大口径加筋塑料排水管的应用前景

　　 1 引言
　　随着我国城市化进程的加快，面对人口资源和环境的压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入。市政工程管网建设不断加快，各种排水管道的品种规格在不断的增加。塑料材料作为一种新型的化学建材得到了迅速发展，尤其是小口径结构壁管发展更快。如上海市建委于1993年出台的《关于在本市推广应用化学建材和限制淘汰落后产品规定的通知建材（98）第0511号》中明确规定“在上海市范围内住宅区、小区的建筑埋地排水管，禁止使用铸铁排水管和水泥排水管，推广应用“埋地排污、废水用硬聚氯乙稀（PVC-U）管材”（GB/T10002.3-1996）和埋地用硬聚氯乙稀排水管。其中管径等于、大于400mm的埋地排水管，在塑料管产品未能满足供应前，可使用其它有关产品。可见，应用大口径埋地用塑料排水管替代传统的钢筋混凝土排水管将成为市政工程管网建设中的新趋势。
　　 2 我国市政管道基本现状及塑料排水管应用前景
　　过去，由于我国的环保意识不强，对城市排污管道建设投资不重视。据1996年首次全国城市市政公用设施普查，运行的城市排污管网总长度为119738.65公里，其中70％以上是上世纪八十年代以前铺设的，其主要材质是混凝土管、铸铁管、陶制管以及用砖石砌成的暗渠。目前大部分已多年失修，管道腐烂、接头渗漏极为严重，管道破损、塌陷、堵塞时有发生。尤其是排水管网的渗漏和修复对城市环境和城市地下水的污染极为严重。据统计，我国90％以上的城市水环境恶化，95％以上的城市地下水不符合饮水标准，水污染成为城市的隐形“杀手”，排污管道的渗漏是最大的污染源之一。据介绍，中国每年废水排放量已达620亿吨，相当于每人每年平均排放49吨，其中大部分未经处理直接排入江河湖泊，53%的近海海域受到污染，一些城市的供水水源水质恶化，直接影响到人民身体健康。在调查评价的163座湖水库中，有36座受到不同程度的污染，其中19座污染严重。另一方面，由于过去城市排水管网设计的口径普遍较小，相对于日益增多的城市人口和城市不断扩大，显然不能满足排水要求。目前，各级政府已经高度重视，要求对落后的城市排水排污管道进行更新改造(上海建材，2002，2：24)。
　　据有关资料报道，上海市地下近4000公里的各类排水管道中，钢筋混凝土管(俗称"水泥管")占了大多数，这些钢筋混凝土管由于接头、抗压等原因而导致的渗水达到通水量的10%，同时也容易造成管道下沉、堵塞等非正常损伤事故，上海每年因此产生的管道修理费就达1000万元。上海每年因管道老化需更换的管道达100公里左右。据专家分析，随着城镇化建设的加快，塑料管代替水泥管是大势所趋，其性价比也较高，比铸铁管要便宜20%左右。
　　近来我国塑料埋地排水管市场开始启动，这一方面是我国越来越重视环境保护，各级政府相继出台了一系列节水、治污、保护环境的政策法规。如上海市有关部门率先于1998年作出了“推广市政埋地排水塑料管，淘汰水泥排水管”的规定。2001年11月，建设部在北京召开“21世纪国际城市污水处理及资源化发展战略研讨会”，对今后十年我国节水及污水资源化问题作了战略部署，国家宏观经济发展规划为今后十年市政排水、徘污和治污工程提供了史无前例的发展空间。
　　另一方面，市政排水、排污工程推广使用塑料管已被提到了议事日程，建设部管道结构委员会已于2001年下半年开始制订大口径塑料排水管标准，设计施工技术规范和工程验收方法。随着塑料管原料合成生产以及管材制造设备和生产技术设计理论、施工技术等方面的不断发展和成熟，在市政工程中塑料排水管取代传统材料制做的排水管将成为势不可挡的必然趋势。
