1、淺談貴州山區(qū)農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目長(zhǎng)距離PE重力輸水管道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn) 摘 要：貴州山區(qū)農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目的顯著特點(diǎn)是工程建設(shè)規(guī)模小，村民居住分散，水源條件較差，需長(zhǎng)距離輸水解決工程供水問(wèn)題。工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，輸水管沿線地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，山高坡陡，落差大，項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工難度較大。本文結(jié)合項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?shí)際，就工程中廣泛使用的PE重力輸水管道輸水管線平面布置、管道選線、管徑優(yōu)化選擇、水力計(jì)算和主要施工技術(shù)作簡(jiǎn)要闡述，供同類工程設(shè)計(jì)和施工管理參考。 關(guān)鍵詞：飲水安全；輸水管道；設(shè)計(jì)與施工；技術(shù)要點(diǎn) 中圖分類號(hào)：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 前言 根據(jù)貴州省農(nóng)村飲水安全項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃，“十二五”期末將基本解決全省

2、的農(nóng)村飲水不安全問(wèn)題。通過(guò)近10a來(lái)的建設(shè)，全省飲水安全項(xiàng)目建設(shè)已近收尾。地形條件較好、地勢(shì)平坦的山間平地村莊和農(nóng)村集鎮(zhèn)飲水不安全問(wèn)題已解決，余下的大部分是地處高山區(qū)、半高山區(qū)和丘陵地貌的村寨，項(xiàng)目建設(shè)就近無(wú)可靠水源條件支撐，村民居住分散、水源條件差、須長(zhǎng)距離輸水方可解決。實(shí)踐證明，山區(qū)農(nóng)村小型飲水安全工程的輸、配水管網(wǎng)投資占項(xiàng)目總投資的50%70%，因此，搞好管網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工管理十分必要。 1 山區(qū)地形地貌及管道布置特點(diǎn) 以貴州省松桃縣為例，山區(qū)常見地貌特點(diǎn)為山高坡陡、林密，懸崖、深谷，部分地區(qū)巖層破碎、巖石裸露，水土流失嚴(yán)重，易滑坡、易見泥石流。飲水安全工程水源常選用深山密林中的溪

3、流為水源，輸水管道平面布置最顯著的特點(diǎn)距離長(zhǎng)、縱向坡度大（i>2%），常結(jié)合地形條件，采用重力輸水。輸水管道常穿越在起伏不平的山間密林、深谷溝壑中，管線全程屬典型的貴州山區(qū)喀斯特地貌。 2 管道設(shè)計(jì)要點(diǎn) 2.1 平面布置原則和要求 山區(qū)農(nóng)村供水工程結(jié)合地形條件應(yīng)優(yōu)先采用全程重力輸水方式。管線布置應(yīng)與地形坡度相適應(yīng)，坡度較陡地區(qū)（i>6%）輸水管線走向一般情況下應(yīng)沿等高線按水流方向順坡布置，在個(gè)別地形特殊情況下如須反坡布置，應(yīng)慎重研究。線路應(yīng)保證供水安全，盡量做到線路最短，土石方量最小，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，施工維護(hù)方便，最大程度減少林地破壞、少占或不占農(nóng)田。盡量滿足管道埋地要求，不能出現(xiàn)較大的

4、起伏和急轉(zhuǎn)彎以避免管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，同時(shí)應(yīng)避免穿越易發(fā)生滑坡、泥石流等不良地質(zhì)地段，減少與公路、河流、民居等障礙物的交叉。 坡度較陡，地形高差超過(guò)60m，高程控制滿足輸水要求時(shí)，為降低工程造價(jià)，可考慮降低管材壓力等級(jí)，在適應(yīng)地形處設(shè)置減壓池或跌水井。在山區(qū)大落差、長(zhǎng)距離輸水管線中應(yīng)盡量避免使用減壓閥減壓，如運(yùn)行管理維護(hù)不當(dāng)，將嚴(yán)重影響管道安全。如條件所限，必須設(shè)置減壓閥時(shí)，應(yīng)在同一高程控制點(diǎn)上采取雙閥串聯(lián)布置，確保管道系統(tǒng)安全。 長(zhǎng)距離輸水管道的隆起點(diǎn)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排氣閥，在連續(xù)下坡的低洼處或反坡走向的坡腳起點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置口徑不小于管徑1/3的排空管（閥）。在長(zhǎng)距離無(wú)隆起點(diǎn)的平直管段，管徑在DN100以下

