埋地双平壁钢塑复合缠绕排水管CJ/T329-2010

排水管中的第三代产品——由中国独自开发的世界先进的

排水管——大口径双平壁钢塑排水管

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摘要：在人类可持续发展中最重要的因素就是水——供水和排水。其中排水直接影响环境，影响人类生存和发展。世界各国都十分重视排水管网的建设，欧洲早在50年前就已开始建设，中国则从90年代起开始重视。

排水管可分为：

1、传统的刚性管：如混凝土管、金属管、陶土管。

2、柔性管：如纯塑料管、PP、PE、PVC和钢、塑、纤维等复合管。

大量事实证明，柔性管强于刚性管，所以在90年代后，中国大力发展塑料管道业，大力推广HDPE双壁波纹管，PVC双壁波纹管和PE缠绕管。

近年来人们发现塑料的材料单一，性能有局限，尤其是对于大口径管材，存在加工困难，环刚度难于保证等问题，因此开始致力于开发复合塑料管材，特别是钢塑复合管材。

中国从日本、澳大利亚引进和开发了一代、二代、三代管材，但都存在种种缺陷，直到2008年，由成都国通实业有限公司独立开发出“大口径双平壁钢塑排水管”的管材和设备，才解决了之前的种种问题，并于当年生产出直径3米的双平壁钢塑排水管，申请了八项专利，达到了世界先进水平，目前全世界还没有同类产品。

大口径双平壁钢塑排水管，设计新颖，结构合理，加工方便，性价比高，充分发挥了复合材料中钢的强度和刚性，塑料的防腐蚀和柔软性等各自特点，使双平壁钢塑复合管成为各类管材中性价比最高，安全和质量性能最好的埋地管材。

本文将从各个方面对这种管材予以叙述，以便这种管材在中国和全世界大量推广使用，以对人类生存环境和可持续发展作出贡献。

关键词：埋地排水管  柔性管  钢塑复合管  双平壁

一、埋地排水管是构建人类文明、保护生存环境、维持可持续发展的基础。

联合国给了可持续发展一个明确的定义“发展要在满足这一代人需要的同时保证后代能满足他们的需要。发展要不危害地球上的自然资源，或者使用可再生能源如风能或太阳能”。在上一次地球会议（Earth Council）给出另一个准确定义：“可持续发展要求环境健康，经济繁荣和社会公平”。

现在世界有相当部分的人口缺乏安全饮用水或基本的卫生条件。据统计全世界约有11亿人口没有足够的饮用水供应，26亿人口没有基本的卫生设施。就全世界而言，以上有90%处于亚洲和非洲，就人口而言有一半处于印度和中国。

中国问题同样严重，由于80年代前缺乏可持续发展的战略眼光，大部分江、湖、河、海被部分或全部污染，巢湖、太湖、滇池被兰藻污染严重，淮河水质常年从三类水下降为四类、五类。

作为城市的发展，将有2/3的人口从农村转移到城市，而城市的污水处理水平还不足45%，城市污水处理的管网建设远远不够，城市的排水管网的建设，城市“共同沟”的建设连一小半还未建设起来。由于许多地方实行的是“先建设，后治理（污染）的错误方针，许多小城镇和广大农村也大量被污染，环境被破坏，中国人口的生存条件受到极大地危害。

在中国要建没污水处理管网，要建设城市和农村的排水管网，要建设雨水、污水分流管网，关键要有好的埋地排水管。

二、埋地排水管的发展

2.1 刚性管——传统管材

世界上首先发展起来的排水管网，是传统的混凝土管，金属管和陶土管这些管子称为刚性管。在欧州已有50年历史，在中国解放以后各大、中、小城市中首先使用的还是传统的刚性管——混凝土管，至今还在大量的使用，如北京市约有500家水泥管厂，天津市约也有500家水泥管厂，尽管建设部已明文取消φ500以下的平口混凝土管，各地从设计到施工还在使用混凝土管。

