玻璃钢夹砂管在供水工程中的应用

引言
　　玻璃钢夹砂管道是以玻璃纤维及其制品、不饱和聚酯树脂、石英砂为主要原料，采用缠绕法等工艺而生产的一种新型复合管材。综合成本低于目前常用的钢管、球铁管、预应力钢筋混凝土管，而且还有寿命长达50年，耐腐蚀、不爆管等优点[1]。玻璃钢夹砂管由于其各种优异特性，被广泛应用在给水工程与排水及石油、化工工业液体的输送工程中，取得了良好的应用效果，是一种具有大力推广价值的新型管材。
　　1 玻璃钢夹砂管的应用优势
　　1.1 玻璃钢夹砂管的特点
　　玻璃钢夹砂管是由基体树脂、增强材料、辅助材料等复合而成的管材，玻璃钢夹砂管由内衬层、结构层和构成。管壁由表面层、内增强层、结构层和内衬层组成，内衬层为防腐防渗层，由内表面层和次内层两部分组成，结构层由连续纤维缠绕层和树脂砂浆层组成，表面层由抗老化添加剂和树脂配制而成，其结构可根据实际情况的需要来设计，以满足不同性能的要求。与传统混凝土管材相比，玻璃钢夹砂管具有诸多优点（见表1）。玻璃钢夹砂管道的密度为1.65～2.2g／cm3，管壁结构致密、坚实，重量轻、强度高、韧性好，具有较好的耐热性和抗冻性，而且其内外层均由热同性树脂固化而成，具有很强的耐腐蚀能力，使用寿命长。与混凝土管相比，其内壁光滑、糙率和摩阻力小，输送效率很高。在合理设计和严格施工的情况下，大口径玻璃钢夹砂管的工程总造价常常低于混凝土管，具有良好的环境效益和社会效益，在工业供水及城市建设的给水排水工程、水利水电工程中得到越来越广泛地应用[2]。
　　
　　1.2 玻璃钢夹砂管在供水工程中的优点
　　现代供水工程的管道多是地下敷设的，玻璃钢夹砂管道在供水管道的使用中显示出了众多的优越，尤其是在地质复杂地段的成功使用，解决了传统管材所不能解决的技术困难。相同水力坡度与公称直径下，玻璃钢夹砂管道流量与流速大，为钢筋混凝土管道的1.55倍。玻璃钢夹砂管道耐腐蚀性极强，不论是管内的腐蚀，还是管外的腐蚀均可通过正确选用树脂与铺层予以解决。玻璃钢夹砂管道缠绕层的拉伸强度与拉伸模量均很高，在富树脂的内衬层和外保护层的阻拦下抗渗透性也很好，不易产生泄露而污染环境，符合供水管道建设的发展要求[3]。
　　2 玻璃钢夹砂管在工程中的应用
　　2.1 玻璃钢夹砂管的应用
　　近年来，随着城市建设的蓬勃开展，尤其是城市水务系统的大力建设，玻璃钢夹砂管以其优越的性能得到了广泛应用。例如一条长40 Km内径2.0m的供水管道，一个月可以供水25万t，采用钢管的耗电量约为680 万KW•h，用混凝土管耗电量为840万KW•h，而用玻璃钢夹砂管道耗电量仅为380 万KW•h，且采用玻璃钢夹砂管的维修检查次数少，能够保证安全供水。内蒙古准格尔黄河水务有限公司在万家寨引黄供水工程、黄河柳林滩供水工程以及准格尔旗大路煤化工基地供水工程中大量使用玻璃钢管，取得了很好的经济效益。实践证明使用玻璃钢夹砂管道作为供水管道，不仅有着显著的社会、经济效益，而且是利国利民的大好事。
　　2.2玻璃钢夹砂管应用中存在的问题及解决方法
　　玻璃钢管道具有安装方便、施工速度快的特点,但在作业人员缺少施工经验、安装不熟练的情况下,这一特点很难显现。在工程初期,大多数工人均为第一次接触玻璃钢管线施工,影响了施工进度和质量;管道运输中二次装卸搬运不当有管体破损现象;管线回填不按程序施工,盲目采用机械回填,易造成大石下落砸伤管道;管道回填厚度不够和不及时,在暴雨后发生管道漂浮现象。
　　玻璃钢管铺设时,接口的偏转角度控制在1°左右,最大不得超过1.5°,接口只能在规定的角度内转动。接口处在管道轴线方向有一定的间隙,应控制在5~15mm,保证管线不漏水。管线基础最好在均质原状土基上,当遇到较长距离松软基础或高膨胀性土包括人工填土、淤泥和湿陷性土基时,受地基沉降的影响,导致管道承插口变形,拉伸和转动,使密封胶圈失效而漏水。在软、硬基础结合处,由于基础的不均匀沉陷,可出现管道承插口受力不均产生漏水。岩石基础,管道底部易出现岩石尖角碰撞、挤压等损伤,在长期运行中管线漏水。
　　当玻璃钢管道遇到复杂地段等特殊地形时,有时定制的管件满足不了安装要求,这时常采取接口现场进行糊制的办法。现场糊制,野外作业,受气候、环境、人员素质等因素的影响,易出现糊制质量不合格的现象。主要表现一是接口糊制厚度不足,也就是糊制层数不够,形成局部强度低,充水打压不合格;二是接口两侧缠绕搭接宽度达不到要求,打压时抗渗透能力不够;三是现场配料固化时间掌握不准确,糊制工序不规范造成糊口质量不好等。
