關(guān)鍵語(yǔ)：夾砂玻璃鋼管，水電站，復(fù)合材料，應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)比較
　　摘要：結(jié)合在加答河水電站中應(yīng)用的一些設(shè)計(jì)與施工情況，介紹了夾砂玻璃鋼管的主要特性、優(yōu)點(diǎn)和施工注意事項(xiàng)，供有關(guān)設(shè)計(jì)、施工人員進(jìn)行參考與討論。
　　1前言
　　玻璃鋼管是由連續(xù)纖維、不飽和聚酯樹(shù)脂和填料組成的新型復(fù)合材料管，該產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)控制，以連續(xù)纏繞方法成型，具有系列優(yōu)良的特性，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。20世紀(jì)50年代中期問(wèn)世的玻璃纖維纏繞夾砂管，是在原玻璃鋼管生產(chǎn)過(guò)程中添加數(shù)層樹(shù)脂石英砂漿層而成，使整個(gè)管壁成為夾層結(jié)構(gòu)，既提高了管材的剛度和強(qiáng)度，又降低了生產(chǎn)成本。夾砂玻璃鋼管制作工藝自20世紀(jì)80年代傳入我國(guó)后，已在石油、化工、煤礦、市政供排水等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　夾砂玻璃鋼管承受壓水頭雖已可達(dá)到250m以上，但作為一種新型的非金屬?gòu)?fù)合管材，中高水頭小水電站中的輸水管路仍是以傳統(tǒng)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(zhèn)境內(nèi)，壩址集雨面積10.23km2，設(shè)計(jì)水頭140m，裝機(jī)容量2×500kW，設(shè)計(jì)流量0.96m3/s，引水管道長(zhǎng)420m，管道縱坡約1:3，年設(shè)計(jì)發(fā)電量約370萬(wàn)kW.h。加答河水電站原初步設(shè)計(jì)報(bào)告中規(guī)劃采用壓力鋼管方案，主管內(nèi)徑采用φ600，主管長(zhǎng)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(yōu)點(diǎn)分析
　　夾砂玻璃鋼管與傳統(tǒng)的壓力鋼管相比，具有如下特點(diǎn)：
　　（1）耐腐蝕性能
　　與壓力鋼管相比具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，它的內(nèi)襯采用耐腐蝕性能優(yōu)良的樹(shù)脂（飲用水管道采用食品級(jí)樹(shù)脂）作為原材料，所以不需要任何防腐處理，而且在運(yùn)行中始終保持內(nèi)表面光滑無(wú)垢。而壓力鋼管運(yùn)行一段時(shí)間后內(nèi)表面光滑度下降，水頭損失增大，需要經(jīng)常性維護(hù)。
　　（2）重量輕，安裝、運(yùn)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(shí)際應(yīng)用表明，在承受同樣內(nèi)壓的前提下，同口徑、同長(zhǎng)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(yùn)輸時(shí)可節(jié)省油耗及其它費(fèi)用。安裝時(shí)，對(duì)中小口徑的玻璃鋼管道一般不需用重型機(jī)械，有的甚至可通過(guò)人工搬運(yùn)，從而可大大提高了安裝速度。
　　（3）水力學(xué)性能優(yōu)良
　　夾砂玻璃鋼管道內(nèi)表面光滑，內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度僅為0.01，而壓力鋼管的絕對(duì)粗糙度為0.1～0.2。通過(guò)纏繞玻璃鋼管道和新碳素鋼管道進(jìn)行水頭損失計(jì)算表明，當(dāng)通過(guò)流量相同時(shí)，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(qiáng)度高、力學(xué)性能合理
　　纏繞玻璃鋼管道軸向拉伸強(qiáng)度為160～320MPa，接近于鋼管，比強(qiáng)度更高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(zhǎng)度一般為6～12m，在長(zhǎng)距離管線(xiàn)安裝時(shí)，所需接頭較少，既能使流動(dòng)水阻降低，也減少了施工費(fèi)用。同時(shí)，管線(xiàn)因接頭多而發(fā)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(duì)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(jù)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(yōu)良的絕緣性能。
　　它的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼管的1%，具有優(yōu)良的絕緣性，更加適應(yīng)于多雷區(qū)。
　　（7）使用壽命長(zhǎng)、安全可靠。
　　夾砂玻璃鋼管道經(jīng)久耐用，安全系數(shù)一般都在4以上。據(jù)實(shí)驗(yàn)室的模擬試驗(yàn)表：一般夾砂玻璃鋼管的壽命可達(dá)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(shù)的確定
