李華成

01球墨鑄鐵管輕質化發展趨勢

在新技術的驅動下，球墨鑄鐵管市場不斷拓展，管徑越來越大，壁厚不斷減薄，還應用于各類非開挖施工技術。首先，球墨鑄鐵管自80年代起進入供水行業，目前已經成為國內自來水管網行業最主要的管材。其次，北京、天津等缺水城市的再生水管網使用的管材也多為球墨鑄鐵管。第三，2010年左右，市政污水管網已經開始使用球墨鑄鐵管，近期，江蘇、浙江、福建、廣東等東部沿海城市在市政污水管網領域廣泛使用球墨鑄鐵管，如今中部地區的城市也開始廣泛使用。第四，球墨鑄鐵管還應用于水利長距離調水行業，自2014年在南水北調中開始使用，如今已有十年的歷史，效果非常好。此外，傳統的農業灌溉都是用渠，現在全部是渠改管，表現出非常可觀的節水效益。第五，傳統的熱力管網多為鋼管，平均使用壽命僅13年，而球墨鑄鐵管的壽命大約是鋼管的三倍。五年前，邯鄲、臨汾、東北等多個地區就已經開始在熱力管網領域展開球墨鑄鐵管工程試點，未來熱力市場空間會呈現快速增長的趨勢。

新興鑄管生產的DN3000球墨鑄鐵管

除了市場方面的開拓之外，新興鑄管也在不斷研發新的球墨鑄鐵管非開挖技術。比如頂管施工技術、水平定向鉆施工技術、沉管施工技術以及非開挖修復技術。李華成介紹，新興鑄管最近在鄭州水務集團開展試點，使用較薄的球墨鑄鐵管穿插法來修復傳統混凝土管，效果非常不錯。

C級管和K級管的標準變化

球墨鑄鐵管在產品標準更新上體現出壁厚減薄發展趨勢。李華成介紹，球墨鑄鐵管來自于西方等發達國家，如美國、英國、法國和日本等，產品標準從早期英標到歐標，再到的ISO標準，最后又發展為國標。首選C級管比K9級管的壁厚要薄，ISO標準在上世紀90年代就提出C級管概念，國內提出C級管概念是在2013年，比西方國家落后了將近十年。國標GB/T 13295-2008版有K級管，也有C級管，2019年版本還是C級管與K級管并行，意味著建設單位可以采用比較厚的傳統管，也可以采用比較薄的國際標準管。GB/T 13295下一版本預計在后年推出，僅保留C級管，并取消K級管，更薄的輕質化管子將逐漸出現在用戶面前。

K級管與C級管對比

球墨鑄鐵管的K級和C級，代表了不同的標準和分類方式。K級球墨鑄鐵管是按管材壁厚等級分類，有K7/K8/K9/K10/K11/K12，系數越高，壁厚越厚，可承受的壓力越大。K9級就是我們日常所說的默認的標準壁厚的球墨鑄鐵管。C級球墨鑄鐵管是以管材允許工作壓力等級分類，推薦壓力等級有C25C30C40，代表工作壓力分別為2.5MPa、3.0MPa、4.0MPa。

李華成指出，對于供水企業來講，他們關心的不是壁厚，而是承壓能力。李華成介紹，DN80~300供水管首選壓力等級是C40，DN300~600是C30，DN700~3000是C25。與傳統K9管相比，小口徑C級管的允許工作壓力下降的較多，DN300~1000之間的中口徑C級管壓力下降次之，DN1000以上的大口徑C級管壓力變化很小。

“壓力的變化體現出壁厚的變化，即壁厚和壓力幾乎成正比。而壁厚的下降意味著成本的下降，未來賣到客戶手里的C級管價格應該更便宜。”李華成指出，隨著工藝的進步，賣到用戶單位的C級管一定會越來越便宜。管壁薄、質量好，承壓能力又能得到客戶認可的管材，才稱得上好管材。能生產出這樣管材的企業，才具備生存競爭優勢。

除了管材的承壓能力，大家還關心外荷載情況。觀察上圖發現，小口徑K9級管的環剛度非常高，當口徑達到DN3000時，環剛度下降到了12.2KN/m2。與K9級相比，C級管壁厚的調整則主要體現在中小口徑管上，但調整后的環剛度依然較高。如下圖所示，以DN500口徑管做比較，K9級管的公稱壁厚是9.0mm，C30管的公稱壁厚是7.5mm，相差1.5mm。相應地，較薄的管材意味著成本的降低。

