刘家金
身份证号码：45252419830427XXXX
摘要：通过柳州市竹鹅溪DN120cm达到32m大跨度给水钢管桥，和贵港市政排洪RC管现场内壁涂漆，分别成功应用13年和六年的实例，结合GZ-820环保低碳屏障涂料，阐述了给水DN100至700mm法兰钢管内外壁防腐防渗，以及排洪DN80至240cmRC柔性橡胶圈接口圆管现场内壁涂漆，延长使用寿命与降低粗糙系数的经验，其内容可供参考。
关键词：屏障涂料；给水钢管；排水RC管；防腐防渗；使用寿命；粗糙系数；
［1引言
2001年7月13日，我集团取得了DN120cm输水钢管桥跨度32m平直形大跨度架空横卧竹鹅溪的设计权。经比选，不采纳跨溪架设RC梁板支承输水钢管并留有维修通道的方案。考虑此前广东大量采用GZ-2高分子屏障涂料和广西各市习惯使用外壁二布四油加内壁二底二面的做法，使用寿命延长至50年以上，而水力粗糙系数却降低到0.009以下，可获得颇佳的节能效果。2002年管桥竣工验收后的工程科技情报查新检索，验证了在DN=120cm钢管桥的条件下，平直形非圆弧，架空钢管跨度32m，属世界上史无前例的独创发明。值得补充的是：①钢管桥于2002年竣工，三年后于2005年相关国家标准图集《自承式平直形架空钢管》才出版。②当时来不及施涂钢管外壁GZ-2二布四油屏障漆的管桥脚手架提早拆除，幸好研发了一种不必依赖脚手架操作的称为挂梯式管外壁涂漆先进施工方法，2002年通水前厂家亲自对外壁进行了GZ-2重防腐处理，截止2015年从未实施过屏障漆维护加涂工序，摆脱了以往普通漆壹两年必须翻修一次伴随搭脚手架的管理困境。③2015年8月因某种原因，该管桥须拆迁重建移位，此前于2015年7月作了最后一次测试，实测垂度（俗称挠度）＜1/800即矢高＜4cm，符合规定。事先有意识地把跨中空钢管向上翘起了跨度的1/800，使通水后，管桥正常下垂矢高与预估凸出值持平。
无独有偶，2007年笔者承担贵港市政排洪管设计，根据外排规[1]4.2.4之2“雨水管应按满流设计”的内容，采用承插柔性橡胶圈接口RC管，n取0.014并按第二位零舍1入只取1位有效数字的千分（‰）坡度保守设计，施工图排洪管预算1800万元，业主存在将近600万元的资金缺口无法解决。甲方请求我们进行优化修改。开展了研究后，受“满流约束”，虽然“满流”在2012年前尚合法且得到审图机构批准，但是归根结底，是事实上不存在的疑似水流现象，因为①凡按满流计算的排洪管，在管径DN、坡度Ⅰ和粗系糙系数n相同的条件下，充其量相当于充满度α＝0.82非满流的工况，只不过充满管流速略小于非充满流速而已。②保守法按第二位零舍1入仅取1位的千分（‰）坡度原则，往往验算其α值甚至比0.82还要小得多，有耗能废材之嫌。③以高等学校教材为背景，α＝0.94才真正是水力参数最优的工况点。④一种抗冲刷能力超强、施工现场在RC管内壁涂抹GZ－2（2015年7月更改为GZ-820）屏障漆二底二面（2015年8月改为一底二面）防腐防渗增光滑的应用技术日臻成熟，促使n由光管0.014降至0.009以下的工程实例已遍地开花，可大胆推广应用，满足城水规[2]6.1.2强条…“设计使用年限不应低于50年”的要求，缩小管径和减小造价，提高性价比，为该市修改创造了节能减材的良好机遇。新法按第三位四舍五入取二位有效数字上图原则，十分科学经济。
以下围绕DN100至700mm埋地法兰给水钢管内外双壁和DN80至240cm承插柔性橡胶圈接口单内壁RC管现场施涂GZ-820改进型屏障漆，予以优化展开讨论。
2术语与缩略词
C——海曾·威廉系数，按城给规[3]7.2.2之3，对于给水法兰钢管内外双壁涂屏障漆而言，C取150，无涂漆者取100，自来水司管网平差一般不上漆取C＝100者居多。排洪管与C无关。
B——比阻，与MBQ1.852或1000BQ2挂勾。
DN——对于给水钢管和排洪RC管而言，论规格以mm或cm计，小口径钢管内径不考虑扣除1mm水垢厚度问题，牵涉水力计算以m计。DN2和DN5为寿命20年和50年的DN。
I——单位管长的水头损失（m水柱/m或m水柱/km）属给水钢管，或水力坡度（无量钢）属排洪管。必要时I2和I5为寿命20年和50年的I。当进行性价比分析时，给水钢管以m水柱/km计，排洪管以千分（‰）坡度计，例如传统法I＝0.00546＝5.46‰，上图取6较浪费，依此类推。
K——流速系数，v＝KQ（m/s），Q以L/s（DN100至700mm）或m3/s（DN80至240cm）计。
