禄丰县大滴水及德钢至石门水库引水管道工程的设计和施工实践浅析

摘要：管道供水工程是水资源利用的重要组成部分，管道供水以其用水保证率高、缩短供水距离、安全卫生、节水环保、管理方便等优点，成为当前合理开发水资源的主要工程措施。本文介绍的工程设计、实施和研究成果，对实际工程有一定的现实意义。

关键词：禄丰县；管道工程设计；工程施工

1、引言

城镇供水工程随着科技的进步和居民生活质量的提高，管道供水较传统渠道引水的优越性日益显著。在有利于工程经营管理、方便实用、安全卫生、节水环保、用水保证率高等方面具有明显的优势。禄丰县城自来水大滴水引水工程管道全长22.34Km，所用管径为DN600mm和DN500mm预应力钢筋混凝土管材；德钢至石门水库引水工程管径采用DN800mm预应力筋混凝土管材，管道全长2.68Km。上述工程启用至今，从经济、安全、适用和效益的角度来分析都是比较科学合理的。

2、管材的选择

在输配水管道安装工程中使用的管材可分为金属管和非金属管两类，常见的金属管有铸铁管、钢管、球墨铸铁管等，非金属管有塑料管（PVC管、PE管、PP管），自应力钢筋混凝土管，随着管材生产工艺和各种新型材料的广泛应用，逐步创新生产了预应力钢筋混凝土管、预应力钢筒混凝土管、UPVC管、玻璃钢塑料复合管、玻璃钢管被广泛地应用到工程实践中。

因城镇供水直接影响居民的健康质量，其供水安全、管材对水的质量是否存在二次污染和工程自身的经济效益的优劣，成为了工程首先考虑的问题。管道供水工程投资中管材投资比例占工程总投资份额最大，实践证明管道工程设计中，科学合理选择管材是决定项目能否发挥正常功能，有利于施工和进度，以及工程效益最大化的关键。

因管材生产材料、技术及生产工艺的不同和差异。同一管径和长度的管道相比：从材料性能来看管材不易断裂；管道自重相对较轻、安装更简单快捷；安装后内外承压力及安装的密闭性更好；抗腐蚀性能较优、管内壁不易结垢；从水力性能来看能实现更大的供水流量，从综合安装维护造价来看有着更加优越的性价比，则可认为是选择了比较理想管材。

城镇引水管材大多选用管径范围在Φ300―Φ1200 mm之间，工作压力多为0.2―1.2 Mpa之间的管材，就目前情况来看非金属管在小管径和易埋设的条件下较为经济实用，压力管道管径范围在Φ20―Φ700 mm之间，是“以塑代钢”的适宜选择；由下面方案进行比较，非常清楚地看出，在供水安全、卫生，施工占地少，管道施工适应性好的前提条件下，钢筋预应力混凝土管和钢筒混凝土管工作压力在0.4―1.6 Mpa之间，相对管径偏大的管材选择上较其它管材更具优势。钢筒混凝土管与预应力钢筋混凝土管相比，除价格偏高以外，在安装管径大，施工地质条件复杂的情况下优势明显；玻璃钢管管材根据模拟实验资料显示，在用含大量泥砂的水装入管材内，经30万次旋转后，检测管内壁磨损深度，经表面硬化处理的钢管为0.48mm，玻璃钢管仅为0.21mm，所以玻璃钢管不仅糙率小，且更为耐磨。从实例讲，由深圳至香港的供水工程，供水管道长50公里，分别用两条内径为2.2m和1.7m玻璃钢管道，从1965年使用至今仍完好无损，故工作压力在0.4―1.6 Mpa之间，供水高差有限的情况下，以是一种良好的生活饮用水管道工程措施选择。

（4）总水头损失计算

可根据管线测量成果按式（8）计算，也可根据式（9）、（10），按经验局部水头损失的a倍8%～12%来计算，以可根据不同管材管道计算经验公式进行计算。

即：h=hf+ahf

一般管材管径均为定型尺寸，为达到充分利用自然水头，优化工程设计及投资的目的，里程较长的管道经常会设计成不同管径和管材混合安装在同一管道上使用，计算时根据上述公式及不同管材水力特性反复试算，直到符合设计要求。

4、方案比较

管道引水工程措施应用范围，通常地形复杂、区域跨度大，沟渠难配套和维护困难，有一定的供水自然落差；项目供水保证率要求高，有供水卫生考虑的。然后就是选用管材的经济、性能对比了，方案及投资比较以当时（2000年）禄丰地区市场价格为准，管径Φ500 mm、工作压力1.0 Mpa管材方案及投资比较如下。

（其中管材价含运费）

由上表和参与我县多项引水工程的设计及施工实践经验来看，在工作压力设计为1.0 Mpa以下管材使用范围内预应力钢筋混凝土管有较好的经济实用性；而作压力设计为1.0～2.0 Mpa使用范围内钢筒混凝土管和玻璃钢管优越性能比较显著。

5、预应力钢筋混凝土管道设计及施工

（1）预应力钢筋混凝土管因自重大、质脆，在运输装卸、安装过程中需小心以防断裂。

（2）安装时一般400～700 mm管径的借转角度不大于1.5°，400～700 mm管径的借转角度不大于1.0°。管槽底坡在1：1～1：0.5之间应考虑使用钢管安装，管槽底坡比1：0.5陡的应考虑修改管线和设计方案。

