给排水管道工程技术-水管材料与配件

给水管道的根本任务是向用户提供清洁的饮用水，连续供应有压力的水，同时降低供水费用。为此，给水管网作为供水系统的重要环节，对于它的硬件有以下5点要求：

（1）封闭性能高。供水管网是承压的管网，管道具有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。

（2）输送水质佳。自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含氯水与管壁发生新的接触，有可能产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的，因此要求管道内壁既要耐腐蚀性，又不会向水中析出有害物质。

（3）设备控制灵。一个大城市的供水管网，管道总长度少的有数百千米，多的达数千千米，在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。

在管网上的专用设备包括：阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、调流阀、水锤消除器、检修孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。

（4）水力条件好。供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能降低水头损失，确保服务水头。

（5）建设投资省。供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50%～70%，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。

1.2.1.1　给水管道材料

给水管材常可以分为金属管材料、非金属管材料两大类。

1.金属管

目前常用的金属管主要有钢管和铸铁管。

（1）钢管。钢管分为焊接钢管和无缝钢管两大类。

焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，但一般强度低于无缝钢管。焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管（图1.2.1）。

直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30%～100%，而且生产速度较低。因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。

无缝钢管（图1.2.2）是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拔制成。

图1.2.1　螺旋焊管

图1.2.2　无缝钢管

国内过去小口径管道上，主要使用的是镀锌钢管（白铁管），但因锈蚀问题，影响水质及使用年限，近年多数城市已不再使用。薄壁不锈钢管不存在锈蚀与材质老化的问题，使用寿命长，外形美观，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。

钢管用焊接或者法兰接口，小口径的可用丝扣连接。所用配件可用钢板卷焊而成，或直接用标准铸铁配件连接。

优点是强度高、抗振性能好、重量比铸铁管轻、接头少、内外表面光滑、容易加工和安装；缺点是抗腐蚀性能差。

（2）铸铁管。用铸铁浇铸成型的管子。铸铁管用于给水、排水和煤气输送管线，劳动强度小。铸铁管材质可分为灰铸铁管和球墨铸铁管。

1）灰铸铁管。灰铸铁管（图1.2.3）有较强的耐腐蚀性，以往使用最广，但由于连续铸管工艺的缺陷，质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，重量较大，且经常发生接口漏水、水管断裂和爆管事故，给生产带来很大的损失。灰铸铁管的性能虽相对较差，但可用在直径较小的管道上，同时采用柔性接口，必要时可选用较大一级的壁厚，以保证安全供水。

2）球墨铸铁管。球墨铸铁管（图1.2.4）具有灰铸铁管的许多优点，而且机械性能有很大提高，其强度是灰铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管，因此是理想的管材。球墨铸铁管的重量较轻，很少发生爆管、渗水和漏水现象，可以减少管网漏损率和管网维修费用。球墨铸铁管采用推入式楔形胶圈柔性接口，也可用法兰接口，施工安装方便，接口的水密性好，有适应地基变形的能力，抗震效果好。

图1.2.3　铸铁管

图1.2.4　球墨铸铁管

球墨铸铁管在给水工程中已有50多年的使用历史，在欧美发达国家已基本取代了灰铸铁管。近年来，随着工业技术的发展和给水工程质量要求的提高，我国已开始推广和普及使用球墨铸铁管，逐步取代灰铸铁管。据统计，球墨铸铁管的爆管事故发生率仅为普通灰铸铁管的1/16。球墨铸铁管主要优点是耐压力高，管壁比非铸铁管薄30%～40%，因而重量较灰铸铁管轻，同时，它的耐腐蚀能力大大优于钢管，使用寿命长。据统计，球墨铸铁管的使用寿命是灰铸铁管的1.5～2.0倍，是钢管的3～4倍。已经成为我国城市供水管道工程中的推荐使用管材。

铸铁管接口有两种形式：承插式（图1.2.5）和法兰式（图1.2.6）。水管接头应紧密不漏水且稍带柔性，特别是沿管线的土质不均匀而有可能发生沉陷时。

图1.2.5　承插式

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图1.2.6　法兰式

1—法兰；2—垫片；3—螺栓

承插式接口适用于埋地管线，安装时将插口接入承口内，两口之间的环形空隙用接头材料填实，接口时施工麻烦，劳动强度大。接口材料一般可用橡胶圈、膨胀性水泥或石棉水泥，特殊情况下也可用青铅接口。当承插式铸铁管采用橡胶圈接口时，安装时无需敲打接口，可减轻劳动强度，加快施工进度。

法兰接口的优点是接头严密，检修方便，常用以连接泵站内或水塔的进、出水管。为使接口不漏水，在两法兰盘之间嵌以3～5mm厚的橡胶垫片。

优点是耐腐蚀性能强、使用寿命长、价格低；缺点是性脆、重量大、长度小。

2.非金属管

在给水工程建设中，有条件时宜以非金属管代替金属管，对于加快工程建设和节约金属材料都有现实意义。

（1）塑料管材。塑料管一般是以塑料树脂为原料、加入稳定剂、润滑剂等，以塑的方法在制管机内经挤压加工而成。由于它具有质轻、耐腐蚀、外形美观、无不良气味、加工容易、施工方便等优点，但是管材的强度较低，膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，例如伸缩节和活络接口。

塑料管有多种，如硬聚氯乙烯管（UPVC管）（图1.2.7）、聚乙烯管（PE管）（图1.2.8）、聚丁烯管（PB管）、交联聚乙烯（PEX）管、聚丙烯共聚物PP R、PP C管等。

