第第頁污水管道管材的性能及經(jīng)濟(jì)性分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1725污水管道管材的性能及經(jīng)濟(jì)性分析案例 1197681.1鋼筋砼管（RCP） 2237991.1.1主要生產(chǎn)工藝 3181361.1.2主要類型 3137731.1.3鋼筋砼管的應(yīng)用 3151871.2硬聚氯乙烯管（PVCU） 4273891.2.1管道材料 4135671.2.2管道特性 4161041.2.3國(guó)內(nèi)外應(yīng)用 5206211.3高密度聚乙烯管（HDPE） 561291.1.1HDPE雙壁纏繞管 5280351.1.2HDPE雙壁波紋管 6183031.1.3高密度聚乙烯管的應(yīng)用 7203841.4玻璃鋼夾砂管（RPMP） 7170071.4.1材料 782191.4.3玻璃鋼夾砂管的應(yīng)用 876121.5管材的初步優(yōu)選 8302371.5.1管材選型理論原則 8311301.5.2三種管材性能和成本對(duì)比 920351.5.3管材推薦 1057361.6工程經(jīng)濟(jì)性分析 10293721.6.1概念 10134761.6.2步驟 10一部分地區(qū)的缺水問題已成為發(fā)展過程中不能忽視的阻礙，同時(shí)城市水資源的污染情況愈加嚴(yán)重，因此熟悉排水管的施工技術(shù)、選材、經(jīng)濟(jì)性等基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境科學(xué)選擇管材是有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，可大幅提高污水治理效果，減少水資源污染，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更大助力。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，新型排水管道種類越來越多，各種管材均有其優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍有所差異，怎樣選用成為困擾人們的一大難題，只有做到科學(xué)合理選擇與使用，才能發(fā)揮最大效果。因此本文圍繞RCP、UPVC管、HDPE管、RPMP等常用的排水管道出發(fā)，展開深入分析與討論。1.1鋼筋砼管（RCP）根據(jù)市政排水管道現(xiàn)狀來看，RCP屬于最常用傳統(tǒng)管材，優(yōu)點(diǎn)是抗壓性高、耐久性好、制造門檻低、價(jià)格便宜等，我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)和農(nóng)田水利建設(shè)大量使用，收獲了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益[11]。隨著時(shí)代的快速發(fā)展，技術(shù)水平越來越高，除了普通混凝土圓管以外，鋼筋砼管還研發(fā)了異型管、矩形涵管和內(nèi)襯式復(fù)合管等，如表3-1所示。目前除雨水管以外的鋼筋砼管，柔性接口已基本取代剛性接口[11]。表3-1鋼筋砼管涵及延伸產(chǎn)品體系按用途按管外形型式按連接方式按施工方式鋼筋混凝土排水管平口式剛性接口管開挖管鋼筋混凝土排污管承插式柔性接口管非開挖頂管鋼筋混凝土電力電纜管（電力管廊用）企口式低壓鋼筋混凝土管（0.1-0.2MPa內(nèi)水壓力）帶底座管鋼筋混凝土內(nèi)襯復(fù)合管帶鋼筒鋼筋混凝土頂管異型管預(yù)制鋼筋混凝土管廊（綜合管廊用）1.1.1主要生產(chǎn)工藝隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科學(xué)的不斷進(jìn)步，中央正在不斷加大基建投資的力度，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來越大，水泥制品行業(yè)的發(fā)展也有了很大的進(jìn)步[10]。