室外給排水管道工程設(shè)計(jì)分析

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室外給排水管道工程設(shè)計(jì)在各地都是必不可少的。從大范圍來(lái)講，室外給排水管道工程設(shè)計(jì)首先要依據(jù)室外給排水設(shè)計(jì)規(guī)范、小區(qū)給排水規(guī)范、施工規(guī)范、消防規(guī)范、給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)規(guī)范和手冊(cè)；然后要結(jié)合地區(qū)地理、氣候特點(diǎn)及各地水司的運(yùn)行規(guī)程等實(shí)際情況，從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性出發(fā)綜合考慮、設(shè)計(jì)。這里結(jié)合本人幾年工作實(shí)踐談?wù)勈彝饨o排水管道工程設(shè)計(jì)中需要著重考慮的幾點(diǎn)問題。

　　一、給水管道工程設(shè)計(jì)

　　1、管徑確定

　　管徑確定時(shí)應(yīng)考慮遠(yuǎn)近期結(jié)合，同時(shí)照顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性。管徑確定涉及設(shè)計(jì)供水量及經(jīng)濟(jì)流速的確定。

　　設(shè)計(jì)供水量根據(jù)下列各種用水確定：

　?。?） 綜合生活用水：包括居民生活用水和公共建筑用水。根據(jù)居民生活用水定額或綜合生活用水定額及最高日時(shí)變化系數(shù)綜合分析確定。

　?。?） 工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水和工作人員生活用水：生產(chǎn)用水量根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定；工作人員生活用水量（含淋浴用水量）根據(jù)車間性質(zhì)確定。

　　（3） 消防用水：消防用水量、水壓及延續(xù)時(shí)間等根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定確定。

　?。?）澆灑道路和綠地用水：根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。

　?。?）未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏失水量：按最高日用水量的百分比計(jì)。

　　管段的直徑按下式計(jì)算：

　　式中 D——管段直徑（m）

　　q——管段流量（m3/s）

　　v——流速（m/s）

　　應(yīng)綜合考慮管網(wǎng)造價(jià)與經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，確定經(jīng)濟(jì)流速，從而確定經(jīng)濟(jì)管徑，使管網(wǎng)造價(jià)與經(jīng)營(yíng)費(fèi)用之和為最小。設(shè)計(jì)時(shí)常采用平均經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定管徑，當(dāng)D=100~400mm時(shí)，平均經(jīng)濟(jì)流速取0.6~0.9m/s； 當(dāng)D≥400mm時(shí)，平均經(jīng)濟(jì)流速取0.9~1.4m/s，大管取大值，小管取小值。

　　2、管材選用

　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合各種管材的特性做到管材選用經(jīng)濟(jì)、合理。埋地管道長(zhǎng)年累月承受輸送液體內(nèi)壓、泥土及地面荷載的外壓、高溫變化引起的拉伸應(yīng)力以及地基的不均勻沉降等產(chǎn)生的綜合應(yīng)力，還要承受水錘沖擊力，因此管材首先應(yīng)有足夠強(qiáng)度。同時(shí)結(jié)合建設(shè)要求做到經(jīng)濟(jì)合理。

　　室外給水管道常用管材有承插式給水鑄鐵管、球墨鑄鐵管、焊接鋼管、鍍鋅鋼管、預(yù)應(yīng)力（自應(yīng)力）鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、塑料管、復(fù)合管等。

　　（1）承插式給水鑄鐵管：具有較高的機(jī)械強(qiáng)度及承壓能力，有較強(qiáng)的耐腐蝕性，接口方便，易于施工。其缺點(diǎn)在于不能承受較大的動(dòng)荷載及質(zhì)脆。按制造材料分為普通灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管，較為常用的為球墨鑄鐵管。

　?。?）鋼管：其優(yōu)點(diǎn)是耐高壓、耐震動(dòng)、薄而輕及管節(jié)長(zhǎng)而接口少；缺點(diǎn)是易銹蝕影響使用壽命、價(jià)格較高，故需做嚴(yán)格防腐絕緣處理。鋼管一般用于管徑要求大、受水壓力高路段，及穿越鐵路、河谷和地震區(qū)等管段。

