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淺談中國鑄鐵排水管道發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

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2013-08-24

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城市排水管道作為城市建設(shè)與發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用的好壞直接影響著人民的日常起居生活，涉及著千家萬戶的切身利益

。隨著城市化的不斷發(fā)展，城市排水管道的施工與應(yīng)用都存在很多無問題

，本文針對城市排水管道的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作出簡要分析

。
　　關(guān)鍵詞：城市排水管道

，基礎(chǔ)設(shè)施

，現(xiàn)狀

，發(fā)展趨勢
　　城市排水管道是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施,被稱為維系城市生命的脈絡(luò)。城市排水工程指城市生活污水

、工業(yè)廢水

、大氣降水(含雨

、雪水)徑流和其他棄水的收集、輸送

、凈化、利用和排放

。城市排水設(shè)施包括：收集、輸送城市排水的管網(wǎng)、泵站以及污水處理廠和污泥最終處置及相關(guān)設(shè)施

。城市排水工程是對城市經(jīng)濟發(fā)展具有全局性、先導(dǎo)性影響的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),是城市水污染防治和城市防洪

、排澇

、排漬的骨干工程。近年來

，城市化的急劇膨脹

，地下使用的增加

，以及氣候環(huán)境的惡劣

，使得城市排水管道系統(tǒng)面臨較為嚴(yán)峻的形式。
　　一

、城市排水管道存在的意義
　　城市排水管道作為最基礎(chǔ)的公用設(shè)施

，對于城市正常秩序的維護有著至關(guān)重要的意義

。首先

，城市排水管道保證了城市居民日常廢水、工廠生產(chǎn)廢水以及日常雨水的正常排放

，維持日常生活生產(chǎn)的正常進行。其次

，部分廢水的回收

，以及污水處理，美化城市環(huán)境

，保護人民群眾的健康

。再者

，城市排水管道也是城市防澇的主要手段。隨著社會的不斷發(fā)展與進步

，城市排水管道的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛

。城市排水管道應(yīng)用的好壞是衡量現(xiàn)代化城市水平的重要標(biāo)志,是改善城市投資環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。
　　二

、城市排水管道應(yīng)用的現(xiàn)狀
　　因為城市排水管道設(shè)置于道路下面,所以管材既要要承受管頂覆土荷載與交通荷載組成的外荷載,帶壓排水管道還要考慮排水時的內(nèi)壓荷載

。管材要具有抵抗較高外壓和一定的內(nèi)壓共同作用的能力,這是城市排水管道選取適用管材的首要條件

。同時，排水管道因為大多排放的是污水

，所以管材還要能夠承受土壤的侵蝕、地下水的腐蝕對管材外表面的破壞以及內(nèi)壁承受污水熱腐蝕

、微生物產(chǎn)生的硫化氫的腐蝕等。我國城市排水管道根據(jù)管道材質(zhì)不同可分為鋼管

、鑄鐵管

、混凝土管和鋼筋混凝土管、塑料管(包括鋼塑復(fù)合管)四大類

。近年來

，隨著新技術(shù)的不斷引進與發(fā)展，塑料管的原料合成生產(chǎn)、管材管件制造技術(shù)

