球墨鑄鐵管在高壓水頭供水工程中的應(yīng)用

趙 軍

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣州510635）

推廣應(yīng)用

球墨鑄鐵管在高壓水頭供水工程中的應(yīng)用

趙 軍

（廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣州510635）

輸水管網(wǎng)輸送水質(zhì)為凈水，常用供凈水的管材有：鋼管（SP）、預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）。通常在管徑相同的條件下，鋼管、球墨鑄鐵管的造價(jià)最高，預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）其次，其他管材如PE、SRTP管、PVC—U管最低。原水供水工程管道工作壓力一般為0.4～1.0MPa，管材普遍采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）、PVC—U管及PE管，國內(nèi)原水工程高壓水頭供水較少，國外尤其是日本較常用。文章通過工程實(shí)例介紹了高壓水頭供水工程管材采用球墨鑄鐵管的設(shè)計(jì)過程。

供水工程；高壓水頭；工作壓力；球墨鑄鐵管

0 引 言

“十一五”以來，韶關(guān)市區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市發(fā)展和人民生活水平逐步提高，市區(qū)水資源供需矛盾越來越突出，對水資源的需求也越來越大。根據(jù)《韶關(guān)市總體規(guī)劃（2006—2020）》，預(yù)測到2020年韶關(guān)市區(qū)最高日用水量為113.9萬m3，現(xiàn)有水廠供水能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足規(guī)劃用水量要求。

為了保證韶關(guān)市區(qū)的用水安全，必須開辟新的水源。乳源瑤族自治縣是廣東省3個(gè)少數(shù)民族自治縣之一，也是全省16個(gè)扶貧開發(fā)重點(diǎn)縣之一。乳源縣城及其附近村鎮(zhèn)、少數(shù)民族地區(qū)和石灰?guī)r地區(qū)存在供水保證率低、用水安全缺乏保障等問題。以南水水庫作為韶關(guān)市區(qū)供水水源，同時(shí)作為乳源縣城及其附近部分村鎮(zhèn)的供水水源，建設(shè)韶關(guān)乳源瑤族自治縣南水水庫供水工程是非常必要的。

1 工程概況

韶關(guān)市乳源瑤族自治縣南水水庫供水工程的任務(wù)是供水，通過輸水管道等工程，將南水水庫的水資源引到乳源縣城和韶關(guān)市區(qū)，提供乳源縣城及其東部少數(shù)民族和石灰?guī)r地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及韶關(guān)市區(qū)的生活和工業(yè)用水。

根據(jù)需水預(yù)測分析，工程近期設(shè)計(jì)水平年2020年從南水水庫取水流量規(guī)模為4.1 m3／s；遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)水平年2030年總的取水流量規(guī)模為7.80 m3／s。本供水工程以乳源瑤族自治縣南水水庫為水源。自南水電廠現(xiàn)有D5500引水隧洞4＃施工支洞、小水電站前端取水，將水引至乳源縣乳源水廠、韶關(guān)市二獅嶺水廠及西河二水廠。

線路為全線沿G323國道埋管：南水水庫～二獅嶺分水口段管線長為24.85 km，主管材為球墨鑄鐵管，型號為K9級DN2000 DIP（GB／T13295—2008），管道工作壓力為1.8 MPa；二獅嶺分水口～西河二水廠段管線長為11.82 km，主管材為球墨鑄鐵管，型號為K9級DN1800DIP（GB／T13295—2008），管道工作壓力為1.8 MPa。該工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。工程設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度為7度［1］。

輸水系統(tǒng)見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，引水線路沿線大部分位于盆地中，局部于山坡中穿過。管底地基大多為沖積粉質(zhì)黏土（2—1）層、砂卵礫石（2—2）層、坡積粉質(zhì)黏土（3）層或全風(fēng)化帶（Ⅴ）等土層，承載力均滿足要求，基礎(chǔ)局部淤泥層厚度≤2.0 m處采用中粗砂換填處理，2.0 m以上軟基采用塊石擠淤處理以滿足承載力要求。各土層力學(xué)指標(biāo)詳見表1。

圖1 輸水系統(tǒng)圖

表1 主要物理力學(xué)參數(shù)建議值表

3 管材比選

根據(jù)工程管徑、工作壓力較大的特點(diǎn)，初步選擇4種管材進(jìn)行方案比選：鋼管（SP）、預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼夾砂管（FRPM）［2］。