我國(guó)鋼筋砼管制管工藝技術(shù)近十年來得到了很大進(jìn)步，總體來看已進(jìn)入世界先進(jìn)行列，誕生了一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。按照發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前主要有離心法、立式擠壓法、芯模振動(dòng)法、懸輥法等生產(chǎn)工藝，可按實(shí)際要求靈活選用。1.1.2主要類型（1）自應(yīng)力砼管通過自應(yīng)力水泥自身的膨脹力來張拉鋼筋，因此產(chǎn)生自應(yīng)力的鋼筋砼管[12]。結(jié)合實(shí)踐表現(xiàn)來看，優(yōu)點(diǎn)是可承受內(nèi)壓、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。管徑范圍為100-600mm，所能承受的內(nèi)壓在0.4-0.8兆帕之間，粗糙度n=0.013-0.014，主要用于小口徑給水工程。（2）預(yù)應(yīng)力類型利用先、后張法張拉環(huán)向、縱向鋼筋，讓砼中形成預(yù)應(yīng)力，最終增強(qiáng)承載力。結(jié)合實(shí)踐表現(xiàn)來看，優(yōu)點(diǎn)在于抗震好、耐久、壽命長(zhǎng)。根據(jù)制造工藝進(jìn)行劃分，包含一、三階段管。管徑處于800-1400mm之間，所能承受的內(nèi)壓在0.4-0.8兆帕之間，粗糙度n=0.013-0.014，主要用于有壓流輸送。1.1.3鋼筋砼管的應(yīng)用（1）大口徑鋼筋砼管的應(yīng)用空間將會(huì)越來越大隨著時(shí)間不斷推移，鋼筋砼管的發(fā)展方向?qū)⒀由熘岭娏λ淼拦こ?、污水治理工程、城市地下綜合管廊工程、城市地下蓄水工程、城市深隧工程中用作電力電纜管、排水管、預(yù)制裝配式環(huán)行管廊、蓄水管、鋼筋砼頂管等諸多領(lǐng)域，有力推動(dòng)這些領(lǐng)域發(fā)展，體現(xiàn)更大價(jià)值與作用。（2）特定場(chǎng)景下鋼筋砼復(fù)合管將展現(xiàn)巨大需求按照排污、耐腐蝕兩類工程施工標(biāo)準(zhǔn)，利用內(nèi)襯PVC、PE、GFRP等材料鋼筋砼復(fù)合管擁有良好耐腐蝕性，實(shí)用價(jià)值顯著；如果城市深隧工程提出抗內(nèi)壓標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)階段一般選擇內(nèi)襯GFRP使之符合內(nèi)外壓性能標(biāo)準(zhǔn)。（3）已基本完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間以來的制定和修定，我國(guó)鋼筋混凝土管用檢驗(yàn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝制作標(biāo)準(zhǔn)已基本完善，如表3-2所示。表3-2現(xiàn)行砼管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱編號(hào)混凝土和鋼筋混凝土排水管GB/T11836-2009混凝土和鋼筋混凝土排水管試驗(yàn)方法GB/T16752-2016混凝土管用混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法GB/T11837-2009水泥制品工藝技術(shù)規(guī)程第一部分鋼筋混凝土排水管JC/T2126.1-2012給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GB50268混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50204內(nèi)襯PVC片材混凝土和鋼筋混凝土排水管JC/T2280-2014預(yù)制混凝土檢查井JC/T2241-2014混凝土和鋼筋混凝土排水管用橡膠密封圈JC/T946-2005（4）使用出容易失效的地方。