摘　要：介绍了玻璃钢夹砂管在国内外的应用现状、典型的应用给水工程，国内外相关的技术标准的情况。为保证玻璃钢夹砂管工程质量，可在管材质量和施工方面进行控制。合适的回填材科是减小管道竖向变形为有效的途径。
关键词：玻璃钢夹砂管 应用现状 给水工程 质量控制

一、前言

　　玻璃纤维增强塑料夹砂管(Class Fiber R诶你forced Plastic Mortar Pipe，简称RPM管，亦称玻璃钢夹砂管)由于其具有自重轻、内壁光滑水流摩阻小、耐腐蚀性能好、渗漏率低、对输送介质无二次污染、运输施工方便、运行费用低、工程综合造价低等诸多优良特性，因而在市政的给水排水工程、水利工程等系统得到越来越广泛地应用。在此，将根据作者所掌握的有关情况介绍玻璃钢夹砂管在国内的应用现状，相关技术标准的制订情况，应用中出现的问题及解决途径。

二、国内外的应用现状

1　国内的应用现状

　　尽管玻璃钢夹砂管具有众多的优良特性，但其为用户接受是需要一个过程的。初在国内应用的玻璃钢夹砂管或多或少出现过一些问题，如接口密封问题、玻璃钢夹砂管的挠曲水平达不到规定的要求、施工中回填土密实度很低而引起管体破坏等也影响了玻璃钢夹砂管的推广使用。通过各方面的努力，1996年玻璃钢夹砂管在江苏淮阴市自来水公司得到成功使用，并获得好评。随后在江苏的常熟、江宁、太仓，福建的石狮、福清，辽宁、浙江、上海、山东、安徽、黑龙江、吉林、云南、四川、广西、广东、河南、新疆、天津、河北等地的给水工程中得到大量应用。应用在给水系统的玻璃钢夹砂管的主要性能参数如下：管道直径200～3100mm；管刚度2500～10000N／m²；工作压力0.4～1.0MPa，单个工程(新疆库尔勒引水工程)铺设玻璃钢夹砂管的长度超过100km。下面详细介绍3个典型的给水工程。
　　(1)常熟市给水工程。
　　常熟市自来水公司在1996年开始先试用了一些中小口径的玻璃钢夹砂管，管道直径在：300～600mm之间，管刚度2500～3750N／m²，工作压力0.4～0.6MPa。通过试用，该公司在1997年开始建造的三水厂引水工程中改变了原来准备采用DN1400钢管的设想，而采用了玻璃钢夹砂管。在至1998年完成的工程中采用的玻璃钢夹砂管管道直径1200mm；管刚度3750N／m²(定长缠绕工艺生产的玻璃钢夹砂管)，5000N／m²(离心浇铸工艺生产的玻璃钢夹砂管)；工作压力0.6MPa；管线长度18km。其中过桥管、道路下等采用钢管。
　　在工程中出现了离心浇铸工艺生产的玻璃钢夹砂管管口开裂的情况，后经处理在工程使用了2km。施工安装完毕后全线打压成功，运行至今没有出现过问题。
　　实际使用情况也进一步证实了玻璃钢夹砂管的优点，如水流摩阻小、沿程水头损失小，运行费用低，水质改善，运输施工安装方便，而且进度快。
　　在这以后，常熟市自来水公司在三水厂二期工程及市内及郊区、农村的给水管网的新建改建过程中大量使用玻璃钢夹砂管。截止2000年底，在常熟市给水系统共使用的管径范围在200~1400mm内的玻璃钢夹砂管的总长度超过500km，因此常熟市自来水公司获得了建设部颁发的推广应用奖。在这之后常熟市污水系统也开始使用玻璃钢夹砂管。到目前为止，在常熟市所使用的玻璃钢夹砂管总长度超过1000km。
　　常熟市的玻璃钢夹砂管的应用相当成功，当然应用中也出现过一些问题，主要原因有管材质量方面的，也有管道施工方面的。如埋设在某厂门口的一根DN600的玻璃钢夹砂管，管顶覆土仅0.6m，而且是在下坡路下，没有采取加覆混凝土板等措施。在使用了一年时间后出现管道损坏情况，不合格管材也在工程引发了一些事故，但DN1200的主管线运行至今近7年，没出现过问题。
　　(2)新疆引额济乌一期一步小洼槽倒虹吸DN3100玻璃钢夹砂管道工程
　　新疆水利厅在1995年开始酝酿从地处北疆边境附近的国际河流额尔齐斯河(也是我国唯一的北冰洋水系的河流)引水至乌鲁木齐，全线引水工程的总长度达510km。全线主要采用明渠引水，其中两处洼地采用倒虹管。经多次国内外的考察，玻璃钢夹砂管、钢管和PCCP管的比较和反复论证，后决定在小洼槽内使用DN3100的玻璃钢夹砂管道。该管线长度5.6km，双线，除管配件外，总使用玻璃钢夹砂管10.8km，工程在2002年开工，由河北中意玻璃钢有限公司总承包，并负责管材的生产和管道的安装工作，由陕西省工程局负责土方工程。采用的玻璃钢夹砂管的主要性能指标为：管刚度：7500 N／m²；工作压力：0.46MPa；单管长度：12 m。
　　管道基础是250mm厚的中粗砂和碎石层，再加50mm厚的中粗砂层；采用戈壁料进行回填，管顶覆土厚度为2.50m。
　　在2002年，完成了120m(10节管)的试验段工作。同济大学复合材料研究所作为建设方的专家顾问单位，参加了原材料的技术指标的确定，生产过程的拧制、产品性能检测、安装、施工及验收规程的起草工作。试验段在2003年4月通过1.5倍工作压力的水压试验。图1为试验段安装现场在此基础上，由建设方牵头，同济大学和河北中意玻璃钢有限公司共同制定了原材料技术要求、生产工艺的控制方法。并会同新疆水利设计院，一同制订了针对该工程的施工验收规程。经过河北中意和新疆永昌2003到2005年6月的生产和施工，完成了该工程。分段(1km)水压试验均一次成功，在水压试验中，压力表在48h以上的时间内无明显压降，管道初始竖向变形在1％以内。现已通过验收，即将投入使用。