、設(shè)計理論和施工技術(shù)等方面的發(fā)展和完善，使塑料管在市政管道工程中占據(jù)了相當(dāng)重要的地位

。
　　塑料管道之所以被越來越多的城市規(guī)劃所運用

，具有如下幾點優(yōu)勢：
　　1. 強度和剛度在表面上來看，塑料水管不如鋼管或者鋼筋混凝土管

，但實際上由于塑料的彈性

，同樣外壓負載下柔性管管壁內(nèi)的應(yīng)力較小，它和周圍的回填土共同承受負載

，管土共同作用，可以擁有鋼管同樣的剛度與強度

。
　　2. 在水力特性比方面

，塑料管由于內(nèi)壁光滑

，輸送液體時摩阻明顯小于鋼筋混凝土管

，所以在同樣坡度下采用小直徑的塑料管就可以輸送大流量的污水。
　　3. 由于金屬易腐蝕

，所以塑料管在防腐蝕耐用性方面占據(jù)絕大優(yōu)勢。埋地排水管輸送的生活污水和雨水具有腐蝕性

，或成酸性或成堿性，生產(chǎn)污水如工業(yè)排水更是具有強腐蝕性

，塑料埋地排水管的耐腐蝕性遠勝于金屬管和混凝土管

。另外，塑料管還耐磨

。
　　4. 塑料管易于接口與密封

，而金屬管或者鋼筋混凝土管在接口密封上就較為困難，而且不能輕易移位

。
　　5. 由于金屬、鋼筋混凝土自身密度大

，重量大，所以在運輸施工上較為不便，而且由于接口密封困難

，一旦施工后不能輕易移動

，為檢查帶來阻礙

。而塑料管材料本身就比較輕，易于運輸與搬運

，施工起來移動也方便

，所以鋪設(shè)安裝上更優(yōu)。
　　除了城市排水管道，其他公用設(shè)施管線也大量埋于地下

，例如用水、煤氣

、熱力

、電纜、通訊線纜等管道

，所以城市排水管道的鋪設(shè)需要將其他管線考慮在內(nèi)。同時

，隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，地鐵在越來越多的城市開始建設(shè)起來

，并且開始在城市的地下蔓延起來

，城市排水管道的排布難度增大，需要比以往埋得更深

。
　　城市排水管道在施工過程中也存在很多問題，由于城市中開槽敷設(shè)排水管道多在城市要道或者中心地段

，受到周圍環(huán)境因素限制,必須做到施工速度快

、周期短、占地少,才能發(fā)揮其在技術(shù)經(jīng)濟比較中的優(yōu)勢

。而我國在城市排水管道上起步較晚

，城市排水管道工程技術(shù)發(fā)展較早的國家，在開槽挖道

、維護檢測等快速施工方法上較為領(lǐng)先

。
　　隨著社會的不斷發(fā)展

，城市規(guī)劃在不斷翻新。然而由于資金原因或行政干預(yù),設(shè)計部門往往不能按規(guī)劃設(shè)計,造成排水系統(tǒng)混亂,對舊管道的改造不徹底,只能解決一時的問題