一是鋼筋混凝土管所使用的承插橡膠圈接口，出現(xiàn)這個(gè)問題的原因主要是現(xiàn)在使用的做法是膠圈安裝后再用水泥砂漿抹口，這樣就容易使劣質(zhì)膠圈也通過閉水試驗(yàn)；二是具有腐蝕性的污水和氯離子較高的土壤環(huán)境，會(huì)使鋼筋混凝土管中的環(huán)筋銹蝕，甚至斷裂，容易引發(fā)管道破裂事故；三是使用一段時(shí)間后，鋼筋混凝土管內(nèi)壁會(huì)因細(xì)菌滋生造成可用內(nèi)徑縮小，管道粗糙系數(shù)增大，造成堵塞。1.2硬聚氯乙烯管（PVCU）1.2.1管道材料這是一種全新管材，關(guān)鍵生產(chǎn)原料是PVC-U混配料，以PVC樹脂為主，取適量添加劑并保證分散均勻。PVC樹脂必須滿足GB/T5761-1993規(guī)定，K值必須超過64，氯乙烯單體含量不超過5mg/kg。1.2.2管道特性（1）兼具一定的環(huán)剛度和柔韌性其500-800mm管徑的管材環(huán)剛度不小于8kN/m2，其外壁波紋提高了管道的韌性，賦予了一定的縱向柔性。（2）水力性能良好管道內(nèi)壁粗糙系數(shù)為0.009-0.010。管道可間隔較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行疏通，同一管徑下比鋼筋混凝土管通過流量大。（3）耐用性能好硬聚氯乙烯管屬熱塑性塑料管材，氯含量約為56%，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。其正常壽命能夠突破至50年，由于抗腐蝕、耐磨性能強(qiáng)，可避免多次更換維修，自然損耗與運(yùn)行成本隨之下降，可長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用，有利于提高安全性與穩(wěn)定性，完全符合經(jīng)濟(jì)性原則[13]。（4）抗?jié)B漏性能良好管道接口多為橡膠圈接口，密封性比較強(qiáng)，可接受較大的角變位，不易產(chǎn)生滲漏。（5）安裝便捷硬聚氯乙烯管的比重在1.4噸/立方米左右，同等體積下硬聚氯乙烯管比鋼筋砼管輕很多，人工即可搬運(yùn)。安裝時(shí)因其標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，達(dá)到了4米和6米，所以接口數(shù)量減少了，也減少了安裝工序[13]。（6）使用中出現(xiàn)失效的情形。一個(gè)是容易受溫度影響，硬聚氯乙烯管材耐熱性能較差，在60攝氏度以上的環(huán)境下抗拉強(qiáng)度下降，不適合較熱的環(huán)境；一個(gè)是比其他塑料管材較硬，在遭受較大的外部荷載時(shí)容易發(fā)生斷裂，不適合鋪設(shè)在抗震不利地區(qū)。1.2.3國(guó)內(nèi)外應(yīng)用80年代起，國(guó)外正式生產(chǎn)應(yīng)用塑料管材，通過長(zhǎng)期實(shí)踐研究，收獲了大量經(jīng)驗(yàn)與成果，尤其一些發(fā)達(dá)國(guó)家，整體水平始終處于全球領(lǐng)先地位。1933年，美、法正式工業(yè)化生產(chǎn)UPVC管。1936年，德國(guó)緊隨其后取得突破性進(jìn)展，時(shí)至今日，管材應(yīng)用領(lǐng)域超過50%使用的是硬聚氯乙烯管。90年代初，我國(guó)開始推廣使用硬聚氯乙烯管?？紤]到實(shí)際發(fā)展需求，全國(guó)化學(xué)建材協(xié)調(diào)組舉行專題會(huì)議，發(fā)布了與之有關(guān)多份文件，并著重指示：普及使用PVCU、PE、PPR等塑料管道，慢慢限制淘汰傳統(tǒng)管材。近些年，國(guó)家陸續(xù)頒布了一些政策性文件，采用政策扶持方式，為化學(xué)建材行業(yè)快速發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，硬聚氯乙烯管的發(fā)展迎來了大好時(shí)機(jī)，基于這部分文件指示，在國(guó)內(nèi)學(xué)者、業(yè)內(nèi)人士不懈努力下，整體水平不斷提高乃至趕超許多發(fā)達(dá)國(guó)家[14]。