　　我国过去在埋地排水领域对塑料管应用非常少，原因之一，排水管的建设投资不足，对环境保护也不够重视，传统上排水主要采用造价较低，工艺较成熟的平接混凝土管，原因之二，对于塑料埋地排水管的研究试验不够，实际应用经验不足，一直没有定出国家级的设计和验收规范，也没有对埋地排水的生产设备进行充分的研究开发。
　　近几年，我国塑料埋地排水的应用开始发展，一方面是我国国民经济持续稳定的高速增长，为城镇基础设施建设提供了良好的宏观环境和广阔空间，为大口径塑料管的推广应用提供了市场发展空间。另一方面，随着我国对于环境保护的单位根据多年来对各种塑料排水管室内室外试验研究和工程试点应用成果的基础上，参照国内外的一些相关标准编制了上海市工程建设规范《埋地塑料排水管道工程技术规程》J10185-2002，其中对埋地塑料管的材料要求、水力计算、管道结构计算、管道安装、管道与检查并链接、回填、变形控制和检测、管道闭水检验、管材的运输和贮存、质量标准和工程竣工验收等内容予以了详尽的说明，打破了埋地塑料管的施工和验收无据可依的过去。这一规程的出台必将大大推动大口径埋地塑料管在市政排水工程中的广泛应用。
　　 3 塑料排水管的技术动态
　　塑料排水管可分为实壁塑料管道及结构壁料管道（结构壁塑料管道是管壁为帮助、带夹层或中空等异型管壁结构的管材的统称），相对于实壁塑料管道而言，相同口径的管材，结构壁管要比实壁管节省材料50-70%，所以结构壁管有着较大的成本优势，而且结构壁管可生产较大口径的管材，最大直径可到DN3000，而壁管最大直径为1500毫米（国内）。
　　在结构壁管中，对应不同种类的结构壁，其加工设备和加工工艺也各有不同，一种是直接挤出成型（主要有加筋管、双壁波纹管等），另一种是卷绕熔接成型（如各种形式的缠绕管），早期大口径排水排污用塑料只有用卷绕熔接管，中小直径的排水排污管才用波纹管，近年来一个值得注意的动向是发展大口径的直接挤出的排水排污管——加筋管、双壁波纹管等。在国内排水用的聚乙烯管（直接挤出）的直径已达到1500mm，技术已经成熟，在国际上现在可以生产直径1800mm，聚乙烯管的生产线和焊接机等配套设备，而且1800mm的生产线也可购买到。
　　而其中的一种重型大口径管材——FRPP增强聚丙烯塑料管，其特点在于管外壁上带有径向外强筋，它不像螺旋筋那样容易被压破裂，真正起到了提高管材环刚度和耐压强度的作用，主要可用于市政工程中的排水。目前我国已有数家企业可提供塑料排水管系列产品，如上海洪湖科技股份有限公司等。该加筋塑料管在东湖开发区市政排水工程建设中已推广使用。
　　随着大口径塑料管材生产技术的不断发展，以及塑料管材与传统管材（如混凝土管、铸铁管等）相比所具有的优越性能，和国家有关部门相继制定的有关限制淘汰落后产品，推广使用新型环保产品的产业政策，在我国的市政工程中，新型塑料管材的应用发展非常迅速。据有关统计资料显示，在欧洲，埋地用塑料排水排污管的消费量占到了塑料管总消费量的56%以上，远远高于用于建筑内的上、下水管的消费量（这一比例大约为8%）。而目前在我国的情况是，埋地用塑料排水排污管的消费量占塑料管总消费量的12%不到，这就预示着在国内埋地排水排污用塑料管行业存在一个潜力巨大的市场。我国目前的水资源的现状也为埋地排水排污塑料管的大量推广使用提供了历史性机遇和客观条件。
　　 4 塑料排水管的应用现状
　　　　目前公称直径500mm及其以下的混凝土管材在市政与住宅小区排水工程中已逐渐被塑料排水管替代，公称直径500mm以上的大口径塑料排水管材在工程建设中已经有一定比重，供设计、施工和使用单位选择的管材品种越来越多。近年来上海的许多排水工程都采用塑料排水沟管，如：西藏路改造工程、浦东机场等。
　　 5 加筋塑料排水管的埋设对环境的影响
　　塑料制品对环境并不构成危害，根据国家环境保护总局有关专家的材料，充分证明塑料制品对环境并不构成危害。