2.2 柔性管——塑料管材

从八十年代开始，世界上从欧州到北美、日本掀起一股塑料管道热。人们大量使用各种塑料做的供水、排水管如PVC、PP、PE、ABS管。这里要讲2个问题：

2.2.1  刚性管和柔性管的比较

刚性管是第一代管，比起第二代管柔性管未存在以下缺陷：使用寿命短，耐腐蚀性差，不能和土壤形成 “管土共同作用”，由于和土壤不能形成管土共同作用，接口处常因土壤的不均匀沉降造成错位，因而造成接口处的大量泄漏。由于刚性管存在大量的质量问题，因而由刚性管组成的排水管网，就不能不产生大量的断裂、堵塞、接口泄漏等问题，造成城市排水不畅，下大雨地面积水，严重影响交通安全和人民生活。所以必须使用柔性管来取代水泥管。我们提出的口号之一就是“用双平壁钢塑管取代水泥管，用塑料管厂取代水泥管厂改变中国的排水管的面貌”。

柔性管（塑料管）与刚性管比较起来有六大优点：

（1）在强度和刚性方面：从表面上看塑料埋地管不及水泥管，特别是钢筋混凝土管，但从管埋地后的分析来看，塑料埋地管是属于柔性管，在正确的设计和铺设施工下，塑料管是和周围的土壤（压实后）共同承受负载的，即所谓的“管土共同作用”，所以塑料埋地管只要保证有适当的刚度，当铺设质量有保证，不需要太大的强度和刚性就可满足长期使用的要求。

（2）在水力特性方面，由于塑料管内壁光滑，阻力小、水流通大。所以在同一口径下，塑料管的水流量要比混凝土管大。一般设计时考虑塑料管的水流量要比混凝土管小一号，这对于材料是节省了。

（3）在密封性方面：混凝土管由于是刚性管和土壤不能形成“管土共同作用”，遇到非均匀沉降时，混凝土管的接头就会发生“接头错位”，引起混凝土管的泄漏，据调查和统计在城市污水管网中混凝土管的泄漏量高达30%，这就说明混凝土管的泄漏造的环境污染是混凝土管的主要缺陷。而塑料埋地管采用合格的连接方式如承插式、法兰连接，热收缩带连接可以保证泄漏量小于1%。

（4）在使用寿命和耐腐蚀方面，塑料管的优点更为突出。混凝土管的设计寿命是15年，而塑料管的寿命是50年，现在正在开发使用寿命达到100年的。混凝土管不耐腐蚀，特别对盐碱腐蚀更为害怕。例如天津新区开始建设时选用混凝土管，埋下才三——五年，管子就变成砂子了，没有了，只好重新埋设塑料管。

（5）在铺设施工方面：由于塑料管质量轻，长度大，又是柔性管，它们的优越性更大，塑料管对管沟的要求低，连接方便快速，施工快，施工费用小，尤其在恶劣自然条件下和城市施工都深受工人欢迎，优点更突出。

（6）在综合成本上，在综合经济方面，塑料管的优势正被越来越多的设计单位、施工单位、业主单位所认识。塑料管的单价比混凝土管略高，总的工程造价不比混凝土管高。天津市政工程设计院从1992年起PVC管，1998年起对PE双壁波纹管应用于埋地排水管进行了系统的研究，他们的结论是“PE双壁波纹管的工程造价可与平口混凝土管造价相当，比承插口混凝土管造价低于30%。总的来看，使用塑料管，施工周期大大缩短，经济效益显著”。

2006年在美国召开的第13届国际塑料管道会议上共有120篇报告，其中欧州Teppfa（欧州塑料管材管件协会）和Plastics Europe（欧州塑料制造商协会）发起了一项综合性的研究，即调查使用年限超过30年排水管道质量情况的定量数据，题为“可持续性市政管道排水系统中塑料管道的应用性能”，主要是评价哪种管道性能最好，能满足可持续发展要求。调查1800公里在德国、荷兰和瑞典使用的刚性管（混凝土管、陶土管）和塑料柔性管。调查使用闭路电视监控录象资料，调查结果表明：

