍內，考慮管材的經濟性;

Ø 建立管材的評估體系，將管材成本、施工成本、管材的破損程度、維修次數與費用等全部納入評估體系;

Ø 將管材分級，根據工程條件確定使用相應的管材。

利用管材評估體系，進行如下管材綜合成本的計算，僅供參考：

管材選擇時，應根據管材特性及工程條件確定合適的管材：

Ø 中心商業區(維修允許程度)

Ø 雨污水壓力管或重力管

Ø 管線埋設深度

Ø ≥DN1000雨污水管線

Ø 地質復雜區域

Ø 非開挖施工地段

Ø 綜合管廊內雨污水管線

Ø 明裝雨污水管線

Ø 土壤腐蝕程度

Ø … …

材料力學性能

材料力學性能是管材最基本的參數，也是判斷管材質量合格與否的最直接指標。用戶單位應當在施工現場隨機取樣，并送檢到第三方權威機構，不合格的管材應當拒收。中央電視臺分別在2015年和2018年兩次報道了塑料管材摻加回收料的問題。白居易有詩云：“商人重利輕別離”。但也不能完全責怪商人，我們的用戶單位也應該加強對所用材料的管理。GB/T19472.1《埋地用聚乙烯(PE)結構壁管道系統  第1部分  聚乙烯雙壁波紋管材》附錄A的表格中規定管材的拉伸強度為20.7MPa，而在GB/T13663《給水用聚乙烯PE管材》中的PE管原材料性能表中規定PE100最小要求強度為10MPa，這兩個標準對于材料強度表述是矛盾的，與國際標準比對后，可以確定GB/T19472.1中PE的拉伸強度是錯誤的。如果標準都是錯的，那么管材的質量又如何能得到保證呢?

預應力混凝土管的預應力鋼絲檢驗非常重要。CECS140《給水排水工程埋地管芯纏絲預應力混凝土管和預應力鋼筒混凝土管管道結構設計規程》中提到：預應力鋼絲應采用高強度碳素鋼絲，直徑不得小于4mm，其物理力學性能指標除應符合現行國家標準《預應力混凝土用鋼絲》GB/T5223的規定外，尚應滿足下列抗扭試驗的規定：

采用由鋼絲盤卷端直接剪下的鋼絲作為試樣。試樣在扭轉機和兩夾具間的長度為200mm。在相當于0.5%～2.0%的鋼絲最低斷裂強度的軸向力作用下，測試試樣斷裂時的扭轉圈數，對直徑為4mm、5mm的鋼絲不應少于8圈，對直徑為6mm、7mm的鋼絲不應少于6圈。試樣的扭斷裂面上不應出現沿試樣長度方向延伸的螺旋形(縱向)裂縫。

結構安全

管材的選擇，一定要在保證結構安全的基礎之上考慮管材的經濟性，如果不能保證結構安全，其他都無從談起。現在的修復技術，很多都不是結構性的修復，而是工藝類的修復。所以各種管材最重要的基礎就是能夠保證管道的結構安全。

管材的結構設計應當滿足以下兩個原則：

Ø 外荷載的要求：管線的埋深≤管材的最大允許埋深;

Ø 內水壓的要求：雨水或污水最大流量時產生的壓力沖擊波≤管材的最大允許工作壓力。

柔性管材的外部荷載應滿足下列計算公式:

式中：

Δ: 管子徑向變形

K：變形系數

S：管道環剛度

E’:土壤彈性模量

Pe:土壤荷載

Pt: 交通荷載

柔性管材最重要的指標是環剛度，建議排水管材的環剛度不應低于10KN/m2，并建議針對環剛度進行現場抽檢。

預應力混凝土管結構設計比較復雜，可以采用GB50332《給水排水工程管道結構設計規范》和CECS140《給水排水工程埋地預應力混凝土管和預應力混凝土管管道結構設計規程》的計算方法，并在下列設定的邊界條件下制作結構設計計算書。另外，AWWA  MANUAL  M9《混凝土壓力管》是一本很好的參考書，該資料給出了詳細的計算方法和步驟，在設定的邊界條件下進行軸向應力、彎矩應力以及剪切應力計算，以檢驗鋼絲配制是否合理。

接口性能

GB50014《室外排水設計規范》中的4.3.4條規定：管道接口應根據管道材質和地質條件確定，污水和合流污水管道應采用柔性接口。但要保證承插式接口完全密封，還應當具備下列條件：

Ø 承插口應保證足夠的環剛度，以抵御內外荷載;

Ø 膠圈應得到充分的壓縮，以保證密封;

Ø 接口應能在吸收熱脹冷縮的變化下，保證密封;

Ø 接口應能在承受適當的地基沉降情況下，保證密封。

球墨鑄鐵管的產品標準規定了各種條件下的接口型式試驗，保證了接口的密封性能，值得其他管材借鑒。生產廠家應提供接口保證性試驗報告作為接口保障措施，該試驗可以在第三方權威機構的試驗室內安裝并完成，或者廠家內安裝并在第三方權威機構鑒定下完成。保證性試驗方法遵從各類管材的產品標準，但基本條件是應當證明工程最不利條件下接口完好密封。

管材防腐及老化

金屬管材存在腐蝕問題，應當做好防腐;但并不是說，塑料管材就可以高枕無憂了，因為塑料管材存在老化問題。

我國的預應力混凝土管腐蝕問題十分嚴重，防腐技術必須大幅提高。一方面，我國正在推廣各類內襯修復方法，另一方面，預應力混凝土管防腐技術依然裹足不前。能否在新建混凝土管道上采用聚酯樹脂油氈、玻璃增強聚酯樹脂油氈等材料?難道非要亡羊補牢嗎?

目前，排水用球墨鑄鐵管采用的是鋁酸鹽水泥內襯(俗稱高鋁水泥)，經各類試驗以及實際工程檢驗，在防腐蝕、耐磨損、耐酸堿等方面都表現優異，是很好的經濟適用型的防腐材料，這種材料值得在混凝土管上推廣。

塑料管材的老化問題應當引起注意，所以應當加強塑料管材的老化試驗措施，否則，管材長期的結構安全難以得到保證。例如，長期環向彎曲性能試驗就是一個重要的老化檢測試驗：對一組試樣，通過施加不同的恒定外荷載，測出每個試樣破壞時間，換算出相應的彎曲應變，再由回歸曲線外推至50年后彎曲應變，即為長期彎曲應變。

管材的經濟性

建立管材評估體系，從而在全生命周期來考察管材的綜合成本，才能科學地展現管材經濟性。這里以DN1000球墨鑄鐵管與預應力混凝土管為例，以現有德國排水管材維修費用為依據，來估算管材的綜合成本，僅供讀者參考。

DN1000球墨鑄鐵管與預應力混凝土管的綜合成本分析 單位：元/米

結束語

黑臭水體的徹底解決一定要落實在排水管網上，我們排水行業的同行要在產品、設計、施工和驗收各個環節上全面提高工程技術，在總結西方經驗的同時，還要勇于突破和創新，那么，我國的排水工程技術一定會成為世界的典范!

原標題:從排水管網生命周期看雨污水管材選擇