3.1 鋼管（SP）

鋼管是一種在各行業(yè)廣泛應(yīng)用的管材，具有長久的應(yīng)用歷史，豐富的使用經(jīng)驗(yàn)。城市供水用鋼管通常選用Q235或Q345鋼板制作，它的強(qiáng)度高，具有良好的韌性，管材及管件易加工。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP）是在80年代引進(jìn)技術(shù)，按照美國供水協(xié)會AWWA—C301標(biāo)準(zhǔn)制造的輸水管材。PCCP內(nèi)部嵌置一層1.5mm厚鋼筒，在管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力，采用機(jī)械張拉纏繞高強(qiáng)鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層。該管的特點(diǎn)是由于鋼套筒的作用，抗?jié)B能力好。管徑范圍：DN600～4000，具有SP和PCP雙重優(yōu)點(diǎn)。

3.3 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵是一種鐵、碳、硅的合金，其中碳以球狀游離石墨存在?；诣F中，片狀石墨對鐵基質(zhì)產(chǎn)生“割裂”作用，使之脆裂。球墨鑄鐵中，球狀石墨消除了這種作用。

3.4 玻璃鋼夾砂管（FRPM）

玻璃鋼管全稱為玻璃纖維增強(qiáng)熱固樹脂夾砂管（簡稱FRPM），主要有玻璃長纖維纏繞夾砂和玻璃短纖維離心澆鑄加砂兩種制造工藝和管型。FRPM在歐美等國家受到廣泛使用，制定了完善的管道產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計(jì)、施工安裝規(guī)范。我國的制造廠從1980年開始從意大利、美國等引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和流水線，國內(nèi)也自行開發(fā)了生產(chǎn)工藝和設(shè)備。

各種管材優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

表2 管材優(yōu)缺點(diǎn)比較表

各種管材的投資比較見表3和圖2。

圖2 管材投資比較圖

通過以上管材比較，從管材安全可靠性、管材綜合價(jià)格、施工費(fèi)用和條件等方面考慮，本工程埋管工作壓力在1.0～1.8 MPa，為保證供水的安全性，管材預(yù)選為球墨鑄鐵管（DIP）。

表3 管材投資比較表

表4 球墨鑄鐵管結(jié)構(gòu)計(jì)算

經(jīng)過對本工程輸水系統(tǒng)水錘計(jì)算分析，為保證供水管道安全，得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)水廠配水池前端調(diào)流閥開度由全開關(guān)至0時(shí)，若二獅嶺水廠調(diào)流閥有效關(guān)閉時(shí)間＞590s，西河二水廠調(diào)流閥有效關(guān)閉時(shí)間＞160 s（近期輸水規(guī)模）和650 s（遠(yuǎn)期輸水規(guī)模），輸水管道水錘壓力相對上升率ξ可控制在0.6以內(nèi)，輸水管道最大水錘壓力不超過2.0 MPa［3］。

2）當(dāng)水廠配水池前端調(diào)流閥開度由0開啟至全開時(shí)，若二獅嶺水廠調(diào)流閥有效開啟時(shí)間＞410s，西河二水廠調(diào)流閥有效關(guān)閉時(shí)間＞100 s（近期輸水規(guī)模）和440 s（遠(yuǎn)期輸水規(guī)模），輸水管道內(nèi)最小余壓可滿足≥2 m的要求。

3.5 管道結(jié)構(gòu)復(fù)核

正常運(yùn)行工況下，供水管道內(nèi)水壓力為1.8 MPa，管頂覆土厚度為2～3 m，參照《給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 142：2002），對球墨鑄鐵管進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，詳見表4。

4 結(jié) 語

高壓水頭供水工程中管材采用球墨鑄鐵管是非常有效、安全且利于后期運(yùn)行管理及維修，并且施工方法相對簡單、安裝工期短，較大的縮短了施工工期。

至今為止，本工程的項(xiàng)目建議書及可行性研究階段已經(jīng)完成，并順利通過了專家的論證及廣東省水利廳與省發(fā)改委審批，事實(shí)證明高壓水頭供水工程管材采用球墨鑄鐵管是合理的。

［1］北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.CECS142—2002給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.北京：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會，2002.

［2］北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院.GB50332—2002給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］建設(shè)部城市建設(shè)司.GB50268—97給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

TU991

B

1007-7596（2015）07-0082-04

2015-06-28

趙軍（1986-），男，湖北荊州人，工程師，研究方向?yàn)樗こ淘O(shè)計(jì)。