严寒地区输水管材选择及其埋设.docx
《严寒地区输水管材选择及其埋设.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《严寒地区输水管材选择及其埋设.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![严寒地区输水管材选择及其埋设.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-11/16/4d11e839-d05b-42d0-a749-8a8da609c90a/4d11e839-d05b-42d0-a749-8a8da609c90a1.gif)
严寒地区输水管材选择及其埋设
严寒地区输水管材选择及其埋设
工程建设与管理
2013.2中国水利
田利萍1,舒子亨2
(1.内蒙古机电职业技术学院水利与土木建筑工程系,010050,呼和浩特;
2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018,呼和浩特)
摘要:
节水灌溉工程中地埋输水管多用硬塑料管,对我国北方严寒地区地埋管道管材、管径、埋置深度、管槽断面和竖管防冻等问题作了论述。
对当前使用较多的UPVC管、PP管和PE管作了比较;对滴管干支管管径、工作压力作了说明。
重点对埋置深度进行了探讨,提出在冻结深度小于2.0m时,管道埋置深度应在冻结深度以下;当冻结深度大于2.0m时,管道可埋设在冻土层,但需在冻深2/3以下,并在管道最低端设排水井。
关键词:
硬塑料管;管材;管径;冻结深度;埋置深度;管槽断面
Applicationofhardplasticpipeincoldareasanditsembedding//TianLiping,ShuZiheng
Abstract:
Hardplasticpipeismostlyusedincoldareasforembeddedwaterconveyancesystemofwater-sav-ingirrigationproject.Anintroductionisgivenonmaterials,diameter,embeddeddepthofembeddedpipes,cross-sectionofpipeditchandpreventionoffrozenbulgedamageofriserpipe.Acomparisonismadebe-tweenUPVC,PPandPEthatarecommonlyusednowadays.Anexplanationisgivenonthepipediameterofmainandbranchdripsanditsworkingpressure.Detaileddiscussionsaremadeonthedepthofembedment.Itissuggestedtoputthetopofembeddedpipebelowthefrozendepthwhenitissmallerthan2.0m.Thepipecanbeburiedinthefrozenearthlayerwhenthefrozendepthislargerthan2.0m,butshouldbebelow2/3ofthefrozendepthandequippedwithadrainingwellatthelowestendofthepipe.
Keywords:
hardplasticpipe;pipematerials;pipediameter;frozendepth;embeddeddepth;cross-sectionofpipeditch
中图分类号:
TV4+TV521
文献标识码:
A
文章编号:
1000-1123(2013)02-0039-03
打机电井抽取地下水,经地埋干支管输水,经竖管接地面辅管,再接滴灌带进行膜下滴灌是通常应用的一种有效的节水灌溉方式。
地埋输水管在其中起着重要作用,在节水灌溉工程投资中占有较大比重。