管道壁厚該如何選擇？這就需要進行管道結構設計分析，具體有三種狀態：

a)埋地運行狀態，即管道承受內水壓力與外部荷載共同作用。內水壓力對管道有回圓作用，可以抵消部分彎曲應力，不是最不利狀態。

b)埋地空管狀態，即管道僅承受外荷載作用。為最不利狀態。

c)明裝運行狀態（或管線檢修狀態），即管道僅承受內水壓力。為最不利狀態。

管道結構分析時三種狀態

李華成指出，管道壁厚等級的選擇是通過不斷優化直至與實際相符的過程，既要保證結構的安全性也要避免不經濟造成浪費。設計中根據工程實際先選擇某一較低等級的管，判斷是否滿足變形和強度的要求，通過不斷的循環和試算最終選擇出既安全又經濟的壁厚等級。

球墨鑄鐵管結構設計可以參考以下標準：一是ISO國際標準《球墨鑄鐵管設計方法》，二是《水利水電工程球墨鑄鐵管道技術導則》，三是《排水球墨鑄鐵管道工程技術規程》。李華成提到，前兩個標準使用起來方便簡單，第三個則相對復雜些。

管道結構設計標準

管道內壓設計方面，主要考慮兩種情況。一是管材處于正常工作狀態的情況，二是發生水錘時的情況。球管廠家進行了大量的爆管試驗可以發現，爆管的破壞性內部壓力，遠遠大于內部最大工作壓力和理論上爆管的破壞性內部壓力。所以，球墨鑄鐵管在內壓設計方面是非常合理的。

管道外荷載的設計主要考慮土壤的荷載和交通荷載對管材產生的變形。如何抵抗變形？主要在于管材的環剛度、回填方式以及夯實度。如果球墨鑄鐵管的環剛度特別高，就可以降低回填要求。大口徑管的環剛度比較低，對于回填土的要求就高，小口徑管的要求就低。

李華成表示，C級管在國際上已經普遍開始采用了，未來也會成為主流。ISO2531-2009《輸水用球墨鑄鐵管、管件和附件》取消了K級管，僅采用了C級管。經過十幾年的推廣和使用，國外球墨鑄鐵管工程以C級管為主。GB/T 13295-2019《水及燃氣用球墨鑄鐵管、管件和附件》在未來的發展中也會順從國際發展趨勢，采用了C級管，取消了K級管。

李華成介紹了C級管的一些注意事項。C級管壁厚的鋅涂層應不低于200g/m2，這樣管子變薄了，但是防腐效果會增強。球墨鑄鐵管應采用專用工具起吊，裝卸時應輕吊輕放，在倒運、運輸時應墊穩、墊牢，不得相互撞擊，以免對管子及外防護涂層造成損壞。吊運時應使用專用吊鉤。應使用掛膠鉤或在吊鉤外包橡膠皮等，達到保護水泥內襯層和外防腐鋅層及外漆膜不受破壞的目的。另外，溝槽內木塊和垃圾，磚、石及其它帶有棱角的堅硬雜物應清除干凈。

02?球墨鑄鐵管在漏損控制方面優勢明顯

國家對供水管網漏損控制以及供水管材的使用上均提出了明確的目標。根據中國城鎮供水排水協會《2021城鎮水務統計年鑒（供水）》，2021年，我國城鎮管網綜合漏損率平均值在16.16%。2022年1月19日，住房和城鄉建設部辦公廳 國家發展改革委辦公廳發布的《關于加強公共供水管網漏損控制的通知》 (建辦城〔2022〕2號)中提到，全國城市公共供水管網漏損率力爭控制在9%以內。直徑100毫米及以上管道，鼓勵采用鋼管、球墨鑄鐵管等優質管材。直徑80毫米及以下管道，鼓勵采用薄壁不銹鋼管，新建和改造供水管網要使用柔性接口。

在排水管材的要求上，《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項方案》中提到，優先采用球墨鑄鐵管、承插橡膠圈接口鋼筋混凝土管等管材。

日本在漏損控制方面做得非常好，球墨鑄鐵管的使用比例占56.6%，供水效率達到92.6%，未計量供水率為7.4%。其中，做得最好的城市是東京市，漏損率可以控制在2.3%以下。

此外，紹興水司DN100及以上的管材主要采用球墨鑄鐵管，DN100以下，主要采用不銹鋼復合管。紹興市2012年的漏損率控制在3.7%，2023年修正后的漏損率值已經接近0了。

球墨鑄鐵管在漏損控制上體現出非常明顯的優勢。相關資料數據顯示，日本過去50年的球墨鑄鐵管破損事故率不到0.03/年/公里，法國1995年至2006年的平均破損事故率約為0.04次/年/公里。德國情況也類似，使用外防腐涂層球墨鑄鐵的平均破損事故率也非常低，為0.03次/年/公里。

總之，球墨鑄鐵管表現出了使用壽命長、維護成本低、運營成本低、報廢成本低等特點，用全生命周期觀點來看，球墨鑄鐵管經濟成本是較低的且運行安全較高的優質管材。

編輯：李丹