市政工程地下管网中常用管材的对比

一、管网工程管材发展概况

近年来，随着社会经济的快速发展，新材料、新技术、新工艺层出不穷，在市政管网建设领域，传统管材和新型管材得到了广泛应用。  

在国内市政管网如火如荼建设的同时，管网工程质量问题日益突出，作为城市生命线的管网系统质量事故频发，在这些工程质量事故中，各类管材均有涉及，这些情况值得业内深思，每种管材都有其特点和特定的应用场景。  

以下对国内市政（含水利）管网领域常用管材特点及应用场景进行简析，以便在工程建设中根据工况和管材特点合理选材。  

管网工程中常见的管材主要有以下四类：

金属管材 ：钢管[SP]、 球墨铸铁管[DIP]；  

复合材料管材 ：连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP] ；  

无机非金属管材 ：预应力钢筒混凝土管[PCCP]、预应力混凝土管[PCP]/钢筋混凝土管 [RCP]  

塑料管材 ：高密度聚乙烯管［HDPE］。  

二、管网工程中主要管材及性能特点  

1.钢管[SP]  

1.1概述  

SP是钢管(Steel pipe)的英文简称。钢管应用历史相对较长，加工较容易，主要分为螺旋焊缝钢管和直缝焊接钢管两种。钢管具有可设计性强、机械强度高、地基适应性强、抗渗性好的特点，钢管能够靠自身抗拉强度来抵消轴向力，这是其他管材所不具备的优势。  

钢管存在“柔性变形”、“内外腐蚀”、“平口焊接”的三大缺点，与相同投资规模的其他大口径输水管道相比，钢管造价高、运维费用高、寿命短。工程实践中钢管糙率系数一般取n=0.012。管道连接一般采用刚性焊接连接方式。

1.2优点  

管径可随需要加工，对支管及异形管较多的管段非常适合。材料强度高、抗冲击性强、抵抗地基沉陷性强，承受内水压力能力强，供水安全性好，工程安全性高，管材轻，防渗漏性优良，管件齐全、对各种工况条件的适应性较强。  

1.3缺点  

易腐蚀、防腐要求高，施工安装速度慢、管材成本和施工成本较高，运行期间维护费用较高，水力学性能一般、钢管的使用寿命与管道周围的环境介质有很大的关系，一般设计寿命30年，使用寿命较短。  

1.4应用领域  

适用范围：自来水、原水及中水管网，接口为刚性连接，适合地面架空管道工程。  

2、球墨铸铁管（DIP）  

2.1概述  

DIP 是球墨铸铁管 （Ductile Cast Iron Pipes）的英文简称。DIP是使用18号以上的铸造铁水经添加球化剂后，经过离心球墨铸铁机高速离心铸造成的管材，球墨铸铁管的铸造工艺有连续铸造法、热模铸造法和水冷离心铸造法，其中水冷法较为先进，不同工艺的球墨铸铁技术性能差异较大。DIP 兼有普通灰铁管的耐腐蚀性和钢管的强度及韧性；DIP的阴极保护采用了喷锌的方法，同时管道表面有沥青涂层，能够适应绝大部分的腐蚀性土壤，其耐腐蚀性优于钢管。管材糙率系数一般取n=0.012。管道连接一般采用柔性承插连接方式。

2.2优点  

球墨铸铁管具有铁的本质、钢的性能，材料强度高、抗冲击性强、承受内水压力能力强，工程安全性高，防渗漏性优良，耐腐蚀性优于钢管、使用寿命较长，一般可达50年以上，管材安装方便，管线运行管理费用低，球墨铸铁管综合性能优异。  

2.3缺点  

DIP管内衬层一般采用水泥砂浆，内衬易开裂，管材重量比钢管重，管材成本、特别是中大口径管成本极高，DN1000以上的管材，随着口径增大，管材刚度降低，承受外压能力减弱。  

2.4应用领域  

适用范围：自来水、原水、中水、近年来在污水管网也有一定的应用。中大管径成本高，性能也有一定程度的下降。  

3、连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP]  

3.1概述  

连续缠绕玻璃钢夹砂管（Continuous advancing mandrel Winding Fiberglass mortar Pipes，简称：CWFP管），是一种以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体，石英砂为填料，采用3D打印技术连续快速成型，具有三维增强结构的复合材料管材。  

CWFP管制造技术起源于欧洲，近年来，随着复合材料和智能制造技术的快速发展，CWFP管生产技术得到了迅猛发展。连续缠绕工艺融合了复合材料、现代信息网络等新材料、新技术，生产线具有高度集成化、高度信息化的特点，具备工业4.0基础，符合智能制造要求。  

