丁杰

（上海吳淞市政建設(shè)有限公司，上海 200941）

1 我國排水塑料管道發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

我國過去在埋地排水領(lǐng)域應(yīng)用塑料管較為落后，原因之一是中國過去對環(huán)境保護(hù)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塑料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(jìn)行研究開發(fā)。即使有幾個企業(yè)引進(jìn)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(qiáng)，對城市排污管道建設(shè)投資不重視，在運(yùn)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，我國塑料埋地排水的市場開始復(fù)蘇，一方面是我國國民經(jīng)濟(jì)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，為塑料管的推廣應(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(hù)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(hù)環(huán)境的政策法規(guī)。

近幾年來塑料埋地排水管的市場開始起步，是因為對于塑料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(jìn)展。通過實際應(yīng)用，塑料埋地排水管的優(yōu)點(diǎn)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塑料埋地排水管的成功經(jīng)驗。

2 塑料管和混凝土管物理性能比較研究

2.1 強(qiáng)度和剛度

塑料管屬柔性管，在受外載荷時，剛性管和柔性管的承受負(fù)載荷的機(jī)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(kuò)，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(kuò)的作用，外壓載荷被傳遞和分?jǐn)偟街車幕靥钔林腥チ?而剛性管受外載荷時，負(fù)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

水力特性方面由于塑料管內(nèi)壁光滑，在輸送液體時其比摩阻明顯小于混凝土管。塑料管的內(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，塑料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塑料埋地排水竹就可以達(dá)到要求的流量;在相同的直徑下，采用塑料埋地排水管可以減少坡度同時減少了鋪設(shè)工程費(fèi)。

2.3 密封性

密封性方而塑料管的連接較可靠，密封性能較好，抗不均勻沉降性強(qiáng)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(dá)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 相同管徑情況下塑料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塑料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、流速相同時塑料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。但這時塑料管的坡度較混凝土管小，混凝土管的坡度是塑料管的40%倍，這樣在施工的過程中塑料管較混凝土管可大大節(jié)省造價。

3.2 管徑相同、坡度相同、流速相同時塑料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，塑料管的過水?dāng)嗝婷娣e較混凝土管小，塑料管不能達(dá)到最大充滿度，管道未得到充分利用，從經(jīng)濟(jì)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 流量相等時塑料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(hù)時間長，而塑料管要求在標(biāo)高下下挖0.1到0.15m管道基礎(chǔ)用細(xì)砂石墊底即可，操作簡單，不需養(yǎng)護(hù)，大大提高了施工效率。

由表1可見，同等管徑的混凝土管與塑料管由于采用的基礎(chǔ)不同，相關(guān)長度上，總價也不相同，塑料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”(Analytic Hierarchy Proeess，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(yùn)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(jìn)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(jìn)行修改，以達(dá)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(jìn)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

如下圖把塑料竹材應(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(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)。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)(圖1)。構(gòu)造的A-B層次矩陣(表2)。

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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)塑料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塑料管及混凝土管的物理力學(xué)性能進(jìn)行比較得出，塑料管無論是在強(qiáng)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、流速相同時塑料管與混凝土管的輸水量相同，但此時塑料管的埋設(shè)深度大大減小，塑料管的埋設(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(jìn)一步說明了塑料管道在各方面的優(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)

[1]王磊.層次分析法的應(yīng)用，科技信息，2007年

[2]肖治斌.市政工程塑料埋地排水管道的性能和施工技術(shù)，科學(xué)咨詢導(dǎo)報，2007年