浅谈贵州山区农村饮水安全项目长距离pe重力输水管道设计与施工技术要点.doc

'浅谈贵州山区农村饮水安全项目长距离PE重力输水管道设计与施工技术要点　　摘要：贵州山区农村饮水安全项目的显著特点是工程建设规模小，村民居住分散，水源条件较差，需长距离输水解决工程供水问题。工程设计实践中，输水管沿线地形、地质条件复杂，山高坡陡，落差大，项目设计和施工难度较大。本文结合项目当地实际，就工程中广泛使用的PE重力输水管道输水管线平面布置、管道选线、管径优化选择、水力计算和主要施工技术作简要阐述，供同类工程设计和施工管理参考。　　关键词：饮水安全；输水管道；设计与施工；技术要点　　中图分类号：TU991文献标识码：A　　前言　　根据贵州省农村饮水安全项目建设规划，“十二五”期末将基本解决全省的农村饮水不安全问题。通过近10a来的建设，全省饮水安全项目建设已近收尾。地形条件较好、地势平坦的山间平地村庄和农村集镇饮水不安全问题已解决，余下的大部分是地处高山区、半高山区和丘陵地貌的村寨，项目建设就近无可靠水源条件支撑，村民居住分散、水源条件差、须长距离输水方可解决。实践证明，山区农村小型饮水安全工程的输、配水管网投资占项目总投资的50%～70%，因此，搞好管网工程的设计优化与施工管理十分必要。　　1山区地形地貌及管道布置特点 　　以贵州省松桃县为例，山区常见地貌特点为山高坡陡、林密，悬崖、深谷，部分地区岩层破碎、岩石裸露，水土流失严重，易滑坡、易见泥石流。饮水安全工程水源常选用深山密林中的溪流为水源，输水管道平面布置最显著的特点距离长、纵向坡度大（i>2%），常结合地形条件，采用重力输水。输水管道常穿越在起伏不平的山间密林、深谷沟壑中，管线全程属典型的贵州山区喀斯特地貌。　　2管道设计要点　　2.1平面布置原则和要求　　山区农村供水工程结合地形条件应优先采用全程重力输水方式。管线布置应与地形坡度相适应，坡度较陡地区（i>6%）输水管线走向一般情况下应沿等高线按水流方向顺坡布置，在个别地形特殊情况下如须反坡布置，应慎重研究。线路应保证供水安全，尽量做到线路最短，土石方量最小，造价经济，施工维护方便，最大程度减少林地破坏、少占或不占农田。尽量满足管道埋地要求，不能出现较大的起伏和急转弯以避免管内产生负压，同时应避免穿越易发生滑坡、泥石流等不良地质地段，减少与公路、河流、民居等障碍物的交叉。　　坡度较陡，地形高差超过60m，高程控制满足输水要求时，为降低工程造价，可考虑降低管材压力等级，在适应地形处设置减压池或跌水井。在山区大落差、长距离输水管线中应尽量避免使用减压阀减压，如运行管理维护不当，将严重影响管道安全。如条件所限，必须设置减压阀时，应在同一高程控制点上采取双阀串联布置，确保管道系统安全。 　　长距离输水管道的隆起点应设置自动排气阀，在连续下坡的低洼处或反坡走向的坡脚起点处应设置口径不小于管径1/3的排空管（阀）。在长距离无隆起点的平直管段，管径在DN100以下时，为保证排除管内空气，宜每隔离1.0km相应设置排气阀。　　小型农村饮水安全工程（Ⅲ类以下）一般考虑单管布置。为保证安全供水，可在水厂调节构筑物设计时，适当加大其容积，按事故用水量与事故延续时间计算。　　输水管道布置应结合当地发展规划，考虑设计现状年、水平年、中远期结合和分步实施的可能性。　　2.2管径计算　　管径大小直接影响工程投资，是工程设计概算中投资控制的主要因素之一。因此，合理确定管径，是输水管道设计的主要任务。其计算式如下：　　式中：D为计算管径（mm），Q为输水管道设计流量（m3/s），一般取值是最高日工作时的平均取水量；V为经济流速（m/s），小型工程可参考本地区同类工程的经济流速取值，贵州山区工程一般取值为0.6～1.4，管径小取小值，相反取大值。