（3）在跨河，借转无法解决管道转向的和管槽底坡较陡的应使用钢结构弯头或直管安装，同时使用砼镇墩。所用管材钢结构承、插口应根据预应力钢筋混凝土管承、插口尺寸制作，与预应力钢筋混凝土管连接止水则正常使用橡胶圈，根据禄丰县城大滴水引水工程施工经验证明设计考虑钢管部分易腐蚀而将混凝土镇墩浇筑至与钢结构弯头连接的预应力钢筋混凝土管头50cm处，导致管道试压和运行期间有部分预应力钢筋混凝土管在靠近镇墩30cm处断裂。而德钢引水工程施工时，经过与设计方协商，把设计变更为钢结构弯头和直管承、插口露出镇边缘30～50cm，并做好该部位的防腐蚀措施，从而解决了预应力钢筋混凝土管靠近镇墩30cm处断裂的问题。钢筒混凝土管则兼备了钢管和预应力钢筋混凝土管的优点，但价格比预应力钢筋混凝土管高。预应力钢筋混凝土管的断裂，在不影响结构损坏的条件下，一般采用钢结构抱箍配合石棉自应力水泥及107胶水混合物塞填维修，养护24小时后可进行压水实验。

6、预应力钢筋混凝土管道压水实验的几点建议

管道工程中压水实验是检验管材质量和安装质量最直接有效的方法，但已是施工中最不安全的环节，目前就此问题相关资料多有不详并缺乏实践操作的有关资料和经验论述。

（1）管道安装过程中应尽量仔细认真检查管材质量和止水胶圈安装质量，以此最大限度减少管道压水实验次数，因压水过程不但有一定的危险，而且耗时费力。如果因此导致管道损毁，维修费用也很高。

（2）压水实验堵头位置的选择应先根据工作压力和管径大小先计算压水实验时堵头承受的总压力，一般用实验压力的1.2～1.5倍来计算。堵头位置选择原则为：管段地势相对高处，一般不宜选择在地势低洼积水的地点；除堵头处安装压力表以外，管道最低处附近应安装压力表；堵头设置在易取水处，但该处要地质条件要好，干燥易排水，管槽及管线相对平缓顺直，做到尽量利用地形条件降低堵头处因压水实验承受的总压力。为降低管道试压成本可在距离管口0.6～0.8米处设置两层以上方木（边长0.25米以上），受力面方木竖置以管槽，根据试压管径大小设1.2cm厚度钢板与千斤顶便于调整堵头与试压管道承、插口的距离，与夯土堆接触的方木则横置，整个堵头基础低于管槽基础，保证压水实验的安全。一般试压管段长度选择1.5公里左右较为合理，可根据堵头较理想的安置位置酌情增减试压管段长度，因管段试压长度与管道修复的经济合理性和管道压力稳压阶段单位时间内压力下降值有直接的关系。

（3）试压前已安装好的管道两侧土要回填夯实，管道夯实的覆土厚度应大于管承口的0.5倍，堵头钢构件上应设置配套进水管、压力表、补排气阀及配套球阀，加压时一般在正三角形位置上布置三个千斤顶，故堵头一般要用钢肋加固，靠近堵头的3根预应力管应采用比设计工作压力大1.2～1.5倍的管材，并用土完全夯实覆盖，防止因爆管而造成工作人员伤亡。试压前将水充满管道，将管道地形高程相对较高处加压至0.1～0.2 Mpa，利用补排气阀将管道内空气排出，在此条件下养护3天。

（4）压水实验时0～1.2 Mpa工作压力可采用多节泵加水增压，压水每增加0.2～0.4 Mpa压力可停止加压30分钟，其间试压管段工作区内应禁止人畜进入，严防发生安全事故。用方木与夯土堆建成的堵头支撑在管道加压过程中会产生位移和变形，应根据情况用安装好的千斤顶不断调整钢构件堵头与管道承或插口的距离，保证堵头处止水胶圈始终保持在密封状态，另外试压工作时应配齐必要的对讲通讯设备，保证整个工作现场通畅的协调与沟通。

（5）堵头的支座伸入管槽基础两侧及槽底，管道试压压力在1.2 Mpa以下范围内可采用40×40cm方木，长度200～300cm，砌成墙体状，一般使用两层，按受力方向前层竖直，后层横置，然后把方木后面用土方人工夯实回填至原地面高程。千斤顶根据压力大小选择，一般使用三个，与方木接触的受力部位同时作用于一块钢垫子上，若压力较大时应考虑混凝土支座。

7、结论

预应力钢筋混凝土管材是九十年代在我国逐渐使用的新型管材，具有价格适中、供水安全，可承受一般的外部动荷载，安装方便，对埋设基础和埋深无特殊要求，使用寿命长。当工作压力在1.0Mpa以下，管道需埋设施工时，相对投资效益、实用性、施工质量保障等方面表现优越；工作压力在1.0Mpa以上时钢筒混凝土管以不失为一种好的选择；玻璃钢管虽然管材相对便宜，但对地质条件和施工条件要求相对较高，应对复杂的施工环境的能力便弱。