5、時(shí)，為保證排除管內(nèi)空氣，宜每隔離1.0km相應(yīng)設(shè)置排氣閥。 小型農(nóng)村飲水安全工程（類以下）一般考慮單管布置。為保證安全供水，可在水廠調(diào)節(jié)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)加大其容積，按事故用水量與事故延續(xù)時(shí)間計(jì)算。 輸水管道布置應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展規(guī)劃，考慮設(shè)計(jì)現(xiàn)狀年、水平年、中遠(yuǎn)期結(jié)合和分步實(shí)施的可能性。 2.2 管徑計(jì)算 管徑大小直接影響工程投資，是工程設(shè)計(jì)概算中投資控制的主要因素之一。因此，合理確定管徑，是輸水管道設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。其計(jì)算式如下： 式中：D為計(jì)算管徑（mm），Q為輸水管道設(shè)計(jì)流量（m3/s），一般取值是最高日工作時(shí)的平均取水量；V為經(jīng)濟(jì)流速（m/s），小型工程可參考本地區(qū)同類工程的經(jīng)濟(jì)流速取值，

6、貴州山區(qū)工程一般取值為0.61.4，管徑小取小值，相反取大值。為防止管網(wǎng)產(chǎn)生水錘破壞，流速不得高于2.53.0m/s，為避免水中雜質(zhì)沉積，流速不得小于0.5m/s。 2.3 水力計(jì)算 輸水管道水力計(jì)算的目的是確定管道水頭損失，繪制水壓線，復(fù)核管道的過(guò)水能力是否滿足要求。為滿足工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求，長(zhǎng)距離輸水管道工程常根據(jù)地形條件、高差，采用幾種型號(hào)管徑串聯(lián)方式布置。為避免水壓計(jì)算錯(cuò)誤或管徑選擇不合理，水壓線計(jì)算應(yīng)采取從下游向上游計(jì)算。重力輸水管道理論上應(yīng)保證管道全程為壓力流的狀態(tài)下且兩計(jì)算管段之間（兩減壓池自由水面之間）地形高差等于其水頭損失時(shí)才是最合理的。管道水頭損失當(dāng)長(zhǎng)度大于其管徑的1000倍

7、時(shí)，一般按長(zhǎng)管計(jì)算（不計(jì)局部損失和流速水頭），否則按短管計(jì)算。對(duì)工程中常用的塑料管道（PE或UPVC）推薦計(jì)算公式如下： 式中：h為水頭損失（m），k為局部水頭損失系數(shù)，取值為1.051.1，L為管長(zhǎng)（m）， Q為輸水管道設(shè)計(jì)流量（m3/s），d為計(jì)算管道內(nèi)徑（m）。 2.4 管材壓力等級(jí)及材料選擇 供水管道壓力包括設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力、工作壓力。設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力、工作壓力應(yīng)根據(jù)實(shí)際計(jì)算確定并按照靜水壓力進(jìn)行復(fù)核。2減壓池之間的管道供水管材及其規(guī)格應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)徑、設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力、鋪設(shè)方式、外部荷載、地形、地質(zhì)、施工和材料供應(yīng)等條件，通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。對(duì)常用PE管材其設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力為最大工作壓力的