（1）管道损坏界定为八类：

侵入连接、损坏连接、裂缝断裂、变形、表面损伤、接头错位、渗入。

（2）损坏比率

A、在德国：观察到的每公里数为刚性50.2，柔性8.3

B、在德国（荷兰、瑞典类似）：有损坏管段的比率为：刚性33%，柔性11%。

C、在德国：观察到与泄漏有关的四种情况（损坏连接，裂缝/断裂、接头错位、渗入）下的每公里总损坏数为：刚性41.2，柔性6.1

调查结论：

（1）使用柔性管表现优于刚性管

（2）埋地管道需要柔性（可以产生管土共同作用）

（3）柔性管系统的管件保证较可靠的连接

（4）柔性管道系统的铺设减少对环境的危害

（5）柔性排水管道是可靠的，长期使用的选择

图一         受检有损坏管道的比率——按损坏类别和材料种类（德国）

2.2.2  埋地排水塑料管的形状——结构壁管的发展

塑料埋地管可以分为实壁管和结构壁管两大类。一般，供水使用的实壁管，因为是有内压的需计算水头压力。而排水管是无内压的，为了从经济上考虑，一般使用结构壁管，结构壁管更比实壁管节省材料50-70%。结构壁管主要承受外压负载，近年国际上统一形成环刚度概念。

环刚度公式为S=E·I/D³，式中：D为管径平均值，E为材料弹性模量，I为惯性矩。

其分级标准如下：

结构壁管共有六种类型：分别是PVC双壁波纹管，PVC加筋管，克拉克管，玻璃钢夹砂管，HDPE缠绕管和HDPE双壁波纹管。

在这六种管材中，大口径HDPE双壁波纹管（φ300－φ800mm），优点最突出，主要是产品质量好，整体性好，生产效率高，原料省，成本低，施工方便，承插连接，使用安全。

大口径HDPE双壁波纹管生产线，国际上1980年出现。1996年山西塑料总厂首先从加拿大科玛公司引进，之后安徽国通又从德国尤尼克公司引进生产线，以后陆续有十多家企业直接从国外引进双壁波纹管生产线。当时中国人不会制造，但通过替国外机器修复模具，更换零件，修理设备慢慢积累经验。2001年由无锡桥联公司开发出第一条HDPE双壁波纹管生产线，并在江阴“银达来”企业投产，接着又生产出五条生产线。

以后山东中云、上海金纬，大连三垒都陆续推出合格生产线。

HDPE双壁波纹管生产线结构复杂，设计先进，代表了当今国际塑料机械的最高水平，它的生产线由挤出机、机头、双壁波纹成型机、成型模具、冷冻冷却喷淋机和喷淋箱和后联设备构成。它的生产线主要特点是：“二机共挤，分层分流，内正外负成型”工艺，关键设备是：“模头、模块、波纹成型机”。其中使用“超冷式”内冷却系统对大口径管材的冷却定型更为重要。

大口径HDPE双壁波纹管生产设备的国产化和HDPE双壁波纹管的大量使用，使我国城乡排水管网走向现代化和使用塑料排水管立下了汗马功劳，特别对中小口径如φ300－φ800mm规格的排水管，到现在还是最优秀的。

但是随着管径的加大，生产设备的规模越来越大。到了φ1400－φ2000mm，成型机的高度已经超过两层房高。另外价格的上涨也使用户无法接受。这样不到10年新一代塑料管材又呼之欲出了。

三、钢塑复合管的出现

3.1 单一材料的缺陷

在新型给、排水塑料管材的推广中，人们宣传塑料管材的好处较多，当然在当时是必要的。但是我们必须清醒地认识到：与金属管材相比，纯塑料管材由于材料本身性能的局限，也有诸多不足之处，如果对这方面认识不足，将会影响到新型排水管材的开发和推广。

塑料管材的不足之处：

（1）刚性不足，强度低

表一      几种常见管材与钢材弹性模量，抗拉屈服强度的对比

可以看出，与钢材相比，纯塑料材料的刚性和强度是有相当差距的。

（2）易蠕变

纯塑料管材长期在即使在较小的应力下，也会不断发生蠕变，因自重因素悬垂度增大，水压下多渗漏现象，难以保持密封性能。

（3）线胀系数大

表二          每米长度在温度变化1℃时的伸缩量（mm）