1.3高密度聚乙烯管（HDPE）HDPE管主要是選擇HDPE樹脂，通過擠出成型工藝制得熱塑性塑料管。與傳統(tǒng)管材、PVC排水管有所不同，HDPE管在路基、隧道、地鐵工程、農(nóng)業(yè)排水系統(tǒng)等方面得到普遍使用，效果非常顯著。1.1.1HDPE雙壁纏繞管通過鋼塑復(fù)合異型帶材依靠螺旋纏繞焊接而成，內(nèi)壁平滑，管徑在200-3000mm之間，如圖3-1所示。圖3-1HDPE雙壁纏繞管HDPE雙壁纏繞管實(shí)用階段展現(xiàn)出大量?jī)?yōu)點(diǎn)，譬如耐腐蝕、易于安裝、輕質(zhì)（如表3-3所示）、壽命長(zhǎng)等，能夠取代傳統(tǒng)管材，有利于推動(dòng)環(huán)保事業(yè)發(fā)展，因此受到人們廣泛關(guān)注與重視，成為許多領(lǐng)域優(yōu)選對(duì)象。有以下特點(diǎn)：（1）管材具有足夠的環(huán)剛度；（2）內(nèi)壁光滑，它的流動(dòng)阻力比傳統(tǒng)管材要低20-30%；（3）可以作柔性或無泄漏連接，這兩種方式密封性能及環(huán)保性能較好；（4）具有較長(zhǎng)的使用壽命；（5）重量輕，安裝鋪設(shè)較為方便，不需要使用大型吊運(yùn)設(shè)備；（6）利用彈性變形克服異常突發(fā)載荷所引起應(yīng)力問題，防止管材連接處受力變形，減少管道泄漏或受損情況，全面維護(hù)工程質(zhì)量。表3-3單位長(zhǎng)度鋼筋混凝土管與HDPE管重量對(duì)比表單位：㎏/m公稱直徑d/mm鋼筋混凝土HDPE管6003559.6180063519.65100078035.821200105042.961500185051.691.1.2HDPE雙壁波紋管雙壁波紋管材（如圖3-2所示）具是重量輕、韌性好、耐高壓、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)異的管壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其成本得以降低。在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，而且大量取代傳統(tǒng)管材，逐漸占據(jù)市場(chǎng)重要地位。圖3-2HDPE雙壁波紋管其特點(diǎn)為：（1）抗壓性強(qiáng)。由于外壁表現(xiàn)為環(huán)形波紋狀，故而管材環(huán)剛度相應(yīng)提升，更有利于承載土壤負(fù)荷。由這點(diǎn)來看，該管材展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。（2）造價(jià)低。在相同負(fù)荷場(chǎng)景下，較同規(guī)格實(shí)壁管材省去約50%原料，故而造價(jià)更低。（3）容易施工。因?yàn)橹亓枯^輕，所以施工與維護(hù)更容易。工期緊、施工環(huán)境復(fù)雜時(shí)，相較其它管材而言有著明顯優(yōu)越性。（4）通過流量大。在相同口徑條件下，通過的流量比其它管材更大。（5）耐低溫性能好。因?yàn)殡p壁波紋管的脆化溫度為零下70攝氏度，所以在一般低溫條件下，施工時(shí)不需要采取保護(hù)措施，方便冬季施工。（6）化學(xué)性能穩(wěn)定?；瘜W(xué)性能非常穩(wěn)定，僅僅受到極少?gòu)?qiáng)氧化劑腐蝕影響。（7）壽命長(zhǎng)。地底條件下能夠使用超過50年。（8）擁有撓曲度。軸向能相應(yīng)撓曲，克服地面不均勻沉降作用，對(duì)基礎(chǔ)要求不高。1.1.3高密度聚乙烯管的應(yīng)用由國(guó)外塑料管材市場(chǎng)現(xiàn)狀來看，埋地排水管需求最高。根據(jù)調(diào)研結(jié)果顯示，歐洲二十四國(guó)1997年排污管的總占比達(dá)到56%。