1、玻璃钢夹沙管道在我县山区小水电站的应用分析摘要：通过分析玻璃夹沙管的特性，山区小水电站的特点，结合工程实例探讨了玻璃钢夹沙管在山区小水电站中代替钢管的可行性，分析结果表明，在山区小水电站中作为压力管道能适应其气候环境、运输困难的外部环境，能加快工程进度，降低电站造价等。 关键词：压力管道玻璃钢夹沙管性能经济技术比较山区小水电 中图分类号：TU81 文献标识码： A 文章编号： 基本情况 我国水电站的引水压力管道通常采用钢管，造价和维修费用较高。20 世纪 80 年代，在水电站中推广预应力钢筋混凝土管，但由于承压力一般不超过 0.8MPa，而且笨重，施工安装难度较大，费用较高，推广受到一定限制。
2、90 年代，隧着合成材料的发展，玻璃纤维树脂管在先进国家用于供水、输油等管道中。此种管道具有承压能力较高，弹性模量不大，抗腐蚀性能好，重量轻，糙率小，施工容易等优点，但一直未能很好地应用到水电站压力管道中，尤其在我县山区，由于交通条件较差，自然条件恶劣，可充分利用玻璃纤维树脂夹沙管糙率小，比强度高，断裂韧度大等特性，在长压管道的电站代替钢管。为降低水电站造价，缩短建设工期，研究玻璃纤维树脂夹沙管在我县山区小水电站引水系统中的应用，是十分必要的。 2 玻璃夹沙管简介 2.1 主要特性 玻璃钢又称玻璃纤维增强材料，其中的玻璃钢管道（）是由连续玻璃纤维不饱和聚脂树脂和填料组成的新型复合管道。该产品由
3、计算机控制以连续缠绕和离心浇铸两种方法成型，具有一系列优良的特性。20 世纪 50 年代中期问世的玻璃纤维缠绕夹沙管是在玻璃钢管道制造过程中添加一层或几层树脂砂浆，使整个管壁成为夹层结构，成功地解决了纯纤维缠绕玻璃管管壁刚度与强度不匹配的问题，提高了管道刚度，有效降低了制造成本。 根据各厂家资料，常规管管径为 200500mm，长度 6m、10m、12m，承压 0.252.5a，用户有其他要求可定做。 该材料的管道具有以下特点：承压能力较高，抗腐蚀性能好，重量轻，糙率小，耐气候性（抗冻性能）好，设计灵活性大，自身不生锈、不结垢，安装方便，重量轻，可采用承插、对接法兰、胶合连接，操作简便，性能可
4、靠，破坏率低，玻璃纤维往复缠绕强度高，质轻，有一定的柔韧性，在装卸运输中不易破损。 2.2 国内电站运用情况 近年来，在重庆、四川、云南等山区已有大量水电站成功运用了玻璃夹沙管。引水管道直径从100mm3200mm，水头最大达到345m，装机在 125 kw20000 kw，均取得了较大成功。 2.3 在山区水电站运用前景 对我县山区的水电站来说，玻璃管的良好性能可以代替压力钢管等，以适应山区地质复杂，气候恶劣，运输不便的外部环境，能加快施工进度，降低电站造价。 3、经济技术比较 3.1 经济比较 根据水利部总颁发的水利工程设计概（估）算编制规定及重庆市颁发的有关规范、条件、规定等计算，桃园电
5、站压力管道如采用钢管则总投资 47.9 万元，其中土建投资 7.3 万元，管材投资 41.60 万元。 根据四川省眉山荣津玻璃钢有限公司提供的价格资料：1000 管材为 1050 元/，安装以 80 元/，运输 30 元/，附件 35 元/g。岔管以下用235 钢板共计 5.6 万元。土建按水利部定额及重庆市规定计算。经计算，压力管总投资 34.20 万元，其中压力管道土建部分投资 3.1 万元，管材投资 31.1 万元（含运输安装） 。 以上的比较说明，采用玻璃钢夹沙管总投资比钢管少 16.8 万元，具有明显的经济优势。 3.2 技术比较 玻璃钢管道与其它材料的管道比较，往复交叉缠绕玻璃钢夹
6、沙管道具有以下显著的特性： （1）耐腐蚀性强：玻璃钢材质能抵酸、碱、盐、海水、未经处理的污水，腐蚀性土壤或众多化学介质的侵蚀，有一般情况下，钢管使用年限为 15 年，铸铁铁管为 510 年，而往复交叉缠绕玻璃钢管道则可使用50 年以上。道 （2）耐气候性、抗老化性能好：往复交叉缠绕玻璃钢管道可有40C80C 的范围内长期使用，采用特殊配方的管道还在 100C 以温度正常工作。 （3）工程寿命长安全可靠：往复交叉缠绕玻璃钢管道设计安全系数为 6，其工程寿命可长达 50100 年。 （4）重量轻、强度高、运输安装方便：往复交叉缠绕玻璃钢管道的比重为 1.62.0，管的环向拉伸强度为 340MPa，