　?。?）預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管：優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B性和耐久性能好，不會(huì)腐蝕及腐爛，內(nèi)壁不結(jié)垢等，缺點(diǎn)是質(zhì)地較脆易碰損、鋪設(shè)時(shí)要求溝底平整，且需做管道基礎(chǔ)及管座，常用于大型輸水系統(tǒng)。

　?。?）玻璃鋼管：指玻纖維增強(qiáng)樹脂塑料管，這種管材優(yōu)點(diǎn)在于重量輕，抗腐蝕，安裝容易，缺點(diǎn)是剛度小，管道基礎(chǔ)要求較嚴(yán)。大口徑玻璃鋼管在源水引用管道上使用較多，而在供水管網(wǎng)中使用較少。

　　（5）塑料管：其優(yōu)點(diǎn)在于具有表面光滑、輸送流體阻力小、耐腐蝕、重量輕、接口方便等，缺點(diǎn)在于質(zhì)脆、易老化。主要有硬聚氯乙烯管（UPVC）、聚乙烯管（PE）等。

　?。?）復(fù)合管：室外給排水工程中常用的有鍍鋅鋼管襯塑復(fù)合管、孔網(wǎng)鋼帶塑料復(fù)合管。

　?。╝） 鍍鋅鋼管襯塑復(fù)合管：鍍鋅鋼管襯塑有兩種方式，一種是內(nèi)噴襯聚乙烯，另一種是熱鍍鋅鋼管內(nèi)經(jīng)特殊過盈級(jí)配合工藝，復(fù)合擠壓聚乙烯、聚丙烯管，目前國(guó)內(nèi)均有此兩種方式的產(chǎn)品，前種襯涂層不易粘牢，不易襯勻，容易分層；后一種方式效果較好，而管件釆取內(nèi)噴襯聚乙烯。

　　管材組裝也有兩種方式，一種是通常壁厚的熱鍍鋅鋼管及管件，內(nèi)擠壓聚乙烯管或噴襯聚乙烯層后，仍套絲連接，價(jià)格較貴；另一種是薄壁熱鍍鋅鋼管及管件，內(nèi)經(jīng)特殊過盈級(jí)配合工藝，復(fù)合擠壓聚乙烯管或噴襯聚乙烯層，管材不套絲，采用快速接頭工藝，管道裝拆快捷，價(jià)格低廉，綜合價(jià)格類同鍍鋅鋼管，有良好的適用前景，但管外壁及管端面的防腐問題沒有根本解決。

　?。╞）孔網(wǎng)鋼帶塑料復(fù)合管：是以高密度聚乙烯為基體，以沖孔后的冷軋鋼帶焊接而成的網(wǎng)狀鋼管為增強(qiáng)體，經(jīng)擠出成型連續(xù)復(fù)合而成，內(nèi)外壁塑料通過金屬骨架上的孔形成一體。它具有鋼管的機(jī)械強(qiáng)度，又具有塑料管的耐腐蝕性，可適用于DN≤200mm 的配水管道及室內(nèi)冷水主立管道上使用。此類管材安裝時(shí)，切斷的端面應(yīng)作嚴(yán)格的防銹處理，但在今后管道不停水引接分支管時(shí)，孔口切面銹蝕問題就無(wú)法處理，這將是此類管材應(yīng)用中的弱點(diǎn)。

　　3、設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

　　1） 混凝土支墩設(shè)置：

　　給水鑄鐵管特別是球墨鑄鐵管在室外給水管道工程中應(yīng)用較為廣泛。一般在施工較大口徑的室外給水鑄鐵管時(shí)，多在如下位置處：如管道系統(tǒng)的水平彎頭、三通、管道末端及返彎處需設(shè)置混凝土澆注的支墩。

　　支墩的作用主要是消除由于管內(nèi)水的壓力或土壤條件較差，使在上述的部位產(chǎn)生一將管道沿其水流切線方向外推的力，而導(dǎo)致管道接口處松動(dòng)。一般在管徑大于350mm及在松軟土壤敷設(shè)時(shí)考慮設(shè)置。