复合材料强度达到甚至高于传统的金属材料，CWFP管既具有金属管材的机械力学性能，又具有塑料管材的水力学性能和防腐蚀性能，广泛应用于给排水工程、石化工程、海洋工程及农林水利等领域，管材糙率系数一般取n=0.009，管道连接一般采用柔性套筒接头连接方式。  

CWFP管是一种相对新型的复合材料管道，在国内大批量应用已有十多年历史，应用效果良好。

3.2优点  

轻质高强、承受内压能力较强、耐腐蚀性优良、水力学性能好、管件齐全、安装速度快，抗地基沉陷性良好。安装运输快捷方便、应用领域广泛，运维成本低，使用寿命长，在欧美地区CWFP管设计寿命达100年。  

3.3缺点  

对回填材料要求较高。  

3.4应用领域  

适用范围：雨水、污水、原水、中水及腐蚀性介质，管道成本低于金属管材，中等管径既有成本优势，又有性能优势，DN3000以上管径国内应用较少，国外应用较多。  

4、预应力钢筒混凝土管[PCCP]  

4.1概述  

PCCP是预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）的英文简称，PCCP是由薄钢板、预应力钢丝、混凝土和水泥砂浆四种基本原材料在经过钢筒成型、混凝土浇筑、预应力控制技术的施加和保护层喷射等制造工艺后，构成的一种复合管材。PCCP采用钢制承插口，同钢筒焊在一起，承插口有凹槽和密封胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头。PCCP管道典型结构示意图见。

根据钢筒在混凝土管芯中位置的不同，PCCP可分为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）两种类型。内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL），公称内径通常在DN1400mm以下，用量较少。埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE），公称内径通常在DN1400mm以上，通常说的PCCP都是埋置式的。

管子接头密封结构形式有单根橡胶密封圈(S)和两根橡胶密封圈(D)两种形式，PCCPE主要结构组成部分包括：内混凝土层、钢筒、预应力钢丝、外混凝土层、砂浆保护层、环氧煤沥青涂层和钢制承插口接头。PCCP综合发挥了钢材的抗拉、钢筒接头及管身的密封和混凝土的抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。PCCP的糙率系数一般取n=0.013。管道连接一般采用柔性承插连接方式。  

4.2优点  

管材刚度高、承受外压能力较强，管材成本低，而且管径越大成本优势越明显。  

4.3缺点  

管材重量大，对管道基础要求较高，对地形的适应能力差，安装速度慢，安装难度大，钢圈容易腐蚀，在强腐蚀环境下，PCCP砂浆保护层裂缝会导致预应力钢丝腐蚀，预应力钢丝腐蚀断裂会导致PCCP管道失效。、糙率系数大，水利学性能较差  

高工压+浅埋+大管径+环境腐蚀强极易导致PCCP断丝和爆管，因此，PCCP的使用环境是有较高要求的。  

4.4应用领域  

适用范围：原水、雨水、污水，大口径管在原水项目中具有明显的成本优势。  

5、预应力混凝土管[PCP]/钢筋混凝土管 [RCP]  

5.1概述  

PCP是预应力混凝土管（Prestressed Concrete Pipe）的英文简称，PCP是由预应力钢丝、混凝土和水泥砂浆三种基本原材料在经过混凝土浇筑、预应力控制技术的施加和保护层喷射等制造工艺后，构成的一种复合管材。一般采用承插式连接。  

PCP根据制造的工艺不同，分为“一阶段”混凝土管和“三阶段”混凝土管。PCP管由于其造价低，施工比较方便，因此，这种管材过去在中小城市得到了广泛的应用。但由于其自身的一些局限，扩大应用范围较为困难。目前，在压力管道工程中，已很少采用PCP管，PCP管糙率系数一般n=0.013-0.014，PCP管主要采用柔性承插式胶圈接口连接。

5.2优点  

管材刚度高、成本低、工程造价较低。  

5.3缺点  

强度低、水力学性能较差、管材重、管节短、防渗漏性差、抵抗地基沉陷性差、管道基础要求极高，安装速度慢，管材性脆，承插口的加工精度较低，运输和检修不方便，在运输安装过程中较易破损，管道接口处易渗漏；耐工作压力较差，管道糙率大。近年来国内大量污水管网出现PCP/RCP管腐蚀性问题，PCP/RCP在污水管网中存在一定的风险。  

