關鍵語：夾砂玻璃鋼管，水電站，復合材料，應用，經濟比較
　　摘要：結合在加答河水電站中應用的一些設計與施工情況，介紹了夾砂玻璃鋼管的主要特性、優點和施工注意事項，供有關設計、施工人員進行參考與討論。
　　1前言
　　玻璃鋼管是由連續纖維、不飽和聚酯樹脂和填料組成的新型復合材料管，該產品采用計算機控制，以連續纏繞方法成型，具有系列優良的特性，在歐美等發達國家中應用相當廣泛。20世紀50年代中期問世的玻璃纖維纏繞夾砂管，是在原玻璃鋼管生產過程中添加數層樹脂石英砂漿層而成，使整個管壁成為夾層結構，既提高了管材的剛度和強度，又降低了生產成本。夾砂玻璃鋼管制作工藝自20世紀80年代傳入我國后，已在石油、化工、煤礦、市政供排水等領域中得到了廣泛的應用。
　　夾砂玻璃鋼管承受壓水頭雖已可達到250m以上，但作為一種新型的非金屬復合管材，中高水頭小水電站中的輸水管路仍是以傳統的壓力鋼管為主，采用夾砂玻璃鋼管的極少。
　　2工程概況
　　加答河水電站壩位于陵水河支流加答河中上游河段，屬海南省保亭縣什玲鎮境內，壩址集雨面積10.23km2，設計水頭140m，裝機容量2×500kW，設計流量0.96m3/s，引水管道長420m，管道縱坡約1:3，年設計發電量約370萬kW.h。加答河水電站原初步設計報告中規劃采用壓力鋼管方案，主管內徑采用φ600，主管長度420m，主管水頭損失7.8m。
　　3采用夾砂玻璃鋼管的可行性分析
　　3.1夾砂玻璃鋼管的優點分析
　　夾砂玻璃鋼管與傳統的壓力鋼管相比，具有如下特點：
　　（1）耐腐蝕性能
　　與壓力鋼管相比具有優良的耐化學腐蝕性能，它的內襯采用耐腐蝕性能優良的樹脂（飲用水管道采用食品級樹脂）作為原材料，所以不需要任何防腐處理，而且在運行中始終保持內表面光滑無垢。而壓力鋼管運行一段時間后內表面光滑度下降，水頭損失增大，需要經常性維護。
　　（2）重量輕，安裝、運輸方便
　　夾砂玻璃鋼管道比重約為1.6左右，僅是鋼管或鑄鐵管的1/4～1/5。實際應用表明，在承受同樣內壓的前提下，同口徑、同長度的玻璃鋼管道，其重量約為鋼管的30％左右，因此玻璃鋼管道在運輸時可節省油耗及其它費用。安裝時，對中小口徑的玻璃鋼管道一般不需用重型機械，有的甚至可通過人工搬運，從而可大大提高了安裝速度。
　　（3）水力學性能優良
　　夾砂玻璃鋼管道內表面光滑，內壁絕對粗糙度僅為0.01，而壓力鋼管的絕對粗糙度為0.1～0.2。通過纏繞玻璃鋼管道和新碳素鋼管道進行水頭損失計算表明，當通過流量相同時，夾砂玻璃鋼管道所引起的壓頭損失僅約為同管徑新碳素鋼管的0.856倍。
　　（4）比強度高、力學性能合理
　　纏繞玻璃鋼管道軸向拉伸強度為160～320MPa，接近于鋼管，比強度更高，在結構設計時，管材自重可大幅度減輕，安裝十分容易。
　　（5）接頭少、連接方式多樣靈活
　　纏繞玻璃鋼管道單管長度一般為6～12m，在長距離管線安裝時，所需接頭較少，既能使流動水阻降低，也減少了施工費用。同時，管線因接頭多而發生滲漏的可能性也較鋼管大為降低。另外，纏繞玻璃鋼管道的接頭方式有多種，主要包括：承插膠接、平端對接、（活套）法蘭連接、（帶鎖緊裝置）O形圈連接、螺紋連接等，可根據具體施工條件，靈活選擇接頭方式，從而提高了工程的可靠性。
　　（6）具有優良的絕緣性能。
　　它的導熱系數只有鋼管的1%，具有優良的絕緣性，更加適應于多雷區。
　　（7）使用壽命長、安全可靠。
　　夾砂玻璃鋼管道經久耐用，安全系數一般都在4以上。據實驗室的模擬試驗表：一般夾砂玻璃鋼管的壽命可達50年以上，是鋼管和混凝土管的2倍。
　　3.2夾砂玻璃鋼管參數的確定
　　（1）夾砂玻璃鋼管管徑的確定