8、1.5倍，對(duì)選用鋼管以及其他材料的管材時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范合理確定其設(shè)計(jì)壓力。 山區(qū)地形復(fù)雜、交通不便、施工難度較大，輸水管材質(zhì)選擇一般原則是符合衛(wèi)生、安全、安裝使用方便、檢修容易的要求。室外給水管材包括PE、UPVC、鋼管、鑄鐵管等材料。山區(qū)農(nóng)村供水工程管材一般條件下，當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于1.0MPa時(shí)推薦選擇優(yōu)質(zhì)PE管。個(gè)別無(wú)法進(jìn)行地埋的特殊地段以及壓力在1.0MPa以上時(shí)可選用鋼管或鑄鐵管。PE管材相對(duì)于其他材料，其主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕、易于運(yùn)輸和安裝，耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，管壁光滑不結(jié)垢，對(duì)介質(zhì)的流動(dòng)阻力小，衛(wèi)生無(wú)毒，對(duì)輸送的水質(zhì)不會(huì)造成污染，施工方便，使用壽命長(zhǎng)，維修方便。PE管材柔韌性突出（脆化溫度可達(dá)

9、-800），適應(yīng)山區(qū)地形變化能力強(qiáng)，抗紫外線穩(wěn)定性好，是目前給水市場(chǎng)上的主打產(chǎn)品。 2.5 管道附屬設(shè)施及構(gòu)筑物 2.5.1 控制閥門 管道進(jìn)出水口（含減壓池）一般情況下應(yīng)設(shè)置閥門，閥門口徑和水管直徑相同。當(dāng)管徑大于500mm時(shí)，為降低造價(jià)，可考慮縮小閥門口徑，但不得小于80%。 2.5.2 排氣閥 在長(zhǎng)距離輸水管的最高處或管橋上應(yīng)設(shè)置排氣閥。管徑DN400mm以上時(shí)設(shè)置雙口排氣閥，口徑為輸水管徑的1/81/10。 2.5.3 排空閥門 管線的最低點(diǎn)或反坡段的起點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排空閥。排空閥和排水管的直徑由放空時(shí)間確定，放空時(shí)間按一定工作水頭下孔口出流公式計(jì)算。 2.5.4 管道基礎(chǔ) 管道一般應(yīng)鋪設(shè)在

10、未經(jīng)擾動(dòng)的原狀土層上，管道周圍200mm范圍內(nèi)用細(xì)土回填，回填的壓實(shí)系數(shù)應(yīng)不小于90%；當(dāng)在巖基上鋪設(shè)管道時(shí)應(yīng)鋪設(shè)砂墊層；在承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的軟基礎(chǔ)上埋設(shè)管道時(shí)應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)處理。 2.5.5 防滑墩 山區(qū)輸水管道縱向坡度較大，當(dāng)坡度在1：6以上時(shí)，應(yīng)對(duì)管道穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。不符合穩(wěn)定要求的，為防止管道下滑，應(yīng)設(shè)置防滑墩。防滑墩基礎(chǔ)必須澆筑在原狀土內(nèi)并將管道用鋼箍錨固在防滑墩上。采用鋼制管箍固定時(shí)應(yīng)作防腐處理，與管道接觸面應(yīng)加保護(hù)墊片。 2.5.6 其他防護(hù)措施 當(dāng)管道穿越河流、溝谷、陡坡等易受洪水或雨水沖刷的地段時(shí)應(yīng)采取修建砼排水溝、渠，保護(hù)堤或外加套管等防護(hù)措施。管道埋深一般地段其管頂覆土不

11、小于70cm，PE管不得明鋪，特殊地段確須明鋪鋼管時(shí)，必須采取防凍措施。 3 施工要點(diǎn) 3.1 管材采購(gòu)、運(yùn)輸及堆放 PE管材應(yīng)采購(gòu)符合國(guó)家塑料管材衛(wèi)生與安全技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的管材，管材型號(hào)、規(guī)格、壓力等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。運(yùn)輸、裝卸和存放過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)禁拋扔和激烈碰撞，運(yùn)輸和施工過(guò)程中應(yīng)避免管材被尖硬物括傷，管材存放應(yīng)避免陽(yáng)光曝曬，防止管材變形、老化。 3.2 管道中心線槽放線測(cè)量 管槽中心線應(yīng)采用經(jīng)緯儀或全站儀根據(jù)設(shè)計(jì)文件所提供的坐標(biāo)值進(jìn)行放線測(cè)量。測(cè)量的內(nèi)容、方法、要求及充許偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。管槽控制點(diǎn)高程、開挖斷面尺寸、轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)允許測(cè)量誤差和設(shè)計(jì)要求內(nèi)。 3.3 管槽開挖 開挖