尤其近些年，PE埋地排水管材需求逐年增長(zhǎng)，常用產(chǎn)品包括PE雙壁波紋管與PE纏繞螺旋管[15]。國(guó)內(nèi)聚乙烯管材的生產(chǎn)原料重點(diǎn)是PE80，利用承插熱熔相接[16]。1.4玻璃鋼夾砂管（RPMP）1.4.1材料RPMP屬于全新復(fù)合管材，基體選擇樹脂，把玻璃纖維、石英砂當(dāng)成增強(qiáng)與填充材料，利用纏繞法等技術(shù)制得，管壁結(jié)構(gòu)[17]非常豐富，包括：內(nèi)襯層、內(nèi)/外纏繞層、外保護(hù)層等。具有耐腐蝕性能好、輕質(zhì)高強(qiáng)、安裝方便和綜合投資低等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上占有一定份額。圖3-3玻璃鋼夾砂管1.4.2性能（1）高強(qiáng)度?？雇廨d能力強(qiáng)，玻璃鋼夾砂管可直接用于行車道下直埋，不需構(gòu)筑混凝土保護(hù)層，能夠加快工程建設(shè)進(jìn)度，降低施工費(fèi)用。（2）耐腐蝕。通過針對(duì)性開發(fā)研制，RPMP可抗多種化學(xué)流體侵蝕，譬如未處理污水、腐蝕性地下水等。（3）阻燃、耐熱抗凍。玻璃鋼夾砂可在-20℃-100℃長(zhǎng)期使用而不變形。（4）施工裝配容易。RPMP選擇承插式連接，有利于裝配連接；接頭位置選擇雙O型橡膠圈，可實(shí)現(xiàn)熱脹冷縮，有效適應(yīng)外界環(huán)境變化。（5）質(zhì)量較輕。RPMP重量?jī)H為鋼管1/4，砼1/5，容易安裝施工。防止道路開挖后長(zhǎng)久暴露，促使當(dāng)前路段更快恢復(fù)交通運(yùn)行。（6）管材剛度不夠，抗沖擊能力較差。1.4.3玻璃鋼夾砂管的應(yīng)用截至目前，玻璃鋼夾砂管已普遍應(yīng)用于國(guó)外各個(gè)工程領(lǐng)域中，如石油、化工、灌溉和市政給排水工程，發(fā)揮出非常良好作用。90年代中期以來，歐美國(guó)家對(duì)玻璃鋼夾砂管的使用量越來越大，英國(guó)在污水管網(wǎng)工程中RPMP管鋪設(shè)長(zhǎng)度占整體超過25%，按照資料顯示，后續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占比會(huì)持續(xù)提高[38]。我國(guó)一直到1988年才正式探索、生產(chǎn)RPMP管，時(shí)間方面明顯晚于國(guó)外，經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平略顯不足。但通過十多年發(fā)展，建設(shè)部正式發(fā)布管道行業(yè)規(guī)范，2001年，中國(guó)建設(shè)標(biāo)協(xié)提出管道施工和驗(yàn)收要求，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)RPMP管的研制和生產(chǎn)。1.5管材的初步優(yōu)選1.5.1管材選型理論原則1、安全性和可靠性原則。市政排水管道在使用過程中會(huì)承受一定的壓力，在具體選擇時(shí)需要對(duì)材料可靠性和安全性有充分全面分析考慮，最大限度降低管道滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，市政排水管道管材在選擇時(shí)需要確保其有足夠抗壓能力，在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)爆裂和滲漏等情況出現(xiàn)。市政工程排水管道滲漏情況的出現(xiàn)不僅會(huì)影響建筑設(shè)施和人民財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，必須要選擇可靠安全的排水管材，為市政排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定性提供重要支撐。2、經(jīng)濟(jì)性原則。