。另外新鋪設(shè)的管道,由于資金原因也是只考慮局部利益忽視了長期發(fā)展。同時

，在施工上也不夠規(guī)范

，有些施工單位,為了節(jié)省資金,自行設(shè)計或找一些設(shè)計水平較低的人員,他們對設(shè)計規(guī)范了解較少

，往往設(shè)計施工后的管道布局排布存在問題。
　　社會進步的同時

，生活生產(chǎn)所產(chǎn)生的垃圾物也越來越多。部分垃圾會隨著污水流進排水管道

，造成管道阻塞等嚴(yán)重問題

。我國許多城市排水管網(wǎng)存在雨污混接

、管道內(nèi)沉積物累積、管道腐蝕等問題

。
　　三

、城市排水管道應(yīng)用的發(fā)展趨勢及改善措施
　　管材上

，生產(chǎn)技術(shù)和加工工藝的不斷發(fā)展，可以設(shè)計出耐壓耐腐蝕的管道

。而混凝土管材雖然存在諸多不足，但是其最大的優(yōu)勢在于資源的回收利用

，綠色環(huán)保

。加工制造技術(shù)的發(fā)展，可以在使用有利于環(huán)保的工業(yè)廢料時

，想辦法增加混凝土管的耐腐蝕性，增加使用壽命

。從長遠發(fā)展的角度來說，過去沉重難移動的鋼筋混凝土管

、容易腐蝕的金屬管等將會逐步被輕便耐蝕的塑料管材所代替。而且接口方式上會逐漸往柔性接口型式發(fā)展，過去用平口管安裝成管道

，用水泥砂漿封縫或用套環(huán)連接防不了污水外溢，而采用膠圈接口或者承接口式排水口

。
　　設(shè)計上

，排水管道的排布與安置應(yīng)該更加全面化

。土地資源的日益稀缺

，地下土地資源逐漸被開發(fā)出來。我國北京

、上海等大都市

，地下商場

、超市等場所遍布，而且地鐵等便捷交通網(wǎng)絡(luò)也開始在各大城市分布起來

。另外

，電力

、熱能

、煤氣等地下線路也越來越多

，可以說地下線路分布如蜘蛛網(wǎng)般復(fù)雜

。這在排水管道的設(shè)計上要求更高，需要顧及各個方面

，考慮全面，而且對于施工技術(shù)人員的技術(shù)要求更高

。否則

，牽一發(fā)而動全身。
　　施工上

，雖然我國今年來城市發(fā)展迅速

，但是在城市排水管道的建設(shè)施工上仍然存在諸多問題。而在很多西方國家，有著一套良好的解決辦法

。這對于施工建設(shè)單位而言

，需要資金與人力的投入，引進國外先進技術(shù)

，結(jié)合實際情況加以改進。另外

，就是采用先進的檢測技術(shù)

，定期進行檢測

，以防惡劣天氣等特殊情況下出現(xiàn)

，排水系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象。
　　城市排水管道未來發(fā)展上依然需要解決沉積物堵塞和增加汛期排水量的問題。排水管道中沉積物的來源主要有兩種

，一是來自城市不同匯水面的固體顆粒物質(zhì)隨雨水徑流的沖刷進入排水管

；二是污水管道中懸浮物質(zhì)的沉降

。從源頭上杜絕固體沉積物的流入

，同時在合適位置設(shè)置沉淀池。同時

，為了最大限度排除汛期雨水,減少地面積水時間,可在易積水地段將雨水管道與污水管道連通。另外

，進水口與排水口應(yīng)該設(shè)置合理隔離物

，防止垃圾等物品阻塞出口

，使得水不能及時流入與排出

。中國鑄鐵排水管道發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國過去在埋地排水領(lǐng)域應(yīng)用鑄鐵管較為落后

，原因之一是中國過去對環(huán)境保護不夠重視

，排水管的建設(shè)投資不足

；傳統(tǒng)上排水主要采用價格最低的平接混凝土管，原因之二就是我國過去對于鑄鐵埋地排水管的研究試驗不夠

，實際應(yīng)用經(jīng)驗不足

，一直沒有定出國家級的設(shè)計和驗收規(guī)范

，也沒有對埋地排水管的生產(chǎn)設(shè)備進行研究開發(fā)

。即使有幾個企業(yè)引進了埋地排水管生產(chǎn)線

，由于推廣工作不力，只停留在做個別的試驗工程階段

。過去

，由于我國的環(huán)保意識不強，對城市排污管道建設(shè)投資不重視

，在運行的城市排污管網(wǎng)有50以上的是80年代鋪設(shè)的

，其主要是混凝土管

、鑄鐵管

、陶制管以及用磚石砌成的暗渠

。目前大部分己經(jīng)多年失修

，管道腐爛

、接頭滲漏極為嚴(yán)重

，管道破損、塌陷

、堵塞時有發(fā)生

。
　　近幾年

，我國鑄鐵埋地排水的市場開始復(fù)蘇，一方面是我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定的高速增長

，為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了良好的宏觀環(huán)境和廣闊空間，為鑄鐵管的推廣應(yīng)用提供了市場發(fā)展空間

。另一方面

，隨著我國對于環(huán)境保護的日益重視

，特別是在2000年11月國務(wù)院發(fā)出《關(guān)于加城市供水排水節(jié)水和水污染防治工作通知》（國發(fā)）（2001）36號之后從國中央到地方各級政府出臺了一系列節(jié)水

，治污保護環(huán)境的政策法規(guī)。
　　近幾年來鑄鐵埋地排水管的市場開始起步

，是因為對于鑄鐵埋地排水管的研究試驗和標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范制定工作逐步有了進展。通過實際應(yīng)用