　　欧洲乙烯制品委员会的实验研究证明，废气塑料制品不容易分解，即便有一定数量的增塑剂和稳定剂能释放到土壤中，但其释放量极有限，对环境不会造成危害。研究结果证明，在土壤中发现的氯乙烯不是由塑料分解产生的。因此，难分解的废弃塑料制品完全可以和其它固体垃圾一起进行掩埋处理而无害于环境。而作为埋设于地面下的排水塑料管适用于一般土质条件或酸、碱性等腐蚀性土壤中，同样也不会危害于环境。
　　 6 加筋塑料排水管、钢筋混凝土管材和铸铁管的综合比较与经济分析
　　6.1 加筋塑料排水管与钢筋混凝土管的综合比较与经济分析
　　加筋塑料排水管与钢筋混凝土管相比优势主要表现在如下几个方面:
　　⑴加筋塑料排水管重量较钢筋混凝土管轻90%以上（如d1000mm塑料排水管，每米重约55.6kg/m，d1000mm钢筋混凝土排水管，单米重707.5kg/m），施工方便，工期短，对施工机械和施工场地要求不高。
　　⑵钢筋混凝土排水管接口通常采用平接，很容易泄漏造成污染，而加筋塑料排水管为承插口管，管道接口连接采用弹性密封橡胶圈，防接口泄漏的安全等级提高了。
　　⑶加筋塑料排水管及其接口相对钢筋混凝土排水管及其刚性接口而言为柔性管材及柔性接口，对地基要求低，适应面更广。
　　⑷对于一般的土质地段，加筋塑料排水管是基础仅需采用厚度约10mm的砂垫层，对软土地基，管道基础采用150mm厚的碎石，上面再铺50mm厚砂垫层，较之钢筋混凝土排水管的水泥混凝土基础，用料省，勿需养护，对土基强度要求较低。
　　⑸就两种管材的排水功能来看，加筋塑料排水管内壁光滑，同等条件下，同等口径的加筋塑料排水管较之钢筋混凝土排水管流量、流速要提高近20%（详见附件），也就是说，要满足相同的排水功能，加筋塑料排水管管径瘦小，坡度更密，埋深更浅。
　　⑹正由于加筋塑料排水管具有内壁光滑的特点，根据对加筋塑料排水管的使用现状的调查，加筋塑料排水管管道内沉积物较少，对于这些沉积物，只需要利用最便捷的竹片疏通管道即可，大大简化了排水管道后期养护中的一大难题。
　　⑺技术经济分析
　　同管径单位长度的钢筋混凝土排水管价格较低，约为加筋塑料排水管的17%-62%。


　　＊注：1、加筋塑料轻型、重型加筋塑料管单价取自上海市《市政定额（2004版）价格信息（2004年10月）》及湖北省市政信息价。2、钢筋混凝土承插管、钢筋混凝土平口管单取自武汉市《2004年10月建筑此阿了市场信息预算价》。3、在常温下的使用压力：轻型加筋塑料管4kN/m2，重型加筋塑料管为8kN/m2。重型管适用于布设在快车道下，轻型管适用于布设在快车道除外的断面上。4、轻、重型加筋塑料管的材料均为增强聚丙烯（FRPP）。


　　加筋塑料排水管管基费用比钢筋混凝土管基低33%～81%，管径越大，节省的费用也越多。 　　


　　注：1、加筋塑料排水管基采用150m厚的碎石，上面再铺50mm厚砂垫层。2、钢筋混凝土管管基采用120°砼管基，下加铺100mm厚的碎石垫层。3、该管基造价为定额基价，未计价差。
　　根据上海市使用加筋塑料排水管的经验，塑料排水管铺设费用与钢筋混凝土排水管基本持平，塑料管铺设费用略低。
　　以上经济分析中，从管道材料单价、管基、管道铺设几个方面分析了塑料排水管与钢筋混凝土排水管之间造价构成比重的基本差别，即加筋管材料价格较高，但管基和管道铺设造价较低，除此之外，加筋塑料管道在施工时管道开挖断面较钢筋混凝土要小得多（以d1000mm管道为例，加筋塑料管槽底宽底一般为1.7m，而钢筋混凝土管槽底宽底一般为2.35m），这样，加筋塑料管道施工时土方开挖，加填，运输数量均要少于钢筋混凝土管。