为防止管网产生水锤破坏，流速不得高于2.5～3.0m/s，为避免水中杂质沉积，流速不得小于0.5m/s。　　2.3水力计算 　　输水管道水力计算的目的是确定管道水头损失，绘制水压线，复核管道的过水能力是否满足要求。为满足工程技术经济要求，长距离输水管道工程常根据地形条件、高差，采用几种型号管径串联方式布置。为避免水压计算错误或管径选择不合理，水压线计算应采取从下游向上游计算。重力输水管道理论上应保证管道全程为压力流的状态下且两计算管段之间（两减压池自由水面之间）地形高差等于其水头损失时才是最合理的。管道水头损失当长度大于其管径的1000倍时，一般按长管计算（不计局部损失和流速水头），否则按短管计算。对工程中常用的塑料管道（PE或UPVC）推荐计算公式如下：　　式中：h为水头损失（m），k为局部水头损失系数，取值为1.05～1.1，L为管长（m），Q为输水管道设计流量（m3/s），d为计算管道内径（m）。　　2.4管材压力等级及材料选择　　供水管道压力包括设计内水压力、工作压力。设计内水压力、工作压力应根据实际计算确定并按照静水压力进行复核。2减压池之间的管道供水管材及其规格应根据设计内径、设计内水压力、铺设方式、外部荷载、地形、地质、施工和材料供应等条件，通过结构计算和技术经济比较确定。对常用PE管材其设计内水压力为最大工作压力的1.5倍，对选用钢管以及其他材料的管材时应根据规范合理确定其设计压力。 　　山区地形复杂、交通不便、施工难度较大，输水管材质选择一般原则是符合卫生、安全、安装使用方便、检修容易的要求。室外给水管材包括PE、UPVC、钢管、铸铁管等材料。山区农村供水工程管材一般条件下，当设计压力小于1.0MPa时推荐选择优质PE管。个别无法进行地埋的特殊地段以及压力在1.0MPa以上时可选用钢管或铸铁管。PE管材相对于其他材料，其主要优点是重量轻、易于运输和安装，耐化学腐蚀性优良，管壁光滑不结垢，对介质的流动阻力小，卫生无毒，对输送的水质不会造成污染，施工方便，使用寿命长，维修方便。PE管材柔韧性突出（脆化温度可达-800），适应山区地形变化能力强，抗紫外线稳定性好，是目前给水市场上的主打产品。　　2.5管道附属设施及构筑物　　2.5.1控制阀门　　管道进出水口（含减压池）一般情况下应设置阀门，阀门口径和水管直径相同。当管径大于500mm时，为降低造价，可考虑缩小阀门口径，但不得小于80%。　　2.5.2排气阀　　在长距离输水管的最高处或管桥上应设置排气阀。管径DN400mm以上时设置双口排气阀，口径为输水管径的1/8～1/10。　　2.5.3排空阀门　　管线的最低点或反坡段的起点应设置排空阀。排空阀和排水管的直径由放空时间确定，放空时间按一定工作水头下孔口出流公式计算。　　2.5.4管道基础　　管道一般应铺设在未经扰动的原状土层上，管道周围200mm范围内用细土回填，回填的压实系数应不小于90%；当在岩基上铺设管道时应铺设砂垫层；在承载力达不到设计要求的软基础上埋设管道时应进行基础处理。　　2.5.5防滑墩　　山区输水管道纵向坡度较大，当坡度在1：6以上时，应对管道稳定性进行验算。不符合稳定要求的，为防止管道下滑，应设置防滑墩。防滑墩基础必须浇筑在原状土内并将管道用钢箍锚固在防滑墩上。采用钢制管箍固定时应作防腐处理，与管道接触面应加保护垫片。　　2.5.6其他防护措施 　　当管道穿越河流、沟谷、陡坡等易受洪水或雨水冲刷的地段时应采取修建砼排水沟、渠，保护堤或外加套管等防护措施。