在设计和施工中对输水管管材、管径、埋置深度和管槽断面还存在不同的处理,特别是对北方严寒地区硬塑管的埋置深度还有不同认识。
除打机电井经地埋输水管道在地面上进行膜下滴灌外,还有采取喷灌、微喷的节水灌溉方式,输水管道是必有的工程设施,上述问题同样存在。
通过工程实践,认为有些问题有进一步探讨的必要。
一、管材的选择
可用于膜下滴灌、微喷和喷灌的管道种类有多种,应根据灌区当地具体情况,如地形、地质、气候、运输、供应以及使用环境和工作压力等条件,
结合各种管材的特性及适用条件进行选择。
地埋固定管道可选用钢筋混凝土管、钢丝网水泥管、铸铁管、钢管和硬塑料管。
各种管道沿程损失公式中的f、m、b值见表1。
从表1可见,管道沿程损失以铝
表1各种管道沿程损失公式中的f、m、b值
管道种类铝管、铝合金管硬塑料管石棉水泥管钢管、铸铁管钢筋混凝土管n=0.013钢筋混凝土管n=0.017
摩阻系数f(管中流量Q以
流量指数m
管径指数b
m3/h、管内径d以mm计)
0.861×1050.948×1051.455×1050.250×1051.312×1062.240×106
1.741.771.851.902.002.00
4.744.774.895.105.335.33
收稿日期:
2012-11-20
作者简介:
田利萍,副教授,一级注册建造师,主要从事节水灌溉工程的理论与技术研究。
39水
工程建设与管理
CHINAWATERRESOURCES2013.2管、铝合金管和硬塑料管最优,铝管较贵,铝合金管多用于半固定式喷灌的地面移动管道。
近年来国内节水灌溉工程地理固定管道优先选用轻便、耐腐蚀、易安装和价格低的塑料管,一般多选用硬聚氯乙烯管(UPVC)、改性聚丙烯管(PP)和低密度聚乙烯管(LPPE)。
三种硬塑材管道均具有强度极好的耐化学腐蚀性,遇浓盐酸、浓硫酸和50%的氢氧化钠溶液或浓氨溶液强度几乎不降低,对其他化学品几乎没有变化;对虫蛀、霉菌有充分的抵抗力;无毒;流体阻力小;易于运输和储存;寿命长。
三者比较,UPVC管强度较高,而抗紫外线、抗冻性稍差,故不适于放置地上,地埋宜在冻层以下;PP管韧性较好,温度适用范围-30℃~140℃,而同一管径、壁厚时工作压力较UPVC管低;PE管抗摩性好,韧性也好,耐冲击强度较高,软管低温时仍能保持柔软性,故地面软管均采用PE软管。
需要注意节水灌溉地埋管道都属于压力管,不同硬塑料管在相同管径和壁厚时,可承受的工作压力和单价有一定差异,举同一厂家产品为例,详见表2。
从表2比较同管径、同壁厚UP-外径小于140mm时UPVC管工作压力高于HPPE80管,而单价还略低于
支管,每支管开启1条辅管及其相连所有毛管,轮灌组数54组。
毛管上滴头选型号为WDF16/2.1-100,即每个滴头流量q=2.10L/h,每条毛管长60m,则滴头数为60/0.3=200个,每条毛管最大流量为2.10×200=420L/h。
HPPE80管;同管径、同壁厚同工作压
力时HPPE80管比PP管贵约1/3;性能价格比UPVC管最优,PP管略低于
HPPE80管,对于公称外径大于160mm
时UPVC管优势下降。
在严寒地区管道若埋置在最大冻深以下时出于经济考虑,宜用UPVC管;若由于某些原因管道埋置在深层时,最好使用PP管,也可以考虑PE管。
1条辅管连16对(32条)毛管,每
条辅管设计流量为16×2×0.42=13.44
m3/h。
1条支管每次轮灌只开1条辅
管,故支管和辅管流量相同,均为
二、管径的确定
节水灌溉(滴灌)若以机电井作为水源,且一个井独立控制一个田块,地埋管道管径选择:
第一级干管管径由单井出水量计算确定;第二级支管管径要考虑管道轮灌顺序和编组,以在轮灌组中可能通过的最大流量作为确定管径的设计流量。
例:
一单井控制面积180亩(12hm2),单井出水量28m3/h,采用膜下滴灌。
设地埋干管、支管,设地面辅管,毛管(滴灌带)。
一条干管长360m,支管平行3行,左右共6条,支管间距120m。
支管上竖管接地面辅管,每条支管接
13.44m3/h。