5.4应用领域  

适用范围：PCP管适用于原水、中水等压力管道工程（近年用量减小）  

RCP管适用于雨水、污水（谨慎使用）  

管径越大成本优势越明显。  

6、高密度聚乙烯管［HDPE］  

6.1概述  

高密度聚乙烯管（HDPE或PE）分为实壁管和结构壁管两种类型，实壁PE管主要用于压力管道，结构壁HDPE管主要用于排水管道。PE材料拉伸强度及弹性模量比较低，因此管道强度和刚度都比较低，为了提高管道刚度，一般管壁结构采用异型结构，或者管壁采用金属增强结构。小口径管有一定的成本优势。管糙率系数n=0.010，管道连接方式多采用电热熔刚性连接。

6.2优点  

管材轻、韧性好、耐腐蚀性优良、实壁管防渗漏性优良。  

6.3缺点  

材料强度和模量较低，排水管大多采用性能差的回收料生产，管道质量稳定性较差、接头易渗漏、施工安装受天气和工况环境的影响较大，安装速度慢。  

6.4应用领域  

适用范围：实壁管成本极高，主要用于给水项目，结构壁管主要应用于无压排水工程，小口径结构壁管在排水工程中有一定的成本优势。  

三、管材经济性对比分析  

各类管材经济性对比如下（同管径）：  

1.压力管道  

（1）管材成本：PE＞DIP＞SP＞CWFP＞PCCP  

（2）施工成本：PCCP＞SP＞PE＞CWFP=DIP  

（3）综合造价：PE＞DIP＞SP＞CWFP＞PCCP  

（4）能耗成本：PCCP＞DIP=SP＞PE=CWFP  

2.无压力管道（重力流）  

（1）管材成本：DIP＞CWFP＞HDPE＞PCCP＞RCP  

（2）施工成本：PCCP=RCP＞HDPE＞CWFP=DIP  

（3）综合造价：DIP＞CWFP＞PCCP＞HDPE＞RCP  

四、管网工程中主要管材应用领域及范围  

本简报所列6种管材均有各自的性能特点，建议在工程设计选材时，根据国家产业政策、投资预算、管材经济指标、管材性能特点和工程类型等因素科学合理的选材，对管网工程各领域所采用的管材类型进行分类、限定，引导管网工程建设健康良性发展。  

管网工程中各领域选材范围建议如下：  

1.自来水管道工程  

基本特点：输送的介质具有压力、要求管材强度高，管道水力学性能优良、防渗漏性良好，管道规格多，管道配件多、要求管件易加工；以中小管径为主。  

管材种类：球墨铸铁管（DIP），实壁聚乙烯管[PE]（DN≤600mm），钢管[SP]。  

2.原水管道工程、中水管道工程  

基本特点：输送的介质具有压力，要求管材强度高、防渗漏性良好；管径较大；管件质量可靠易加工，管道水力学性能优良、材糙率系数小，输水能耗低。  

管材种类：钢管[SP]，连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP]，球墨铸铁管（DIP）(DN＜2000mm），钢套筒混凝土管[PCCP]（原水）（DN≥2000mm）。  

3.污水压力管道工程  

基本特点：输送的介质具有压力，要求管材强度高、自重轻，防渗漏性良好、耐腐蚀性好；管材抗地基沉陷性好，管件易加工，安装方便快捷。  

管材种类：连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP]，球墨铸铁管（DIP）(DN≤1000mm），预应力混凝土管[PCP]。  

4.污水重力流管道工程  

基本特点：输送介质为重力流、介质有较强腐蚀性，要求管材抗腐蚀性优良，防渗漏性良好、管材抗地基沉陷性好，道路开挖后能快速安装，施工方便快捷。  

管材种类：连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP] ，聚乙烯结构壁管［HDPE］（DN≤600mm）。5.雨水管道工程  

基本特点：输送介质为重力流、管材成本低，道路开挖后能快速安装，施工方便快捷。  

管材种类：连续缠绕玻璃钢夹砂管[CWFP]（600≤DN≤1200mm），预应力混凝土管[PCP]/钢筋混凝土管 [RCP]（DN＞1200mm），聚乙烯结构壁管[HDPE]（DN≤600mm）。  

五、中国工程建设标准对管材应用领域的规定及要求  

《给排水工程顶管技术规程》（标准号：CECS246：2008）在“管材选用及管件构造要求中规定：“给水工程宜选用钢管和玻璃纤维增强塑料夹砂管，排水工程宜选用玻璃纤维增强塑料夹砂管或钢筋混凝土管，输送腐蚀性水体及管外水土有腐蚀性时，应优先选用玻璃纤维增强塑料夹砂管”。