　　DN3100玻璃钢夹砂管道工程的圆满完成，应该说建设方的严格管理起了关键的作用。为保证工程质量．建设方决定先作试验段。在此基础上，建设方邀请了建设都给水排水设备产品质量监督检验中心玻璃纤维增强塑料夹砂管分中心进行全程监造(这在包内玻璃钢夹砂管生产中为次)，并每100根管中抽出一根作破坏性检验，这样从原材料到生产工艺、到检验各个环节都达到相关要求，从而保证了产品质量。在施工过程中同样严格要求，由试验段总结得出的施工要求在大面积施工中同样要求严格执行，以保证回填的密实度，从而很好地控制了管道的初始变形。
　　(3)广州南州水厂引水工程
　　广州南州引水工程是自顺德西海大涌至广州大学城的引水管道工程。管线总长约25.19km，双线，管径为DN2200，整个工程采用了球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管和钢管三种管材。玻璃钢夹砂管使用总长度为9.71km。沿线土质主要是淤泥质土、流沙等。玻璃钢夹砂管的生严单位为河北中意玻璃钢有限公司．施工单位为广州自来水工程公司。施工时采用拉森钢板桩，加设支撑。管顶覆土在2m左右．管道基础为：先垫200mm中粗砂，再加400mm中粗砂与碎石拌合垫层比例3:7，后再垫上200mm中粗砂，管顶安装后采用石屑回填至管顶300mm。玻璃钢管道的主要特征：管刚度：7500MPa；工作压力：0.6MPa；单管长度：8m；管的初始竖向变形控制在3％之内。施工中发生了玻璃钢法兰与钢法兰连接过紧．玻璃钢法兰破坏的情况。后工程中采用除原已使用的法兰进行拧紧力控制外，其余的改成承插连接。各段玻璃钢夹砂管管线均一次打压成功。
　　全线自2004年9月投入运行至今，仅球墨铸铁管发生过一次小问题。考察小组对该工程进行了详细了解。施工单位认为玻璃钢夹砂管道安装施工方便，接口可靠性高，但临时开孔及抢修比较麻烦。拉森桩拔出后管道竖向变形有一个明显增加．值得施工时注意。设计单位认为该管道刚性低易变形，易损伤，目前无设计规范，抢修困难．当然玻璃钢夹砂管道在三种管材中经济，水头损失比预计的还要小。同时建议，若在工程中采用玻璃钢夹砂管道时应注意对管道所使用的原材料的选掸；对产品应进行抽检，施工时应先作试验段。管线施工完毕后沿线应做好标识，做好沿线巡查．避免偶然因素造成管道受到损坏。从国内玻璃钢夹砂管道的使用情况来看，若从管材的原材料、生产过程、出厂检验及施工工程等方面按照有关技术要求控制好，是完全可以做好玻璃钢夹砂管道给水工程的。但若过程管理不严格不合理，就会出现意外情况。
　　另外．由于管材价格的因素，玻璃钢夹砂管在早期的应用主要是在给水领域。自2000年上海完成了上海市市政工程管理局科技发展资金项目《缠绕式增强魍料夹砂管在上海市污水治理二期工程中应用的试验研究》并制定了上海市标准《玻璃纤维增强塑料夹砂排水管道施工及验收规程》后，玻璃钢夹砂管道在江苏的扬州、昆山、常熟、常州，福建的厦门、浙江、江西、天津、广东、新疆等地的排水系统开始得到越来越广泛的应用。应用在排水系统的玻璃钢夹砂管道的主要性能参数如下：管道直径200～2600mm；管刚度5000～10000N／m²；工作压力0.1～0.4MPa。

