浅谈中国铸铁排水管道发展现状及趋势
时间:2013-8-24 8:21:42  来源:  点击:16547次
城市排水管道作为城市建设与发展的重要基础设施,其应用的好坏直接影响着人民的日常起居生活,涉及着千家万户的切身利益。随着城市化的不断发展,城市排水管道的施工与应用都存在很多无问题,本文针对城市排水管道的应用现状与发展趋势作出简要分析。
  关键词:城市排水管道,基础设施,现状,发展趋势
  城市排水管道是现代化城市不可缺少的重要基础设施,被称为维系城市生命的脉络。城市排水工程指城市生活污水、工业废水、大气降水(含雨、雪水)径流和其他弃水的收集、输送、净化、利用和排放。城市排水设施包括:收集、输送城市排水的管网、泵站以及污水处理厂和污泥最终处置及相关设施。城市排水工程是对城市经济发展具有全局性、先导性影响的基础产业,是城市水污染防治和城市防洪、排涝、排渍的骨干工程。近年来,城市化的急剧膨胀,地下使用的增加,以及气候环境的恶劣,使得城市排水管道系统面临较为严峻的形式。
  一、 城市排水管道存在的意义
  城市排水管道作为最基础的公用设施,对于城市正常秩序的维护有着至关重要的意义。首先,城市排水管道保证了城市居民日常废水、工厂生产废水以及日常雨水的正常排放,维持日常生活生产的正常进行。其次,部分废水的回收,以及污水处理,美化城市环境,保护人民群众的健康。再者,城市排水管道也是城市防涝的主要手段。随着社会的不断发展与进步,城市排水管道的应用也愈发广泛。城市排水管道应用的好坏是衡量现代化城市水平的重要标志,是改善城市投资环境的重要环节。
  二、 城市排水管道应用的现状
  因为城市排水管道设置于道路下面,所以管材既要要承受管顶覆土荷载与交通荷载组成的外荷载,带压排水管道还要考虑排水时的内压荷载。管材要具有抵抗较高外压和一定的内压共同作用的能力,这是城市排水管道选取适用管材的首要条件。同时,排水管道因为大多排放的是污水,所以管材还要能够承受土壤的侵蚀、地下水的腐蚀对管材外表面的破坏以及内壁承受污水热腐蚀、微生物产生的硫化氢的腐蚀等。我国城市排水管道根据管道材质不同可分为钢管、铸铁管、混凝土管和钢筋混凝土管、塑料管(包括钢塑复合管)四大类。近年来,随着新技术的不断引进与发展,塑料管的原料合成生产、管材管件制造技术、设计理论和施工技术等方面的发展和完善,使塑料管在市政管道工程中占据了相当重要的地位。
  塑料管道之所以被越来越多的城市规划所运用,具有如下几点优势:
  1. 强度和刚度在表面上来看,塑料水管不如钢管或者钢筋混凝土管,但实际上由于塑料的弹性,同样外压负载下柔性管管壁内的应力较小,它和周围的回填土共同承受负载,管土共同作用,可以拥有钢管同样的刚度与强度。
  2. 在水力特性比方面,塑料管由于内壁光滑,输送液体时摩阻明显小于钢筋混凝土管,所以在同样坡度下采用小直径的塑料管就可以输送大流量的污水。
  3. 由于金属易腐蚀,所以塑料管在防腐蚀耐用性方面占据绝大优势。埋地排水管输送的生活污水和雨水具有腐蚀性,或成酸性或成碱性,生产污水如工业排水更是具有强腐蚀性,塑料埋地排水管的耐腐蚀性远胜于金属管和混凝土管。另外,塑料管还耐磨。
  4. 塑料管易于接口与密封,而金属管或者钢筋混凝土管在接口密封上就较为困难,而且不能轻易移位。
  5. 由于金属、钢筋混凝土自身密度大,重量大,所以在运输施工上较为不便,而且由于接口密封困难,一旦施工后不能轻易移动,为检查带来阻碍。而塑料管材料本身就比较轻,易于运输与搬运,施工起来移动也方便,所以铺设安装上更优。
  除了城市排水管道,其他公用设施管线也大量埋于地下,例如用水、煤气、热力、电缆、通讯线缆等管道,所以城市排水管道的铺设需要将其他管线考虑在内。同时,随着交通事业的不断发展,地铁在越来越多的城市开始建设起来,并且开始在城市的地下蔓延起来,城市排水管道的排布难度增大,需要比以往埋得更深。
  城市排水管道在施工过程中也存在很多问题,由于城市中开槽敷设排水管道多在城市要道或者中心地段,受到周围环境因素限制,必须做到施工速度快、周期短、占地少,才能发挥其在技术经济比较中的优势。而我国在城市排水管道上起步较晚,城市排水管道工程技术发展较早的国家,在开槽挖道、维护检测等快速施工方法上较为领先。
  随着社会的不断发展,城市规划在不断翻新。然而由于资金原因或行政干预,设计部门往往不能按规划设计,造成排水系统混乱,对旧管道的改造不彻底,只能解决一时的问题。另外新铺设的管道,由于资金原因也是只考虑局部利益忽视了长期发展。同时,在施工上也不够规范,有些施工单位,为了节省资金,自行设计或找一些设计水平较低的人员,他们对设计规范了解较少,往往设计施工后的管道布局排布存在问题。