L——设计使用年限（年）或管长（m或km），当进行性价比分析时，给水法兰钢管内外壁涂GZ-820取L＝50（年）而不涂漆取L＝20（年），排洪管内壁涂GZ－820取L＝50（年），不涂漆取L＝20（年），在2012年10月1日前，设计人员忽视城水规[2]6.1.2强条，误认为RC管有高强度钢丝或钢筋被混凝土包裸着，就是寿命50年和防腐防渗了，许多资料表明，RC光管壁金属被渗漏水流锈蚀后，寿命缩短甚至达不到20年，违反规范强条不能再置之不理了。必要时L2和L5为寿命20年和50年的L予以区分。
M——兆或百万即106或1000000，与给水钢管计算有关的参数，本文表1的MB值需除以106后，计算I以m水柱/m计，注意性价比分析时，I以m 水柱/km计，表1用作校核管网平差图时，勿忘乘以2.119的系数向C＝100靠拢，因平差图取C＝100。
n——水力粗糙系数，给排水管内壁不涂漆常取n＝0.014，RC管内壁现场涂屏障后，十分光滑发亮，取n=0.009。
P——单价Price首字母，有时P2和P5为寿命20年和50年的P，以千元/m计。
Q——流量，DN100至700mm钢管以L/s，但DN80至240cmRC管以m3/s计，表1和2的Qmin、Q1、Q2和Qmax依次为最小、v＝1m/s、v=2m/s的相应流量和最大流量。注意DN≥60cm的Qmin按坡度I不宜太小使放坡方便来控制，表2出现Qmin＞Q1甚至＞Q2，不必大惊小怪。
R——性价比Ratio of performance to price的首字母，R＝L/PI为使用寿命除以10再除以单价和千分坡度（m/km亦可视作千分坡度）的乘积。R2和R5为寿命20年和50年的R。
v——流速，以m/s计，v要求小写。
α——希腊字母，圆管水深（直）径比，无量纲。
一底二面——给水钢管或排洪RC管内壁涂GZ-820屏障漆一底二面可代替GZ-2屏障漆二底二面，漆厚0.1mm比后者二底二面漆厚0.125mm薄。
一布三油——给水法兰钢管外壁涂GZ-820屏障漆可代替GZ-2屏障漆二布四油，漆厚0.225mm比后者二布四油漆厚0.3mm薄，布指玻璃纤维布缠绕。
自动喷涂——排洪RC管现场内壁由防腐作业队负责，用少量单相电源（220伏）向DN80至240cm排洪RC管内壁自动喷涂GZ-820屏障漆，注意DN＜100mm给水钢管无法喷涂。
人工滚筒——特制专用涂漆工具，可用作向DN100至700mm给水钢管或DN80至240cm排洪RC管内壁施涂GZ-820屏障漆。
3水力计算
3.1 DN100至700mm给水法兰钢管内外双壁涂漆水力参数MB＝0.0027672DN－4.87等详见表1。
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［注：①R2和R5为寿命20年和50年的R；②给水钢管平均R5＝14.8是R2＝6.83的2.17倍，而排洪RC管平均R5＝1.01是R2＝0.213的4.74倍，证明使用年限十分重要。
5应用实例
例1：某小区给水流量Q＝14L/s，请确定DN、I、L、P、v和R等参数。
解1：查本文表1和3，按常规不涂GZ屏障漆，DN2=200mm，I2＝（7.0149÷1000）×2.119×141.852＝1.97（m水柱/km），L2＝20（年），P2＝0.134（千元/m），v＝0.03183×14＝0.446（m/s），R2＝2/0.134×1.97＝7.58。DN5＝150mm，I5＝（28.476÷1000）×141.852＝3.78（m水柱/km），L5＝50（年），P5＝0.0923（千元/m），v＝0.05659×14＝0.792（m/s），R5＝5/0.0923×3.78=14.3。
例2：某市政排洪流量Q＝17m3/s，请确定DN、I、L、n、P、v和R等参数。
解2：查表1和3，2012年10月1日前按保守法不涂屏障漆，DN≥0.64×170.4＝1.99（m）取DN2=240(cm)，I2＝0.00676×172×2.80＝5.47（‰），保守法放大至6‰上图，L2＝20（年），n＝0.014，P2＝2.17（千元/m），v＝0.2266×17÷1.0251=3.758（m/s），R2＝2/2.17×5.47=0.168，主观意图α＝1，因大手大脚取一位，I＝6‰，校核实际α＝0.78＜0.82更＜1很浪费。
DN5＝220（cm），I5＝0.01075×172＝3.11（‰），L5=50（年），n＝0.009，