2、国外应用现状

　　在国外，自上世纪60年代开发成功玻璃钢夹砂管后到70年代有了一定的使用。由于使用的管刚度偏低，使玻璃钢夹砂地下管道在使用一段时间后出现“方化”的情况并导致管材渗漏。后在80年代经多方合作研究，制订了新的产品标准，设计规范和施工验收规程后，玻璃钢夹砂管道的应用日益增长。不完全统计，玻璃钢夹砂管的总铺设长度在5万km以上。其中超大口径的引水工程见表1。

 3、大口径玻璃钢哭砂冒技术成熟程度和技术规范

　　从国外情况而言，采用连续工艺生产的管材大直径已达4000mm，已经通水使用的玻璃钢夹砂管已达3700mm，其他直径超过2800mm的玻璃钢夹砂管过程实例有四十多例，可以说应用技术完全成熟。
　　在国内，已经投入运行的引水玻璃钢夹砂管道管径达2200mm，即将投入运行的压力玻璃钢夹砂管道管径达：3100mm，国内在2001年已试制过4000mm直径的玻璃钢夹砂管道。

4、技术规范和规程

　　(1)产品标准
　　城镇建设行业标准：《玻璃纤维增强塑料夹砂管》(CJ／T 3079―1998)；
　　建材行业标准：《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》(JC／T 838―1998)；
　　标准《玻璃纤维增强塑料夹砂管》正在起草中，预计年内可通过审查，形成报批稿。
　　(2)施工验收规范
　　工程建设标准化协会标准：《埋地给水排水璃璃纤维增强热固性树脂夹砂管道工程施工及验收规程》，CECS1292 2001；
　　上海市工程建设规范：《玻璃纤维增强塑料夹砂排水管道工程施工及验收规程》，DGJ08―234―2001。
　　(3)设计规范
　　工程建设标准化协会标准：《给水排水玻璃纤维增强塑料夹砂管道结构设计规程》，已通过评审。
　　国外标准：
　　1)Plastics piping systems for pressure and non=pressure water supply―Glass―rein―forced thermosetting plastws(GFRP)systems based on unsaturated polyester(UP)resin，International Standard，ISO 10639(First edition，2003―02―01)
　　2)Fiberglass pressure pipe，AWWA C950―01。
　　3)Fiberglass(Glass―Fiber―Reinforced Thermosetting―Remn)Pressure Pipe，ASTM D3517
　　4)Underground Installation of’Fiberglass’(Glass―Fiber―Reinforced Thermosetting―Resin)pioe.ASTM D3839
　　5)Fiberglass Pipe Design，AWWA，Manual of Water Supply Practices―M45。
　　国外的相应标准规范已经过多次修订，国内的标准在技术要求上不低于国外标准、规范的相应要求，一些项目的要求指标甚至超过国外的。经过国内多年的实践总结，就国内相应标准、规范的技术要求是合理可靠的，而且只要按照相应的标准、规范实施玻璃钢夹砂管的工程是完全可以成功的。