12、管槽應(yīng)保證土質(zhì)邊坡穩(wěn)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求確定是否須要進(jìn)行邊坡支撐。雨季施工應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，盡量做到挖溝、安裝、回填同步進(jìn)行，以防溝槽塌方及管材浮起，溝槽如有積水應(yīng)及時(shí)排除。在地下水位較深地段施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)及溝槽深度條件采取相應(yīng)的降低地下水位或排水措施。溝底開挖寬度一般為管外徑超寬0.5m，溝深超1.0m時(shí)，每加深1.0m，其底寬相應(yīng)增加0.10.2m。開挖溝槽時(shí)，溝底應(yīng)保留設(shè)計(jì)標(biāo)高0.20.3m的原狀土，禁止擾動(dòng)。 3.4 管槽回填 管道安裝鋪設(shè)完畢后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回填。直接接觸管材的部位回填土不得含有礫石、凍土及其它尖硬物體。管道穿越不良地質(zhì)地段或溝槽邊坡出現(xiàn)塌方，過(guò)大的突發(fā)荷載造成

13、管材變形時(shí)，應(yīng)及時(shí)清除過(guò)量荷載待管材恢復(fù)正常后再回填，以防止管道永久變形影響正常運(yùn)行及維修。在回填中不得出現(xiàn)管道移位、轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象?；靥顟?yīng)先填管道兩側(cè)再填管頂，每次回填層厚一般為0.2cm，并依次人工搗實(shí)?；靥钔撩軐?shí)度應(yīng)不小于90%。 3.5 管道連接與安裝 管道連接與安裝應(yīng)按下管、穩(wěn)管、接口、質(zhì)量檢查與驗(yàn)收次序分步進(jìn)行。對(duì)較大管徑可采用立管下繩放管的方式。PE管材一般采用熱熔對(duì)接。管材與金屬閥件連接時(shí)應(yīng)使用法蘭連接。熱熔對(duì)接質(zhì)量應(yīng)符合以下要求：連接完成后應(yīng)進(jìn)行翻邊對(duì)稱性檢驗(yàn)。接頭應(yīng)具有沿管材整個(gè)圓周平滑對(duì)稱的翻邊，翻邊最低處的深度不應(yīng)低于管材表面。接頭應(yīng)對(duì)正不得有錯(cuò)位。焊縫2側(cè)緊鄰翻邊的外圓周

14、的任何一處錯(cuò)邊量不應(yīng)超過(guò)管材壁厚的10%。翻邊應(yīng)實(shí)心圓滑，根部較寬，翻邊下側(cè)不得有雜質(zhì)、小孔、扭曲和破壞。每隔50m進(jìn)行1800背彎試驗(yàn)，不應(yīng)有開裂、裂縫、接縫處不得露出熔合線。PE管道安裝過(guò)程中，允許彎曲半徑不應(yīng)小于25DN，當(dāng)彎曲管段上承口管件時(shí)，管道允許彎曲半徑不應(yīng)小于125DN，嚴(yán)禁采用機(jī)械或加熱的方式彎曲管道。 3.6 水壓試驗(yàn) 輸水管道安裝完成后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。長(zhǎng)距離管道可分段進(jìn)行水壓試驗(yàn)，分段長(zhǎng)度不大于1000m。試驗(yàn)管道灌滿水后應(yīng)在不大于工作壓力下進(jìn)行浸泡。PE管浸泡時(shí)間不少于24h。當(dāng)水壓上升到試驗(yàn)壓力時(shí)，保持恒壓時(shí)間10min，檢查接口、管身有無(wú)破損及滲漏。在規(guī)定的試驗(yàn)壓力下，管道滲漏量不大于規(guī)定值時(shí)即視為合格。PE管嚴(yán)密性試驗(yàn)允許滲水量可參見表1。 4 結(jié)束語(yǔ) 山區(qū)農(nóng)村飲水安全工程重力輸水管道設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在地的實(shí)際地形、地質(zhì)條件，選擇合適的管道平面布置方式