淺談貴州山區(qū)農村飲水安全項目長距離PE重力輸水管道設計與施工技術要點.doc

1、淺談貴州山區(qū)農村飲水安全項目長距離PE重力輸水管道設計與施工技術要點 摘 要：貴州山區(qū)農村飲水安全項目的顯著特點是工程建設規(guī)模小，村民居住分散，水源條件較差，需長距離輸水解決工程供水問題。工程設計實踐中，輸水管沿線地形、地質條件復雜，山高坡陡，落差大，項目設計和施工難度較大。本文結合項目當地實際，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、水力計算和主要施工技術作簡要闡述，供同類工程設計和施工管理參考。 關鍵詞：飲水安全；輸水管道；設計與施工；技術要點 中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 前言 根據貴州省農村飲水安全項目建設規(guī)劃，“十二五”期末將基本解決全省

2、的農村飲水不安全問題。通過近10a來的建設，全省飲水安全項目建設已近收尾。地形條件較好、地勢平坦的山間平地村莊和農村集鎮(zhèn)飲水不安全問題已解決，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，項目建設就近無可靠水源條件支撐，村民居住分散、水源條件差、須長距離輸水方可解決。實踐證明，山區(qū)農村小型飲水安全工程的輸、配水管網投資占項目總投資的50%70%，因此，搞好管網工程的設計優(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 以貴州省松桃縣為例，山區(qū)常見地貌特點為山高坡陡、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距離長、縱向坡度大（i>2%），常結合地形條件，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 管道設計要點 2.1 平面布置原則和要求 山區(qū)農村供水工程結合地形條件應優(yōu)先采用全程重力輸水方式。管線布置應與地形坡度相適應，坡度較陡地區(qū)（i>6%）輸水管線走向一般情況下應沿等高線按水流方向順坡布置，在個別地形特殊情況下如須反坡布置，應慎重研究。線路應保證供水安全，盡量做到線路最短，土石方量最小，造價經濟，施工維護方便，最大程度減少林地破壞、少占或不占農田。盡量滿足管道埋地要求，不能出現較大的

4、起伏和急轉彎以避免管內產生負壓，同時應避免穿越易發(fā)生滑坡、泥石流等不良地質地段，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60m，高程控制滿足輸水要求時，為降低工程造價，可考慮降低管材壓力等級，在適應地形處設置減壓池或跌水井。在山區(qū)大落差、長距離輸水管線中應盡量避免使用減壓閥減壓，如運行管理維護不當，將嚴重影響管道安全。如條件所限，必須設置減壓閥時，應在同一高程控制點上采取雙閥串聯(lián)布置，確保管道系統(tǒng)安全。 長距離輸水管道的隆起點應設置自動排氣閥，在連續(xù)下坡的低洼處或反坡走向的坡腳起點處應設置口徑不小于管徑1/3的排空管（閥）。在長距離無隆起點的平直管段，管徑在DN100以下

5、時，為保證排除管內空氣，宜每隔離1.0km相應設置排氣閥。 小型農村飲水安全工程（類以下）一般考慮單管布置。為保證安全供水，可在水廠調節(jié)構筑物設計時，適當加大其容積，按事故用水量與事故延續(xù)時間計算。 輸水管道布置應結合當地發(fā)展規(guī)劃，考慮設計現狀年、水平年、中遠期結合和分步實施的可能性。 2.2 管徑計算 管徑大小直接影響工程投資，是工程設計概算中投資控制的主要因素之一。因此，合理確定管徑，是輸水管道設計的主要任務。其計算式如下： 式中：D為計算管徑（mm），Q為輸水管道設計流量（m3/s），一般取值是最高日工作時的平均取水量；V為經濟流速（m/s），小型工程可參考本地區(qū)同類工程的經濟流速取值，

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。為防止管網產生水錘破壞，流速不得高于2.53.0m/s，為避免水中雜質沉積，流速不得小于0.5m/s。 2.3 水力計算 輸水管道水力計算的目的是確定管道水頭損失，繪制水壓線，復核管道的過水能力是否滿足要求。為滿足工程技術經濟要求，長距離輸水管道工程常根據地形條件、高差，采用幾種型號管徑串聯(lián)方式布置。為避免水壓計算錯誤或管徑選擇不合理，水壓線計算應采取從下游向上游計算。重力輸水管道理論上應保證管道全程為壓力流的狀態(tài)下且兩計算管段之間（兩減壓池自由水面之間）地形高差等于其水頭損失時才是最合理的。管道水頭損失當長度大于其管徑的1000倍

7、時，一般按長管計算（不計局部損失和流速水頭），否則按短管計算。對工程中常用的塑料管道（PE或UPVC）推薦計算公式如下： 式中：h為水頭損失（m），k為局部水頭損失系數，取值為1.051.1，L為管長（m）， Q為輸水管道設計流量（m3/s），d為計算管道內徑（m）。 2.4 管材壓力等級及材料選擇 供水管道壓力包括設計內水壓力、工作壓力。設計內水壓力、工作壓力應根據實際計算確定并按照靜水壓力進行復核。2減壓池之間的管道供水管材及其規(guī)格應根據設計內徑、設計內水壓力、鋪設方式、外部荷載、地形、地質、施工和材料供應等條件，通過結構計算和技術經濟比較確定。對常用PE管材其設計內水壓力為最大工作壓力的