1条干管每次轮灌2条支管,故
干管设计流量为13.44×2=26.88m3/h。
比单井出水量28m3/h量小,流量选择合适。
滴灌系统各级管道流量和管径结果见表3。
选用管径(内径)应比计算值大一些,才能通过设计流量,管径越大,管道沿程损失越小,但若过大,则会增加管道投资。
三、管道埋置深度
地埋输水管埋置深度准确讲是指管顶埋置深度,在我国部分寒冷地区和严寒地区这是一个重要问题。
多数规范原则上要求埋在冻层以下,但对冻层的表述略有不同。
《灌溉与排水工程设计规范》中埋深应在冻土层
18条辅管,每条辅管长9.3m;每条辅
管左右双向接16对共32条毛管,每条毛管长60m。
干管为续灌,支管、辅管、毛管为轮灌,每轮灌组开启2条
表2同管径同壁厚不同材质塑料管工作压力和单价
VC管工作压力高出PP管和HPPE80
管57.5%~100%,单价高出PP管
21.4%~51.2%;同管径、同壁厚在公称
公称外径(mm)
壁厚(mm)
UPVC管
工作压力(MPa)
单价(元/m)
PP管
工作压力(MPa)
单价(元/m)
HPPE80管
工作压力(MPa)
单价(元/m)
90140160
4.34.34.9
1.00.80.63
33.0352.2084.67
0.60.40.4
27.2543.0056.00
0.60.40.4
36.2457.4574.85
表3滴灌系统各级管道流量及管径
名称流量(m3/h)计算管径(mm)选用管材选用管径(mm)壁厚(mm)工作压力(MPa)
毛管
辅管
地埋支管
地埋干管
0.4210.69PE软管160.60.1
13.4460.44PE软管631.20.3
13.4460.44PP管633.80.8
26.8885.49PP管905.40.8
水40
工程建设与管理
2013.2中国水利
以下;《泵站设计规范》中埋管管顶最小埋深应在最大冻土深度以下;《低压管道输水灌溉工程技术规范》中管槽开挖深度宜使管道工作在冻层以下,如在冻层中埋设应经技术经济论证,并有相应措施。
《水工建筑物抗冰冻设计规范》关于埋置深度规定最详尽具体:
冬季通水的管顶的埋置深度不宜小于设计冻深,如埋于冻层内,应论证其抗冻胀稳定性;冬季不通水的埋深应根据土的冻胀级别、冻胀量沿深度分布的实测资料和管道允许变形量确定。
在无实测资料的情况下,当土的冻胀级别为Ⅰ、Ⅱ级时可根据具体情况比设计冻深小10%~
规范指的冻深和最大冻深是同一概念,即标准冻深。
设计冻深系指工程地点考虑建筑物级别以及日照、地下水影响冻结深度,按式
(2)计算。
···Hd=KpKdK2H0
(2)
式中,Hd为工程设计冻深,cm;Kp为频率模比系数,在标准冻深≥1.0m时,约为1.1~1.2;Kd为考虑日照及遮阴程度的修正指数,0.6~1.5;K2为地下水影响系数,在地下水埋深0~2m时为0.85~1.0;设计冻深根据系数不同在标准冻深上下浮动。
对没有大中型工程的农田水利工程就用标准冻深(既最大冻深),以此作为管道埋深的主要依据。
关于管道埋深,提出如下观点:
在季节冻土地区原则上输水管应埋在标准冻深以下;在标准冻深大于2m,开挖管槽有困难,特别是地下水水位深埋小于2m时,对非严重冻胀土情况下,管道顶部深埋可取标准冻深的2/3。
取2/3的理由是:
在季节冻土层范围,地表层负温值最大,而冻层的下界面温度为零,从地表以下负温度的分布是呈双曲线形式而递减;而土中水分的变化恰恰相反,在自然蒸发及重力作用下,水分分布随深度增加
(1)
而递增,尤其地下水较浅的地方,土层的水分主要集中在下层。
然而,秋末的降雨及灌溉、人工排水往往改变了这种水分分布规律,使土中水分分
表4标准冻深计算式中系数α值
布呈上大下小或者上下大而中间小。
正是受这些因素影响,冻土层的法向冻胀力从地表向下不是线性增加规律,一般说地表以下1/2~2/3的最大冻层范围内法向冻土力是递增的,2/3以下呈相对稳定或者有所下降。
故提出在地下水较深、非严重冻胀土情况下,管道顶部埋深可取大于等于最大冻深的2/3,以2/3作为管道埋设在冻层的顶