  社会进步的同时,生活生产所产生的垃圾物也越来越多。部分垃圾会随着污水流进排水管道,造成管道阻塞等严重问题。我国许多城市排水管网存在雨污混接、管道内沉积物累积、管道腐蚀等问题。
  三、 城市排水管道应用的发展趋势及改善措施
  管材上,生产技术和加工工艺的不断发展,可以设计出耐压耐腐蚀的管道。而混凝土管材虽然存在诸多不足,但是其最大的优势在于资源的回收利用,绿色环保。加工制造技术的发展,可以在使用有利于环保的工业废料时,想办法增加混凝土管的耐腐蚀性,增加使用寿命。从长远发展的角度来说,过去沉重难移动的钢筋混凝土管、容易腐蚀的金属管等将会逐步被轻便耐蚀的塑料管材所代替。而且接口方式上会逐渐往柔性接口型式发展,过去用平口管安装成管道,用水泥砂浆封缝或用套环连接防不了污水外溢,而采用胶圈接口或者承接口式排水口。
  设计上,排水管道的排布与安置应该更加全面化。土地资源的日益稀缺,地下土地资源逐渐被开发出来。我国北京、上海等大都市,地下商场、超市等场所遍布,而且地铁等便捷交通网络也开始在各大城市分布起来。另外,电力、热能、煤气等地下线路也越来越多,可以说地下线路分布如蜘蛛网般复杂。这在排水管道的设计上要求更高,需要顾及各个方面,考虑全面,而且对于施工技术人员的技术要求更高。否则,牵一发而动全身。
  施工上,虽然我国今年来城市发展迅速,但是在城市排水管道的建设施工上仍然存在诸多问题。而在很多西方国家,有着一套良好的解决办法。这对于施工建设单位而言,需要资金与人力的投入,引进国外先进技术,结合实际情况加以改进。另外,就是采用先进的检测技术,定期进行检测,以防恶劣天气等特殊情况下出现,排水系统崩溃的现象。
  城市排水管道未来发展上依然需要解决沉积物堵塞和增加汛期排水量的问题。排水管道中沉积物的来源主要有两种,一是来自城市不同汇水面的固体颗粒物质随雨水径流的冲刷进入排水管;二是污水管道中悬浮物质的沉降。从源头上杜绝固体沉积物的流入,同时在合适位置设置沉淀池。同时,为了最大限度排除汛期雨水,减少地面积水时间,可在易积水地段将雨水管道与污水管道连通。另外,进水口与排水口应该设置合理隔离物,防止垃圾等物品阻塞出口,使得水不能及时流入与排出。中国铸铁排水管道发展现状及趋势我国过去在埋地排水领域应用铸铁管较为落后,原因之一是中国过去对环境保护不够重视,排水管的建设投资不足;传统上排水主要采用价格最低的平接混凝土管,原因之二就是我国过去对于铸铁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,也没有对埋地排水管的生产设备进行研究开发。即使有几个企业引进了埋地排水管生产线,由于推广工作不力,只停留在做个别的试验工程阶段。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,在运行的城市排污管网有50以上的是80年代铺设的,其主要是混凝土管、铸铁管、陶制管以及用砖石砌成的暗渠。目前大部分己经多年失修,管道腐烂、接头渗漏极为严重,管道破损、塌陷、堵塞时有发生。
  近几年,我国铸铁埋地排水的市场开始复苏,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,为铸铁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日益重视,特别是在2000年11月国务院发出《关于加城市供水排水节水和水污染防治工作通知》(国发)(2001)36号之后从国中央到地方各级政府出台了一系列节水,治污保护环境的政策法规。
  近几年来铸铁埋地排水管的市场开始起步,是因为对于铸铁埋地排水管的研究试验和标准及规范制定工作逐步有了进展。通过实际应用,铸铁埋地排水管的优点正在逐步被认识,部分地区已开始大量应用。建设部组织的两个推广会上海、北京等市政部门都介绍了使用铸铁埋地排水管的成功经验。
  2铸铁管和混凝土管物理性能比较研究2.1强度和刚度铸铁管属柔性管,在受外载荷时,刚性管和柔性管的承受负载荷的机理则是完全不相同的。刚性管在受外压破坏之前不可能产生较大变形,而柔性管在受压破坏之前,可以产生较大的变形。当柔性管在产生破坏之前先变形即产生横向外扩,这样管材周围的回填土壤可以起到阻止柔性管变形及外扩的作用,外压载荷被传递和分摊到周围的回填土中去了;而刚性管受外载荷时,负载完全通过管材传递到管床底部,在管材管壁内产生弯矩,随着管材直径加大,管壁的弯矩和应力急剧加大,所以大直径的混凝土排水管常常需要增加钢筋,已增加其承受外载荷的能力。