而且，从两种管材的特性，排水功能上来看，当排水管设计坡度相同，满足相同的设计流量时，符合排水条件的钢筋混凝土排水管的管径约为加筋塑料管管径的1.2倍。也就是说，根据水力计算结果，钢筋混凝土排水管的管径需选用d1200时，采用加筋塑料排水管管径只需d1000mm。管道断面减少20%，管道造价也随之大幅度下降。为说明这一情况，现以d500mm，塑料管道为例，与d500mm、600mm钢筋混凝土承插管，钢筋混凝土平口管总造价进行比较，说明两种不同材料小口径管道的造价区别，以d1000mm（大口径）塑料管道为例，与d1000mm、1200mm钢筋混凝土承插管钢筋混凝土平口管总造价进行比较，说明两种不同材料大口径管道的造价区别。
　　总造价比较（一）：材料不同，管径相同时，小口径轻型加筋塑料管比承插式钢筋混凝土排水管造价高2%、重型加筋塑料管比承插式钢筋混凝土排水管造价高9%，大口径轻型加筋塑料管比承插式钢筋混凝土排水管造价高35%、重型加筋塑料管比承插式钢筋混凝土排水管造价高51%。
　　小口径轻型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约19%，重型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约27%，大口径轻型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约62%，重型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约80%。

　　注：以承插式钢筋混凝土管的造价权重为1进行比较。
　　总造价比较（二）：材料不同，管径不同，但能满足相同的排水要求时，小口径轻型加筋塑料比承插式钢筋混凝土排水管造价低22%、重型加筋塑料管比承插式钢筋混凝土排水管造价低17%，大口径轻型加筋塑料比承插式钢筋混凝土排水管造价低12%、重型加筋塑料管比承插式混凝土排水管高2%。
　　小口径轻型加筋塑料比平口式钢筋混凝土排水管造价低约12%；重型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高5%；大口径轻型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约8%；重型加筋塑料管比平口式钢筋混凝土排水管造价高约21%。 　　

　　注：以承插式钢筋混凝土管的造价权重为1进行比较。
　　根据以上两种情况的造价分析，可知：d600mm以下（包含d600mm）的小口径加筋塑料管技术经济效益明显，造价高于平口钢筋混凝土管1～6%，低于承插式钢筋混凝土管10%～16%。d600mm以上的大口径加筋塑料管技术经济效益较好，造价高于平口钢筋混凝土管2～17%，低于承插式钢筋混凝土管2%～12%。
　　6.2 塑料排水管与铸铁管的综合比较与经济分析
　　塑料排水管与铸铁管相比优势主要在：
　　（1）生产和使用塑料排水管比铸铁管节能55%～768%，其中生产能耗仅为铸铁管的18.3%。生产和使用塑料排水管管比镀锌管节能62%～75%，口径小的塑料管比口径大的塑料管节能更多；
　　（2）同规格单位长度的价格只有镀锌管的1/2；
　　（3）安装费用比镀锌管低70%；
　　（4）应用1t 塑料排水管可以代替12t 铸铁管。
　　7、问题与建议
　　虽然塑料排水管在我国得到广泛应用，但大口径埋地加筋塑料管的应用经验仍显不足，要使加筋塑料排水管能够在武汉市成功的推广应用，还需很好地解决以下问题；
　　（1）对塑料排水管道的普遍适应性的研究；
　　（2）尽快建立一套适合实际工程条件的塑料排水管施工及验收规程。
　　（3）加强科学研究工作，在不影响其性能的同时进一步降低大口径埋地加筋塑料管的价格。