7、轴向拉伸强度为 180 MPa，与相同的压力、相同管径的其他材质比较，重量约为铸铁管的1/4，约为混凝土管的 1/10，因此，运输安装十分方便。 （5）摩阻小，输送能力高：往复交叉缠绕玻璃钢管道内壁非常光滑，糙率和摩阻力很小，计算水力学所采用哈森.威廉系数 C 可长期保持在 145150 的范围内，糙率数为 0.0084，测试得到的水流摩阻损失F0.000915，与混凝土管 F0.0232 和钢管 F0.0179 相比，能显著减少沿程的液体压力损失，提输送能力 20%以上。因此在输送同等流量时，玻璃管径可比钢管、混凝土管缩小一个等级，若用动力输送介质，可节约能耗 15%左右。 （6） 设计灵活
8、性大：纤维缠绕玻璃管制品，可以通过改变树脂系统或增强材料来调整玻璃钢管的物理和化学性能，以适应不同介质和工作条件的需要，通过结构层的设计来调整管的承载能力，制造不同压力等级和刚度等级的管道，或制造成具有某种特殊性能的产品。这是其它管材相比，自身不生锈、不结垢、不滋生微生物、藻类物质对水质不造成二次污染。 玻璃钢夹沙管道重量轻，连接方式简单方便，而且在随着连接检验后，就可以接着回填，夯实和覆平地貌，可缩短工期，节省人力物力，耐腐蚀性强，如采用沟埋管可使用 50 年，以上不需花费大量维护费用，耐气候性（抗冻性能好） ，抗老化性能好，节约维护费用，管材有一定柔型，能适应地基变形，不需伸缩节。 根据以
9、上的比较可见，采用玻璃钢夹沙管具有明显的技术优势。 4、存在的问题 4.1 管材材质 由于玻璃钢夹沙管的承压能力（不大于 2.5a，否则造价高）目前只适应中低水头，不宜高于 200m，对于高水头电站则需寻求与钢管相结合的方案。另外，玻璃钢管的制造工艺简单，一般由中小工厂或在现场制作，因而承压能力的离散较大，选用时对承压能力要留有一定的裕度。 玻璃钢管的弹性模量约为 25a，小于钢管的 206a。根据水击波速计算公式可知，小管径玻璃钢管的水击传波速度（420 m/s）仅为钢管（1200 m/s）的 1/3 左右，因而在应用中必须引起注意。水击波速的减小会引起电站甩负荷时的压力上升值较大，因而在中
10、小水电站可能出现第一相水击。为避免第一相水击的产生，应加大管道内径，减小流速，或适当延长关闭时间，或采用分段关机的方法，有利于降低压力升高值，达到与钢管的同样效果。 4.2、设计要点 玻璃钢管的布置原则、方法，基本类似于钢管。根据需要的抗内压能力，选择合适的管材。再根据抗外压需要，厂家采用夹沙的方式予以满足，故无需设加劲等措施。 管道一般采用沟埋管，做一混凝土垫层后即可安装回填，每一节管需设止滑墩。如采用明管则需设镇墩，设置原则同钢管，由于其变形模量比钢管小，支墩设置需适当加密。管道连接处具有一定的伸缩性，可以适应温度及地基变形，无需再设置收缩节。 对于弯度较小的转弯点，可直接由管道插口弯转。
11、对于转弯大于 10度的需设置管，弯管可在厂内定做也可在现场弯制。对于岔管可采用玻璃钢现场弯制，但施工时略为麻烦。 由于玻璃管的摩擦系数低，沿程水头损失小，在地形适宜的河道可以直接采用玻璃钢管连接挡水坝和厂房埚壳，铺设于河岸边，不需要渠道和前池，只需在末端设泄压安全阀，防止水击压力过大。 4.3 管道安装 玻璃钢夹沙管道采用承插连接。承口插口与管体一起成型为一体，其密封由双“”型橡胶圈保证。对于安装后管道，由于地沟基础与垫层不能完全保证处处均匀，不可避免地会出现挠曲现象。对于承插口连接的管道，由于“”型密封圈在安装时保证有 40%50%的压缩量，当发生挠曲变形时，承口与插口允许有微小的滑动位移来
12、适应挠曲，减少了筒体应力，同时还能保证密封性，做到安全可靠。采用承插口连接的管道，每承插连接一节，即可对双“”型密封圈进行密封试验，因此与密封圈渗漏有关的任何意外的或接头处杂物的影响能得到及时发现及时处理，提高了接头的安全可靠性。同时还可以在连接检验之后接着回填、夯实和覆平地貌，可缩短工期，节省人力、物力。如水压力大于100，建议采用胶合连接以策安全。 玻璃钢管与机组或钢管的连接一般采用法兰连接，其前端与混凝土的连接采用埋入式，埋入段长度视水头情况而定。在连接处需加设密封环以密封砼的收缩裂缝。 施工中应注意对管道的保护，不要采用尖锐设备碰撞管道，回填、夯实时的压力不宜超过管道承压能力。 5 结束语 玻璃钢夹沙管具有承压能力较高、抗腐蚀性能好、重量轻、糙率小、施工容易等优点。经过比较，在我县山区水电站压力管道上运用玻璃钢夹沙管，在经济和技术方面都具有明显的优势，能适应山区地质复杂、气候环境较差、运输不便的外部环境，能加快施工进度，降低电站建设和运行的造价费用。玻璃钢夹沙管在小水电站的运用，能极大推动我县小水电站又快又好发展。