  2.2水力特性比较水力特性方面由于铸铁管内壁光滑,在输送液体时其比摩阻明显小于混凝土管。铸铁管的内壁粗糙系数为0.01,而混凝土管为0.014,因此在同样的使用条件下,铸铁管的输水量可比混凝土管提高40.实践证明,在相同的坡度时,相比混凝上管采用直径较小的铸铁埋地排水竹就可以达到要求的流量;在相同的直径下,采用铸铁埋地排水管可以减少坡度同时减少了铺设工程费。
  2.3密封性密封性方而铸铁管的连接较可靠,密封性能较好,抗不均匀沉降性强及能适应较大角度变位。根据接头的水压试验,直线接头防渗压力可达0.2MPa.接头的转角变形试验表明,该管可有效消除不均匀沉降对管道接口的不利影响。而且疑土排水管在保证密封性方面是比较难的。
  3相同管径情况下铸铁管与混凝土管输水量比较在管径、粗糙系数一定的情况下,当充满度、水力坡度、流速三个因素中两个因素一定时铸铁管及混凝土管输水能力的区别。
  3.1管径相同、充满度相同、流速相同时铸铁管与混凝土管的输水量比较当管径相同、充满度相同、流速相同时,则两种管道的水力半径相同,过水断面面积相同,因此,两种管道的输水量相同。但这时铸铁管的坡度较混凝土管小,混凝土管的坡度是铸铁管的40倍,这样在施工的过程中铸铁管较混凝土管可大大节省造价。
  3.2管径相同、坡度相同、流速相同时铸铁管与混凝土管的输水量比较当管径相同、坡度相同、流速相同时,铸铁管的过水断面面积较混凝土管小,铸铁管不能达到最大充满度,管道未得到充分利用,从经济方面考虑,设计人员一般也不会考虑这样的设计,所以在这种情况下,两种管道无可比性。
  4流量相等时铸铁管与钢筋混凝土管的工程造价分析混凝土排水管要求使用混凝土基础,所用的混凝土量大且养护时间长,而铸铁管要求在标高下下挖0.1到0.15m管道基础用细砂石垫底即可,操作简单,不需养护,大大提高了施工效率。
  由可见,同等管径的混凝土管与铸铁管由于采用的基础不同,相关长度上,总价也不相同,铸铁管的施工简易且造价低。
  5层次分析法数学模型的建立与分析5.1层次分析法“层次分析法”(AnalyticHierarchyProeess,简称AHP)是一种定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法,在20世纪70年代中期由美国运筹学家T.L.Saaty正式提出。
  层次分析法主要包括四个基本步骤:第一步,在确定决策的目标后,对影响目标决策的因素进行分类,建立一个多层次结构;第二步,比较同一层次中各因素关于上一层次的同一个因素的相对重要性,构造成对比较矩阵;第三步,计算与成对比较矩阵最大特征根相对应的特征向量,检验成对比较矩阵的一致性,必要时对成对比较矩阵进行修改,以达到可以接受的一致性;第四步,在符合一致性检验的前提下,确定每个因素对上一层次该因素的权重,进而计算各因素对于系统目标的总排序权重并决策。
  5.2管材选择数学模型的建立如下图把铸铁竹材应用可行性分为目标层为管材优选;四个准则层次;准则层分别从物理化学条件、水力条件、施工安装条件、综合造价四个方面来分析。每个准则层又分有三个主要影响因素,根据情况不同,把准则层底下又分为若干几个指标层。物化指标分为:环刚度、重量、使用年限;水力指标分为:流量、流速、坡度;施工安装指标分为:安装基础、埋深、接口;综合造价指标分为:人工费、材料费、机械费。这里考虑的是主要影响因素,一些次要因素因为影响不大或不利于定量分析而舍弃。
  四个准则层与目标层构建层次比较矩阵来分析。首先确立目标层A和四个准则层B的层次矩阵(A-B)。构造的A-B层次矩阵。施工管理;工期控制;质量控制;成本控制;采取方法需要说明的是:A-B层次矩阵中准则层的指标权数是根据铸铁管与混凝土管定性与定量比较得出的。
  5.3原则层和指标层矩阵的一致性检验5.3.1首先利用下式计算层次矩阵每一行元素的乘积:5.3.2计算层次矩阵的权重矩阵w的乘积:5.3.3计算下式C.R:C.R=0<0.1时,认为通过一致性检验。
  6总结本文通过对目前常用铸铁管及混凝土管的物理力学性能进行比较得出,铸铁管无论是在强度及刚度还是密封性优于混凝土管,还有就是管径相同、充满度相同、流速相同时铸铁管与混凝土管的输水量相同,但此时铸铁管的埋设深度大大减小,铸铁管的埋设深度较混凝土大约减小一半。同时本文通过对管材的分析比较和,而且建立了数学模型进一步说明了铸铁管道在各方面的优越性,为城镇管网建设在管材的选择方面提供了一定的依据
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