三、使用玻璃钢夹砂管应注意的问题

　　用户在使用玻璃钢夹砂管时，为保证工程质量，应确保管材质量和施工质量。
　　1、管材质量
　　按照2.4中介绍的产品标准控制管材质量，则完全可以满足工程要求。为保证管材质量，应注意以下几个方面：
　　(1)原材料
　　应对生产中应用的原辅材料的技术指标应作出严格的规定：应采用无碱玻璃纤维；结构层树脂的拉伸强度≥60MPa；拉伸弹性模量≥3.0GPa；断裂伸长率≥2.5％；热变形温度≥70℃。规定原材料生产厂家，所有原材料应检测合格后方可使用，对于重要原材料应经第三方抽检合格后方可使用。
　　(2)生产监控
　　对于管材的生产过程，宜请专业单位进行监造，以确保主要原材料的足量使用。
　　(3)产品验收
　　产品出厂前必须经过严格的检验。除了应对每根管进行非破损检验外，每批管(一般100根为一批)应随机抽一根进行破坏性检验，以确保管材质量。
　　实际上，在确定管材生产企业时，应选择规模较大、应用业绩较多、技术力量强的企业来承担管材生产业务。
2、施工方面
　　(1}正确认识管材的性能特点
　　玻璃钢夹砂管和钢管、塑料管，甚至球墨铸铁管等相类似，是一种柔性管；作为地下管道使用时，它是靠管道和回填土形成一体共同承担土压力的。只不过这几类管的管刚度(=EI／D3)不同，球墨铸铁管相对高，钢管、玻璃钢夹砂管相当，塑料管通常刚度低。而相反，管材在外压作用下的径向可变形能力则以塑料管为高(30％以上)，玻璃钢夹砂管次之(15~30％)，通常钢管的径向变形超过5％后，管材局部应力会进入屈服状态。球墨铸铁管的径向变形可超过10％，但此时材料会进入塑性状态。虽然各类管材都有一定的径向变形能力，特别是玻璃钢夹砂管和塑料管，由此而产生的管道竖向变形稍大些没有大问题的想法是要不得的。因为管材的竖向变形会随埋设后时间的增加而增加，另外为保证管道的正常使用，必须有一定的安全储备。因此，各类管道在埋设时都应合理控制其初始的竖向径向变形。
　　(2)管刚度和回填土对竖向变形的影响
　　对于软土中敷设塑料管、玻璃钢夹砂管、钢管等柔性管，若采用原土回填，当回填土压实度在0.85左右时，土的组合模量E(一般为3.0MPa，这时若管刚度从2500 N／m²提高到15000 N／m²，管道竖向变形的变化见表2。提高回填土压实度，使土的组合模量E(=4.50MPa，或管区采用颗粒材料回填，可使土的组合模量E(达到7.0M Pa以上，随着土的组合模量的提高，管道竖向变形的变化也列于表2。从表2可以看出，提高管刚度对减少管道竖向变形的效果远小于提高土的组合模量所带来的效果。

　　因此，对于玻璃钢夹砂管这类柔性管在埋设施工时，为控制好管道的竖向变形，先要选择好合适的回填材料，其次要保证回填密实度。
    在玻璃钢夹砂管道工程中，充分控制好以上两个方面后，则工程质量可以得到保证。

四、结语

　　通过上述分析和讨论，可得到以下几点结论。
　　1．从应用情况来看，在超大口径压力引水工程中玻璃钢夹砂管同样可以安全可靠地使用，而且由于玻璃钢夹砂管其耐腐蚀性能好、内壁光滑水流摩阻小等优点，随着使用时间的推移将进一步显现出其优越性。
　　2．当然，要使用好玻璃钢夹砂管应从管材质量和施工两方面人手。管材质量方面应控制原材料、工艺过程和检验；施工方面是选择合适的回填材料并保证有一定的密实度。
　　3．充分认识玻璃钢夹砂管的性能特点，注意到提高管刚度对减小管道竖向变形带来的效果不如提高土的组合模量有效。
4.在玻璃钢夹砂管工程中也应重视管配件的合理使用。