從我國(guó)市政工程發(fā)展情況來看，我國(guó)市政工程給排水工程建設(shè)主要是由施工單位按照合同規(guī)定來進(jìn)行的。在各式各樣的給排水工程新管材中，施工企業(yè)基本都是根據(jù)項(xiàng)目成本選擇管道材料。當(dāng)類型不同的管道材料的價(jià)格基本相同時(shí)，需要盡可能選用衛(wèi)生程度高、性能較強(qiáng)、維修簡(jiǎn)單的材料，以確保其能夠滿足城市建設(shè)的需求。當(dāng)選用的管道材料的性能大致相同時(shí)，需要選擇高質(zhì)量且易于操作的管道進(jìn)行安裝，以保障市政工程排水工程所選管道的最大效益。3、實(shí)用性原則。隨著我國(guó)對(duì)給排水管道材料的不斷深入研究，市場(chǎng)中出現(xiàn)了眾多新型管道材料，大致可以分為塑料管材和復(fù)合管材兩大類。無論是新型塑料管還是復(fù)合型管道材料，都在我國(guó)市政給排水工程中有著實(shí)際應(yīng)用，并具有重要意義。新型管道材料的實(shí)際使用可以有效改善排水管出口處的走線和標(biāo)高，排污管排出點(diǎn)的標(biāo)高能夠?qū)ξ覈?guó)城市下水道連續(xù)性產(chǎn)生巨大影響。通過使用新型管道材料可以提升供水和污水處理系統(tǒng)的安全程度，確保施工質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)。在傳統(tǒng)的市政給排水項(xiàng)目中，管道材料因?yàn)樽陨淼奶匦?，極其容易出現(xiàn)因工程基礎(chǔ)沉陷而產(chǎn)生的管道接口松動(dòng)或破損等問題，并引起滲水現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，傳統(tǒng)市政給排水工程管道中經(jīng)常會(huì)發(fā)生滲透情況，導(dǎo)致地下水資源的污染。若發(fā)生管道滲透情況，就需要對(duì)給排水工程進(jìn)行全方位檢查，否則將會(huì)影響給排水系統(tǒng)的使用周期。1.5.2三種管材性能和成本對(duì)比綜合以上四種管道管材的材料構(gòu)成和性能分析，結(jié)合建湖地區(qū)土質(zhì)、水文、經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)管材的要求，可以選出三種符合要求的管材，其優(yōu)缺點(diǎn)及特定管徑下的經(jīng)濟(jì)成本如下，見表3-4。表3-4三種排水管道管材對(duì)比項(xiàng)目鋼筋混凝土管HDPE雙壁纏繞管玻璃鋼夾砂管環(huán)剛度≥10kN/m28kN/m21.25～10kN/m2連接密封性水泥砂漿接口，防滲性能較差。承插式橡膠圈連接,密封性能好。承插式橡膠圈連接,密封性能好。粗糙系數(shù)0.013~0.0140.009~0.010.008~0.01環(huán)境適應(yīng)性受地質(zhì)沉降影響,，受化學(xué)腐蝕影響。有效抗地質(zhì)沉降以及耐多種化學(xué)物腐蝕。具備抗沉降性以及耐多種化學(xué)物腐蝕。施工特征基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，較重，施工設(shè)備、人力需求較大。易于施工，基礎(chǔ)位置標(biāo)準(zhǔn)一般，可彎曲性優(yōu)異，較輕。施工流程復(fù)雜，后期維護(hù)難度大，基礎(chǔ)處理標(biāo)準(zhǔn)一般,重量輕。使用壽命≤30年≥50年≥50年綜合造價(jià)（DN600）360元/m280元/m320元/m根據(jù)實(shí)際情況可知，排水管道直接決定排水系統(tǒng)造價(jià)，通常需要圍繞技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面因素考慮，進(jìn)而做出合理選擇。綜合比較，HDPE管具有施工方便，對(duì)基礎(chǔ)要求低、抗沉降性好等優(yōu)點(diǎn)，是比較好的排水管材；鋼筋混凝土管運(yùn)輸比較麻煩，施工較難、密封性能較