图1.2.7　硬聚氯乙烯管（UPVC管）

图1.2.8　聚乙烯管（PE管）

其中，硬聚氯乙烯（UPVC）管是一种新型管材，力学性能和阻燃性能力好，价格较低，因此应用较广。其工作压力宜低于2.0MPa，用户进水管约常用管径为DN25和DN50，小区内为DN100～DN200。管径一般不大于DN400。为了推广应用，还须开发质量高、规格齐全的管配件和阀门。管道接口在无水情况下可用胶合剂粘接，承插式管可用橡胶圈柔性接口，也可用法兰连接。塑料管在运输和堆放过程中，应防止剧烈碰撞和阳光曝晒，以防止变形和加速老化。

与铸铁管相比，塑料管的水力性能较好，由于管壁光滑，在相同流量和水头损失情况下，塑料管的管径可比铸铁管小；塑料管相对密度在1.4左右，比铸铁管轻，又可采用橡胶圈柔性承插接口，抗震和水密性较好，不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工费用。可以预见，塑料管将成为城市供水中中小口径管道的一种主要管材。

（2）预应力和自应力钢筋混凝土管。

1）预应力钢筋混凝土管。用于给水的预应力混凝土管道，目前国内使用的有两种：一种是预应力钢筋混凝土管，另一种是钢套筒预应力混凝土管（PCCP管）。其特点是造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低，但重量大，不便于运输和安装。

预应力钢筋混凝土管[图1.2.9（a）]在设置阀门、弯管、排气、放水等装置处，须采用钢管配件。预应力钢筒混凝土管[图1.2.9（b）]是在预应力钢筋混凝土管内放入钢筒，其用钢量比钢管省。接口为承插式，承口环和插口环均用扁钢压制成型，与钢筒焊成一体。

图1.2.9　预应力混凝土管

预应力钢筋混凝土管在我国是应用相当广泛的供水管材之一，并制定了完善的管道产品标准和工程设计、安装规范。它比钢铁管节约钢材，价格比铜管便宜，在输水的过程中不结水垢，管径变化不大，送水能力及水质不变。安装预应力钢筋混凝土管只要在插口端套上密封橡胶圈，然后把它插进另一根管的承口端就行了，不需要打口，管道可整切，开孔相配管件，操作方便，安装速度快。

预应力钢筋混凝土管主要缺点是管材质量不稳定，承插口加工精度差，多存在漏水现象，另外管材还存在表层混凝土脱落钢筋骨架外露腐蚀等情况，管材使用寿命短。在已建的管道中出现过爆管事故，漏水现象时有发生。

近年引进国外技术生产的钢套筒预应力混凝土管，管道管身中央有1～2mm的钢板，钢板卷成管状，经过打压试验，可保证其不渗漏。接口采用钢环承插口，钢环与管身钢管焊接。钢环承插口的加工精度较高。承插口嵌入橡胶圈，可防止渗漏。多用于大口径管道。钢筒混凝土管兼有钢管和混凝土管的抗爆、抗渗及抗腐蚀性，钢材用量约为铸铁管的1/3，使用寿命可达50年以上，管道综合造价较低，价格与普通铸铁管相近，是一种极有应用前途的管材。我国目前生产的管径为600～3400mm，管长5m，工作压力为0.4～2.0MPa。

2）自应力管。自应力管（图1.2.10）是用自应力混凝土并配置一定数量的钢筋制成的。制管工艺简单，成本较低。制管用的预应力水泥是425号或525号普通硅酸盐水泥、325号或425号矾土水泥和二水石膏，按适当比例加工制成，所用钢筋为低碳冷拔钢丝或钢丝网。但由于容易出现二次膨胀及横向断裂，目前主要用于小城镇及农村供水系统中。

3）玻璃钢管。玻璃钢管（图1.2.11）是一种新型管材，以玻璃纤维和环氧树脂为基本原料预制而成，它耐腐蚀性强，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小。在相同使用条件下，重量只有钢材的1/4左右，是预应力钢筋混凝土管的1/5～1/10，因此便于运输和施工；但价格较高，几乎和钢管相接近，可考虑在强腐蚀性土壤处采用。

图1.2.10　自应力混凝土管

图1.2.11　玻璃钢管

在玻璃钢管的基础上发展起来的玻璃纤维增强塑料夹砂管（简称玻璃钢夹砂管或RPM管），增加玻璃钢管的刚性和强度，在我国给水管道中也开始得到应用。RPM管用高强度的玻纤增强塑料作内、外面板，中间以廉价的树脂和石英砂做芯层组成夹芯结构，以提高弯曲刚度，并辅以防渗漏和满足功能要求（例如达到食品级标准或耐腐蚀）的内衬层形成一复合管壁结构，满足地下埋设的大口径供水管道和排污管道使用要求。

1.2.1.2　给水配件

在管线转弯、分支、直径变化以及连接其他附属设备处，须采用各种标准水管配件。例如，承接分支用三通；管线转弯处采用各种角度的弯管；变换管径处采用渐缩管；改变接口形式处采用短管，如连接法兰用承盘短管；还有修理管线时用的配件，接消火栓用的配件等，如图1.2.12所示。

水管及配件是安装给水管网的主要材料，选用时应综合考虑管网中所承受的压力、敷设地点的土质情况、施工方法和可取得的材料等因素。输配水管网的造价占整个给水工程投资的大部分，一般约为50%～70%。正确的选用管道材料，对工程质量、供水的安全可靠性及维护保养均有很大关系。因此，给水工程技术人员必须重视和掌握水管材料的种类、性能、规格、使用经验、价格和供应情况，才能做到合理选用水管材料，做出正确的设计。