　　解决方法：
　　在施工前,对管道及附属件要逐个检查,发现问题及时解决。管道有裂纹等损伤,承插口不光滑、椭圆度不合格的,不能用于管线中,要及时返厂或进行现场处理。施工安装中还需要再认真查看,管道连接时检查“0”型橡胶圈的弹性,是否有气泡和杂质,发现问题及时剔除,保证胶圈的密封性。遇承插口安装困难时,不要强行安装,以免承口被涨裂,应对承口、插口进行表面光滑度、椭圆度进行检测,当误差大时,采用电动砂轮配合细砂纸打磨处理后,再进行管道连接。并在管口水压试验时,保压时间由正常时3min延长至5min,确保安装质量合格。
　　在实际中还存在没有同类工程经验的施工企业中标的情况,给工程正常施工带来不便,一是施工速度缓慢、质量不易保证,二是监理单位、业主单位对工程管理不顺畅。针对上述施工问题,在承包单位通过及时调整人员结构,选调和增加有类似施工经验人员,请有经验的技术人员现场培训等手段,增加现场施工技术工人,保证正常施工进度和质量。工程监理单位应加强对工程各施工工序的控制,规范施工程序,避免出现盲目施工的现象。如在管道二次倒运时加强监管、管线标准回填和雨季及时回填等,防止出现工程返工现象。
　　管线基础好坏,对正常输水运行影响较大。当遇有软基、高膨胀性土包括人工填土、淤泥和湿陷性土基时,基础承载力较低,必须采用换土、夯实等措施进行处理。可根据实际情况用砾石砂进行处理,要求砾石砂层厚度在300~500mm,并夯实平整,以保证基础有足够承载力,施工中要防止砾石砂在沟底两侧挤出,影响基础处理效果;在软、硬基础结合处,一定要加强对软基一侧的处理,通过换土、夯实等手段,将软基处理好,同时在管道底部增加砂垫层厚度至200mm,防止在结合部位产生不均匀沉陷;遇到岩石基础,要增加对基础面岩石平整处理,不能有大的棱角和凸起,同时还要保证至少150~200mm左右砂垫层的厚度。施工中注意管道人为砸坏和机械碰撞损伤,管线回填距管中部以下回填中细砂,管中部以上距管顶0.5m回填土,并夯实。
　　施工现场由于作业环境差异,施工人员素质不同,糊补质量差别较大,为避免出现糊制质量问题,要制定玻璃钢管现场糊制工艺技术要求。从材料包括不饱和聚脂树脂、玻璃纤维、固化剂和促进剂、作业工具等准备,现场施工准备包括计划糊补厚度及层数、树脂用量、配料程序等,到施工技术和工艺要求等都要做到规范操作,严格施工,这样才能经受住充水打压试验的检验。

3 玻璃钢夹砂管的工程经济性
　　3.1 供水工程管道类型
　　管道的成本在供水管工程的建设中比例很大，选择合适的管道十分重要。传统的供水管网通常采用镀锌钢管、铸铁管作为主要的供水管材，但其容易锈蚀结垢，影响用水安全。目前，国内可供选择的管材种类很多，有球墨铸铁管、钢管、预应力混凝土管和UPVC塑料管以及玻璃钢夹砂管等。钢管具有较高的抗变形能力，强度高，其寿命取决于防腐材料的质量。球墨铸铁管材质优于铸铁管，延伸率较大，强度略低于钢管。预应力钢筋混凝土管造价低，耐腐蚀，但抗变形能力差，容易出现渗漏问题，目前用量很小。UPVC塑料管具有强度高、重量轻、耐腐蚀、不结垢等特点，而且其价格低、施工方便，在城市供水管网中得到广泛应用[4]。玻璃夹砂管具有较强的耐腐蚀性，能抵抗酸、碱、盐等腐蚀性侵蚀，可以制成不同压力和刚度的管道，具有广阔的应用前景。各中管材的优缺点如表2所示。
　　
　　3.2 玻璃钢夹砂管的工程造价
　　玻璃钢夹砂管道的大量应用表明了其技术进步的优势，而纯净的水质、快速的安装、完善的管配套件和系统服务是组成其社会效益的基本因素；节约工程投资和增加管线运行收入是构成其经济效益的主要原因。玻璃钢夹砂管道用于城市供水管网的建设具有显著的经济效益。由表2可看出，当输水量相同时，玻璃钢夹砂管的施工费用最少，具有明显的经济性。
　　
　　4 结论
　　玻璃钢夹砂管道在水力特性、耐腐蚀性、环境保护、环境适应性、经济效益等方面具有较大优势性。与其他管材相比，玻璃钢夹砂管安全可靠，经济性好，玻璃钢夹砂管的开发与应用已经引起一场管道材料的重大革命。在现代供水工程中，通过严格的工程结构设计，选定合适的管材，并按照合理的施工技术和工艺，能保证工程建设的质量。随着管材制造设备和生产技术、设计和施工技术等方面不断发展和成熟，在供水工程中玻璃钢夹砂管取代传统材料的给排水管将成为势不可挡的必然趋势。