　　原初步設計的φ600鋼管水頭損失hf為7.8m，本次按不超7.8m確定夾砂玻璃鋼管的管徑，水頭損失由哈森-威廉公式計算，計算公式為：
　　hf=f•v2/(2Dg)
　　f=194.62/(C1.852D1/6V0.148)
　　式中：C—玻璃鋼管取150；f—摩阻系數；D—管道計算內徑,m；V—流速,m/s；g重力加速度9.81。
　　經計算，直徑為φ500時，夾砂玻璃鋼管水頭損失hf為13m；徑為φ600時，夾砂玻璃鋼管水頭損失hf為5.9m。因此按φ600選定夾砂玻璃鋼管。
　　（2）夾砂玻璃鋼管管壁厚度的確定
　　本工程采用沖擊式水輪機，機組折向器偏離轉葉時間小于3s，為確保管道安全，取折向器關閉時間為30s。本工程設計引水流量Q=0.96m3/s，主管直徑φ=600mm，主管流速為3.7m/s，通過正水錘計算確定管壁厚度如下表：
　　管壁厚度計算成果表

                   
　　　3.3技術經濟比較
　　壓力鋼管造價與夾砂玻璃鋼管的技術經濟比較如下表：

            
　　由此可見，對于相同口徑的管材，夾砂玻璃鋼管價格低于壓力鋼管。若考慮到管道長期使用的維護費用和動力消耗等其它的運行費用，以及使用年限和輸送能力等因素，夾砂玻璃鋼的優越性就更為明顯。因為夾砂玻璃鋼管具有一系列的優點，經綜合考慮，決定在加答河水電站中采用夾砂玻璃鋼管。
　　4夾砂玻璃鋼管工程的施工
　　4.1管道的運輸和存放
　　夾砂玻璃鋼管在運輸的過程中不能受到劇烈的撞擊，但不同管徑的管道允許套管裝運。當管道直接放于地上時，需要注意地面平坦，不能有石塊和容易引起管道損壞的尖利物體，堆放的管道需加墊木楔以防止滾動。應保證管道在強風、不平的地區或其它水平條件下堆放的管道最大徑向撓曲不超過直徑的1.5%，不允許凸起、扁平和其它突然的曲率變化。
　　4.2管道的安裝
　　管道溝槽開挖管的深度需根據管道設計、使用條件、管道的性能、管道的尺寸及現場條件決定，例如土壤的性能、靜態荷載、動態荷載等，同時應保證埋入地下的管道不受地下水的漂浮力的影響。
　　管道的墊層應遵照要求使用砂或礫石。墊層壓實度應達到0.9以上，以保證管道有足夠的支撐。在管道的接頭處，為滿足安裝的需要，接頭處需超挖，安裝時管道不得離開管底表面，安裝結束后，再按要求夯實接頭處的超挖部位。如果在管溝遇到巖石、硬土層，松軟而不穩定的土壤或高度膨脹的土壤，需要增加墊層的厚度。
　　管道在連接好后，管區需要馬上回填，這樣可以防止管道的浮動和熱變形的發生。回填應分層填筑，填土的壓實度為0.9～0.95，每次填筑厚度約150～300mm。當回填材料回填到管道的起拱線時，為避免管道受到外來夯擊荷載的作用，所有夯實都應從管溝壁開始逐漸向管道靠近。
　　在高壓管道中，為固定管道，需在管道轉彎處設置鎮墩。彎頭附件可采用鋼管彎頭，鋼管彎頭與玻璃鋼管采用法蘭連接的方式。有條件的也可制作夾砂玻璃鋼管彎頭，成型工藝有手糊成型和纏繞成型二種。
　　5結論
　　夾砂玻璃鋼管作為一種新型的復合材料管，具有輕質、高強、耐高壓、耐腐蝕、造價較低、施工方便、維修養護工作量小等優點，較為適合高水頭小水電站中管道壓力較大、流量相對較小的特點，很多方面具有壓力鋼管無法相比的優越性。盡管如此，在高水頭小水電中應用夾砂玻璃鋼管道的項目仍很少，其原因主要在于業主和設計人員對夾砂玻璃鋼管道的優良性能還不十分了解，對選用夾砂玻璃鋼管道仍抱遲疑、觀望的態度。為此，本文結合所設計的加答河水電站對夾砂玻璃鋼管的特點進行了一些探討，以期推動夾砂玻璃鋼管在高水頭小電站中得到合理的應用。
　　參考文獻：
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