　　（1）夾砂玻璃鋼管管徑的確定
　　原初步設(shè)計(jì)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(jì)算，計(jì)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(shù)；D—管道計(jì)算內(nèi)徑,m；V—流速,m/s；g重力加速度9.81。
　　經(jīng)計(jì)算，直徑為φ500時(shí)，夾砂玻璃鋼管水頭損失hf為13m；徑為φ600時(shí)，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(jī)，機(jī)組折向器偏離轉(zhuǎn)葉時(shí)間小于3s，為確保管道安全，取折向器關(guān)閉時(shí)間為30s。本工程設(shè)計(jì)引水流量Q=0.96m3/s，主管直徑φ=600mm，主管流速為3.7m/s，通過(guò)正水錘計(jì)算確定管壁厚度如下表：
　　管壁厚度計(jì)算成果表

                   
　　　3.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
　　壓力鋼管造價(jià)與夾砂玻璃鋼管的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如下表：

            
　　由此可見(jiàn)，對(duì)于相同口徑的管材，夾砂玻璃鋼管價(jià)格低于壓力鋼管。若考慮到管道長(zhǎng)期使用的維護(hù)費(fèi)用和動(dòng)力消耗等其它的運(yùn)行費(fèi)用，以及使用年限和輸送能力等因素，夾砂玻璃鋼的優(yōu)越性就更為明顯。因?yàn)閵A砂玻璃鋼管具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)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(yùn)輸和存放
　　夾砂玻璃鋼管在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)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(yùn)。當(dāng)管道直接放于地上時(shí)，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?jié)L動(dòng)。應(yīng)保證管道在強(qiáng)風(fēng)、不平的地區(qū)或其它水平條件下堆放的管道最大徑向撓曲不超過(guò)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(kāi)挖管的深度需根據(jù)管道設(shè)計(jì)、使用條件、管道的性能、管道的尺寸及現(xiàn)場(chǎng)條件決定，例如土壤的性能、靜態(tài)荷載、動(dòng)態(tài)荷載等，同時(shí)應(yīng)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(yīng)遵照要求使用砂或礫石。墊層壓實(shí)度應(yīng)達(dá)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(mǎn)足安裝的需要，接頭處需超挖，安裝時(shí)管道不得離開(kāi)管底表面，安裝結(jié)束后，再按要求夯實(shí)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(wěn)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(qū)需要馬上回填，這樣可以防止管道的浮動(dòng)和熱變形的發(fā)生。回填應(yīng)分層填筑，填土的壓實(shí)度為0.9～0.95，每次填筑厚度約150～300mm。當(dāng)回填材料回填到管道的起拱線(xiàn)時(shí)，為避免管道受到外來(lái)夯擊荷載的作用，所有夯實(shí)都應(yīng)從管溝壁開(kāi)始逐漸向管道靠近。
　　在高壓管道中，為固定管道，需在管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)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(jié)論
　　夾砂玻璃鋼管作為一種新型的復(fù)合材料管，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高壓、耐腐蝕、造價(jià)較低、施工方便、維修養(yǎng)護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，較為適合高水頭小水電站中管道壓力較大、流量相對(duì)較小的特點(diǎn)，很多方面具有壓力鋼管無(wú)法相比的優(yōu)越性。盡管如此，在高水頭小水電中應(yīng)用夾砂玻璃鋼管道的項(xiàng)目仍很少，其原因主要在于業(yè)主和設(shè)計(jì)人員對(duì)夾砂玻璃鋼管道的優(yōu)良性能還不十分了解，對(duì)選用夾砂玻璃鋼管道仍抱遲疑、觀望的態(tài)度。為此，本文結(jié)合所設(shè)計(jì)的加答河水電站對(duì)夾砂玻璃鋼管的特點(diǎn)進(jìn)行了一些探討，以期推動(dòng)夾砂玻璃鋼管在高水頭小電站中得到合理的應(yīng)用。
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