，鑄鐵埋地排水管的優(yōu)點正在逐步被認(rèn)識

，部分地區(qū)已開始大量應(yīng)用。建設(shè)部組織的兩個推廣會上海、北京等市政部門都介紹了使用鑄鐵埋地排水管的成功經(jīng)驗

。
　　2鑄鐵管和混凝土管物理性能比較研究2.1強度和剛度鑄鐵管屬柔性管，在受外載荷時

，剛性管和柔性管的承受負載荷的機理則是完全不相同的。剛性管在受外壓破壞之前不可能產(chǎn)生較大變形

，而柔性管在受壓破壞之前

，可以產(chǎn)生較大的變形

。當(dāng)柔性管在產(chǎn)生破壞之前先變形即產(chǎn)生橫向外擴，這樣管材周圍的回填土壤可以起到阻止柔性管變形及外擴的作用

，外壓載荷被傳遞和分?jǐn)偟街車幕靥钔林腥チ?div id="jfovm50" class="index-wrap">；而剛性管受外載荷時，負載完全通過管材傳遞到管床底部

，在管材管壁內(nèi)產(chǎn)生彎矩，隨著管材直徑加大

，管壁的彎矩和應(yīng)力急劇加大，所以大直徑的混凝土排水管常常需要增加鋼筋

，已增加其承受外載荷的能力。
　　2.2水力特性比較水力特性方面由于鑄鐵管內(nèi)壁光滑

，在輸送液體時其比摩阻明顯小于混凝土管。鑄鐵管的內(nèi)壁粗糙系數(shù)為0.01

，而混凝土管為0.014

，因此在同樣的使用條件下

，鑄鐵管的輸水量可比混凝土管提高40.實踐證明

，在相同的坡度時，相比混凝上管采用直徑較小的鑄鐵埋地排水竹就可以達到要求的流量

；在相同的直徑下

，采用鑄鐵埋地排水管可以減少坡度同時減少了鋪設(shè)工程費。
　　2.3密封性密封性方而鑄鐵管的連接較可靠

，密封性能較好，抗不均勻沉降性強及能適應(yīng)較大角度變位

。根據(jù)接頭的水壓試驗

，直線接頭防滲壓力可達0.2MPa.接頭的轉(zhuǎn)角變形試驗表明

，該管可有效消除不均勻沉降對管道接口的不利影響。而且疑土排水管在保證密封性方面是比較難的

。
　　3相同管徑情況下鑄鐵管與混凝土管輸水量比較在管徑

、粗糙系數(shù)一定的情況下，當(dāng)充滿度

、水力坡度、流速三個因素中兩個因素一定時鑄鐵管及混凝土管輸水能力的區(qū)別

。
　　3.1管徑相同

、充滿度相同

、流速相同時鑄鐵管與混凝土管的輸水量比較當(dāng)管徑相同、充滿度相同

、流速相同時

，則兩種管道的水力半徑相同

，過水?dāng)嗝婷娣e相同

，因此，兩種管道的輸水量相同。但這時鑄鐵管的坡度較混凝土管小

，混凝土管的坡度是鑄鐵管的40倍

，這樣在施工的過程中鑄鐵管較混凝土管可大大節(jié)省造價

。
　　3.2管徑相同

、坡度相同、流速相同時鑄鐵管與混凝土管的輸水量比較當(dāng)管徑相同

、坡度相同

、流速相同時，鑄鐵管的過水?dāng)嗝婷娣e較混凝土管小

，鑄鐵管不能達到最大充滿度，管道未得到充分利用

，從經(jīng)濟方面考慮，設(shè)計人員一般也不會考慮這樣的設(shè)計

，所以在這種情況下

，兩種管道無可比性

。
　　4流量相等時鑄鐵管與鋼筋混凝土管的工程造價分析混凝土排水管要求使用混凝土基礎(chǔ)