管道埋深一般地段其管顶覆土不小于70cm，PE管不得明铺，特殊地段确须明铺钢管时，必须采取防冻措施。　　3施工要点　　3.1管材采购、运输及堆放　　PE管材应采购符合国家塑料管材卫生与安全技术质量标准的管材，管材型号、规格、压力等级应符合设计要求。运输、装卸和存放过程中应严禁抛扔和激烈碰撞，运输和施工过程中应避免管材被尖硬物括伤，管材存放应避免阳光曝晒，防止管材变形、老化。　　3.2管道中心线槽放线测量　　管槽中心线应采用经纬仪或全站仪根据设计文件所提供的坐标值进行放线测量。测量的内容、方法、要求及充许偏差应符合设计要求。管槽控制点高程、开挖断面尺寸、转弯半径应严格控制在设计允许测量误差和设计要求内。　　3.3管槽开挖 　　开挖管槽应保证土质边坡稳定，根据现场施工要求确定是否须要进行边坡支撑。雨季施工应根据当地气象资料，尽量做到挖沟、安装、回填同步进行，以防沟槽塌方及管材浮起，沟槽如有积水应及时排除。在地下水位较深地段施工时，应根据水文地质及沟槽深度条件采取相应的降低地下水位或排水措施。沟底开挖宽度一般为管外径超宽0.5m，沟深超1.0m时，每加深1.0m，其底宽相应增加0.1～0.2m。开挖沟槽时，沟底应保留设计标高0.2～0.3m的原状土，禁止扰动。　　3.4管槽回填　　管道安装铺设完毕后应及时进行回填。直接接触管材的部位回填土不得含有砾石、冻土及其它尖硬物体。管道穿越不良地质地段或沟槽边坡出现塌方，过大的突发荷载造成管材变形时，应及时清除过量荷载待管材恢复正常后再回填，以防止管道永久变形影响正常运行及维修。在回填中不得出现管道移位、转动等现象。回填应先填管道两侧再填管顶，每次回填层厚一般为0.2cm，并依次人工捣实。回填土密实度应不小于90%。　　3.5管道连接与安装　　管道连接与安装应按下管、稳管、接口、质量检查与验收次序分步进行。对较大管径可采用立管下绳放管的方式。PE管材一般采用热熔对接。管材与金属阀件连接时应使用法兰连接。热熔对接质量应符合以下要求：连接完成后应进行翻边对称性检验。接头应具有沿管材整个圆周平滑对称的翻边，翻边最低处的深度不应低于管材表面。接头应对正不得有错位。焊缝2侧紧邻翻边的外圆周的任何一处错边量不应超过管材壁厚的10%。翻边应实心圆滑，根部较宽，翻边下侧不得有杂质、小孔、扭曲和破坏。每隔50m进行1800背弯试验，不应有开裂、裂缝、接缝处不得露出熔合线。PE管道安装过程中，允许弯曲半径不应小于25DN，当弯曲管段上承口管件时，管道允许弯曲半径不应小于125DN，严禁采用机械或加热的方式弯曲管道。　　3.6水压试验 　　输水管道安装完成后应进行水压试验。长距离管道可分段进行水压试验，分段长度不大于1000m。试验管道灌满水后应在不大于工作压力下进行浸泡。PE管浸泡时间不少于24h。当水压上升到试验压力时，保持恒压时间10min，检查接口、管身有无破损及渗漏。在规定的试验压力下，管道渗漏量不大于规定值时即视为合格。PE管严密性试验允许渗水量可参见表1。　　4结束语　　山区农村饮水安全工程重力输水管道设计应结合项目所在地的实际地形、地质条件，选择合适的管道平面布置方式，充分利用自然高程落差所形成的水头，采用合理的管道经济流速计算管径，正确绘制水压线。输水管道材质的选择应符合卫生、安全可靠的要求，管道安装规范、施工中应强化质量控制，保证项目顺利实施和建成后运行管理方便，项目建成后实现经济、安全和可持续发展。　　参考文献　　[1]GB（50013-2006）.室外给水设计规范[S].　　[2]SL（310-2004）.村镇供水工程技术规范[S].　　作者简介：肖殷（1971-），男，贵州松桃人，工程师，从事水利工程设计和建设管理工作。'