P5=1.96（千元/m），v＝0.2697×17＝4.585（m/s），R5=5/1.96×3.11
＝0.821，精打细算α＝0.94，故校核α＝0.94不变，显示优化新法
I取3.1‰上图，设计合法节省。
6结语
①屏障漆是原美国军方的高科技涂料，其性能和功效大大超过传统防腐漆。是截止2015年7月较新型无毒防腐防渗屏障膜。GZ－2涂料较适宜用于自来水输水钢管的内外壁防腐防渗及球墨铸铁管的内壁屏障保护。多年来国内几项重点工程使用屏障漆后，引起了钢管防腐防渗专家及给排水界的关注和业主的好评，在北上广深等大城市享有盛誉。广西各市水司近年在中国水协推荐影响下，仿效珠江三角洲各市水司，南宁、北海、钦州、防城港等沿海城市也大量使用屏障漆，尝到了甜头。北京市政工程研究院设计的南宁琅东污水处理厂，池底钢管防腐防渗要求十分严格，总院决定选用GZ－2涂料，污水厂业主决定今后设计的钢管都使用屏障漆，法兰的螺栓、螺母采用304不锈钢制品。2005年南宁恒大苹果园雨水管和2008年贵港市政RC排洪管设计中，首创了现场内壁施涂GZ-2，将n值降低至0.009，采用第三位四舍五入取二位代替传统零舍1入取一位，节省了大量管道投资，利用屏障漆粘结能力超高和抗冲刷能力超强的性能，消灭了跌水井和低流速的传统方法，在检查井内壁内底施涂二底二面屏障漆条件下，控制流速超过5m/s的思路，为业主排忧解难，受益年限达到9年（苹果园）和6年（贵港）。
②在GZ-2屏障漆研究基础上，2015年7月更上一层楼，发明了GZ-820更加环保低碳的水性屏障涂料，GZ-820除了“抗氧性和耐化学腐蚀性”、“附着力、柔韧性和耐磨性”、“节能效果”、“无毒”“难燃”等更胜一筹外，值得一提的是GZ-820施工时几乎无异味气体逸出，比普通漆难闻呛鼻和易燃性，以及GZ－2仍有微量散发气味之虞，都更加环保化、人性化和极难燃消防科学化，涂抹厚度比GZ-2节省25%至30%，施工更快捷。
③以2012年10月1日为界，此前尚可采用球墨铸铁给水管或RC排洪管，但此后因涉及违反城水规强条6.1.2“使用年限不应低于50年”和6.4.7“沿线应设置柔性连接措施”问题，不能再跟强条顶撞了。说白了，球墨铸铁管虽然是橡胶圈柔性连接，符合抗震要求，但内搪水泥砂浆不牢靠，寿命根本达不到50年，PE管确是柔性抗腐蚀的好材料，但性价比略低，在海边存在施工时抗浮处理难予解决，不便推广。考虑刚性RC管刚性水泥砂浆接口与城水规背道而驰，故今后排洪管除选择柔性橡胶圈接口
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外，还应遵循柔性砂石基础代替习以为常的刚性水泥砂浆承插口方式。此外，外给规7.2.2之3把RC管归类到金属管与部分设计人员视作非金属管有异议并不要紧，按“求同存异”精神，建议在管内壁和检查井内表面涂GZ-820屏障漆条件下，适当放宽流速限制到10m/s和取消跌水井是可行的。
④许多建筑小区生活或消防管流量约15L/s，常采用DN100至250mm埋地PE塑料管或热镀锌钢管，往往容易爆管返工，这是因①PE管按实际工作压力选额定压力，不留一点余地，在水泵突然启动或停止时，水锤作用能使三通、弯头水流方向改变处产生很大的破坏力；②小区内经常有其他电信、煤气管道等重复施工，易碰伤搞坏PE给水管；③若用加厚热镀锌钢管，直线段上没有问题，但三通、弯头和焊接口处，存在二次腐蚀变脆弱问题，故推荐DN100至700mm给水钢管，坚决果断采用法兰连接，不锈钢304螺栓、螺母，消除二次接口腐蚀问题，致于法兰橡胶垫覆土使寿命难以保证事宜，可对法兰外围实施一布三油（GZ-820）的外壁重防腐屏障保护，法兰盘直接埋地不影响橡胶垫和管材寿命同步延长特性，不必考虑另做管沟，大家担心的管沟占地造价很高和管沟与管道交叉费工麻烦可迎刃而解。
参考文献：
［1］GB 50014-2006，室外排水设计规范［S］.
［2］GB 50788-2012，城镇给水排水技术规范［S］全部强条.
［3］GB 50013-2006，室外给水设计规范［S］.
论文作者:刘家金
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/13
标签：屏障论文; 钢管论文; 内壁论文; 涂漆论文; 法兰论文; 千分论文; 坡度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;