8、1.5倍，對選用鋼管以及其他材料的管材時應根據規(guī)范合理確定其設計壓力。 山區(qū)地形復雜、交通不便、施工難度較大，輸水管材質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)農村供水工程管材一般條件下，當設計壓力小于1.0MPa時推薦選擇優(yōu)質PE管。個別無法進行地埋的特殊地段以及壓力在1.0MPa以上時可選用鋼管或鑄鐵管。PE管材相對于其他材料，其主要優(yōu)點是重量輕、易于運輸和安裝，耐化學腐蝕性優(yōu)良，管壁光滑不結垢，對介質的流動阻力小，衛(wèi)生無毒，對輸送的水質不會造成污染，施工方便，使用壽命長，維修方便。PE管材柔韌性突出（脆化溫度可達

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

10、未經擾動的原狀土層上，管道周圍200mm范圍內用細土回填，回填的壓實系數應不小于90%；當在巖基上鋪設管道時應鋪設砂墊層；在承載力達不到設計要求的軟基礎上埋設管道時應進行基礎處理。 2.5.5 防滑墩 山區(qū)輸水管道縱向坡度較大，當坡度在1：6以上時，應對管道穩(wěn)定性進行驗算。不符合穩(wěn)定要求的，為防止管道下滑，應設置防滑墩。防滑墩基礎必須澆筑在原狀土內并將管道用鋼箍錨固在防滑墩上。采用鋼制管箍固定時應作防腐處理，與管道接觸面應加保護墊片。 2.5.6 其他防護措施 當管道穿越河流、溝谷、陡坡等易受洪水或雨水沖刷的地段時應采取修建砼排水溝、渠，保護堤或外加套管等防護措施。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，必須采取防凍措施。 3 施工要點 3.1 管材采購、運輸及堆放 PE管材應采購符合國家塑料管材衛(wèi)生與安全技術質量標準的管材，管材型號、規(guī)格、壓力等級應符合設計要求。運輸、裝卸和存放過程中應嚴禁拋扔和激烈碰撞，運輸和施工過程中應避免管材被尖硬物括傷，管材存放應避免陽光曝曬，防止管材變形、老化。 3.2 管道中心線槽放線測量 管槽中心線應采用經緯儀或全站儀根據設計文件所提供的坐標值進行放線測量。測量的內容、方法、要求及充許偏差應符合設計要求。管槽控制點高程、開挖斷面尺寸、轉彎半徑應嚴格控制在設計允許測量誤差和設計要求內。 3.3 管槽開挖 開挖

12、管槽應保證土質邊坡穩(wěn)定，根據現場施工要求確定是否須要進行邊坡支撐。雨季施工應根據當地氣象資料，盡量做到挖溝、安裝、回填同步進行，以防溝槽塌方及管材浮起，溝槽如有積水應及時排除。在地下水位較深地段施工時，應根據水文地質及溝槽深度條件采取相應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，每加深1.0m，其底寬相應增加0.10.2m。開挖溝槽時，溝底應保留設計標高0.20.3m的原狀土，禁止擾動。 3.4 管槽回填 管道安裝鋪設完畢后應及時進行回填。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。管道穿越不良地質地段或溝槽邊坡出現塌方，過大的突發(fā)荷載造成

13、管材變形時，應及時清除過量荷載待管材恢復正常后再回填，以防止管道永久變形影響正常運行及維修。在回填中不得出現管道移位、轉動等現象?；靥顟忍罟艿纼蓚仍偬罟茼敚看位靥顚雍褚话銥?.2cm，并依次人工搗實?；靥钔撩軐嵍葢恍∮?0%。 3.5 管道連接與安裝 管道連接與安裝應按下管、穩(wěn)管、接口、質量檢查與驗收次序分步進行。對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接。管材與金屬閥件連接時應使用法蘭連接。熱熔對接質量應符合以下要求：連接完成后應進行翻邊對稱性檢驗。接頭應具有沿管材整個圓周平滑對稱的翻邊，翻邊最低處的深度不應低于管材表面。接頭應對正不得有錯位。焊縫2側緊鄰翻邊的外圓周

14、的任何一處錯邊量不應超過管材壁厚的10%。翻邊應實心圓滑，根部較寬，翻邊下側不得有雜質、小孔、扭曲和破壞。每隔50m進行1800背彎試驗，不應有開裂、裂縫、接縫處不得露出熔合線。PE管道安裝過程中，允許彎曲半徑不應小于25DN，當彎曲管段上承口管件時，管道允許彎曲半徑不應小于125DN，嚴禁采用機械或加熱的方式彎曲管道。 3.6 水壓試驗 輸水管道安裝完成后應進行水壓試驗。長距離管道可分段進行水壓試驗，分段長度不大于1000m。試驗管道灌滿水后應在不大于工作壓力下進行浸泡。PE管浸泡時間不少于24h。當水壓上升到試驗壓力時，保持恒壓時間10min，檢查接口、管身有無破損及滲漏。在規(guī)定的試驗壓力下，管道滲漏量不大于規(guī)定值時即視為合格。PE管嚴密性試驗允許滲水量可參見表1。 4 結束語 山區(qū)農村飲水安全工程重力輸水管道設計應結合項目所在地的實際地形、地質條件，選擇合適的管道平面布置方式