，所用的混凝土量大且養(yǎng)護時間長，而鑄鐵管要求在標(biāo)高下下挖0.1到0.15m管道基礎(chǔ)用細砂石墊底即可

，操作簡單

，不需養(yǎng)護

，大大提高了施工效率

。
　　由可見，同等管徑的混凝土管與鑄鐵管由于采用的基礎(chǔ)不同

，相關(guān)長度上

，總價也不相同

，鑄鐵管的施工簡易且造價低

。
　　5層次分析法數(shù)學(xué)模型的建立與分析5.1層次分析法“層次分析法”（AnalyticHierarchyProeess，簡稱AHP）是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法，在20世紀(jì)70年代中期由美國運籌學(xué)家T.L.Saaty正式提出

。
　　層次分析法主要包括四個基本步驟：第一步

，在確定決策的目標(biāo)后，對影響目標(biāo)決策的因素進行分類

，建立一個多層次結(jié)構(gòu)

；第二步

，比較同一層次中各因素關(guān)于上一層次的同一個因素的相對重要性，構(gòu)造成對比較矩陣

；第三步，計算與成對比較矩陣最大特征根相對應(yīng)的特征向量

，檢驗成對比較矩陣的一致性

，必要時對成對比較矩陣進行修改

，以達到可以接受的一致性；第四步

，在符合一致性檢驗的前提下

，確定每個因素對上一層次該因素的權(quán)重

，進而計算各因素對于系統(tǒng)目標(biāo)的總排序權(quán)重并決策。
　　5.2管材選擇數(shù)學(xué)模型的建立如下圖把鑄鐵竹材應(yīng)用可行性分為目標(biāo)層為管材優(yōu)選；四個準(zhǔn)則層次

；準(zhǔn)則層分別從物理化學(xué)條件

、水力條件、施工安裝條件

、綜合造價四個方面來分析

。每個準(zhǔn)則層又分有三個主要影響因素

，根據(jù)情況不同

，把準(zhǔn)則層底下又分為若干幾個指標(biāo)層。物化指標(biāo)分為：環(huán)剛度

、重量

、使用年限；水力指標(biāo)分為：流量

、流速

、坡度

；施工安裝指標(biāo)分為：安裝基礎(chǔ)

、埋深

、接口

；綜合造價指標(biāo)分為：人工費、材料費

、機械費

。這里考慮的是主要影響因素

，一些次要因素因為影響不大或不利于定量分析而舍棄。
　　四個準(zhǔn)則層與目標(biāo)層構(gòu)建層次比較矩陣來分析

。首先確立目標(biāo)層A和四個準(zhǔn)則層B的層次矩陣（A-B）。構(gòu)造的A-B層次矩陣

。施工管理

；工期控制；質(zhì)量控制

；成本控制

；采取方法需要說明的是：A-B層次矩陣中準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)數(shù)是根據(jù)鑄鐵管與混凝土管定性與定量比較得出的。
　　5.3原則層和指標(biāo)層矩陣的一致性檢驗5.3.1首先利用下式計算層次矩陣每一行元素的乘積：5.3.2計算層次矩陣的權(quán)重矩陣w的乘積：5.3.3計算下式C.R：C.R=0<0.1時，認(rèn)為通過一致性檢驗

。
　　6總結(jié)本文通過對目前常用鑄鐵管及混凝土管的物理力學(xué)性能進行比較得出

，鑄鐵管無論是在強度及剛度還是密封性優(yōu)于混凝土管

，還有就是管徑相同

、充滿度相同

、流速相同時鑄鐵管與混凝土管的輸水量相同

，但此時鑄鐵管的埋設(shè)深度大大減小

，鑄鐵管的埋設(shè)深度較混凝土大約減小一半。同時本文通過對管材的分析比較和

，而且建立了數(shù)學(xué)模型進一步說明了鑄鐵管道在各方面的優(yōu)越性，為城鎮(zhèn)管網(wǎng)建設(shè)在管材的選擇方面提供了一定的依據(jù)