　　2） 鋼管防腐：

　　在管徑要求大、受水壓力高路段，及穿越鐵路、河谷和地震區(qū)等管段較常采用鋼管敷設(shè)。鋼管埋地敷設(shè)時(shí)，管材會(huì)受到土壤、地下水的浸蝕，同時(shí)還會(huì)受到地下雜散電流的影響，使金屬表面產(chǎn)生電化學(xué)作用而損壞金屬表層，故必須采取能隔絕對(duì)管道腐蝕及減少雜散電流對(duì)管道電化作用的防腐絕緣層，以延長(zhǎng)管道使用壽命。

　　埋地鋼管一般采用水泥砂漿內(nèi)防腐，外防腐一般采用石油瀝青及環(huán)氧煤瀝青，分普通級(jí)、加強(qiáng)級(jí)、特加強(qiáng)級(jí)三個(gè)等級(jí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇。

　　二、排水管道工程設(shè)計(jì)

　　1、 排水體制的選擇

　　排水工程設(shè)計(jì)應(yīng)以批準(zhǔn)的當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)（地區(qū)）總體規(guī)劃和排水工程總體規(guī)劃為主要依據(jù)。排水體制（分流制或合流制）的選擇，應(yīng)更根據(jù)城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)規(guī)劃、當(dāng)?shù)亟涤昵闆r和排放標(biāo)準(zhǔn)、原有排水設(shè)施、污水處理和利用情況、地形和水體等條件，綜合考慮確定。新建地區(qū)的排水系統(tǒng)宜采用分流制。

　　2、 排水量確定

　　現(xiàn)就分流制體制的排水量確定進(jìn)行分析。

　?。?） 污水設(shè)計(jì)總流量Q（L/s）

　　Q=Q1+Q2+Q3

　　其中：1 Q1為居住區(qū)生活污水設(shè)計(jì)流量（L/s）。按下式計(jì)算

　　Q1=n×N×Kz / （24×3600）

　　n——污水定額（L/（人*d）），含居民生活污水定額和綜合生活污水定額，可按當(dāng)?shù)赜盟~的80%~90%采用。

　　N ——設(shè)計(jì)人口數(shù)

　　Kz——生活污水量總變化系數(shù)，按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計(jì)取或按實(shí)際數(shù)據(jù)采用。

　　2 Q2為工業(yè)企業(yè)內(nèi)生活污水量、淋浴污水量（L/s）。應(yīng)與國(guó)家現(xiàn)行的《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定協(xié)調(diào)。

　　3 Q3為工業(yè)企業(yè)的工業(yè)廢水量（L/s）。工業(yè)廢水量級(jí)及其總變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)工藝特點(diǎn)確定，并與國(guó)家現(xiàn)行的工業(yè)用水量有關(guān)規(guī)定協(xié)調(diào)。

　?。?） 雨水設(shè)計(jì)流量Q（L/s）

　　按下式計(jì)算：

　　Q=F×q×ψ

　　其中：1 F為匯水面積（ha）

　　其劃分應(yīng)結(jié)合地形坡度、匯水面積的大小及雨水管道布置等情況劃定。地形較平坦時(shí)，可按就近排入附近雨水管道的原則劃分匯水面積；地形坡度較大時(shí)，應(yīng)按地面雨水徑流的水流方向劃分匯水面積。

　　2ψ為徑流系數(shù)。按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計(jì)取。

　　3 q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L /（s* ha））。按下列公式計(jì)算：

　　q=167A1（1+ClgP）/（t+b）n

　　式中 t——降雨歷時(shí)（min）。t=t1+mt2，t1為地面集水時(shí)間，一般取5~15min；m為折減系數(shù)，暗管取2，明渠取1.2；t2為管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間。

　　3、管材選用

　　室外無(wú)壓排水管一般很少采用金屬管，只有當(dāng)排水管道需要承受較高壓力或?qū)B漏要求嚴(yán)格的地方（如污水泵站的進(jìn)水管和出水管等）才采用金屬管材。較為常見的為混凝土及鋼筋混凝土管，近幾年，雙壁波紋管、HDPE高密度纏繞管等也在室外排水工程中得到較為廣泛的應(yīng)用。

　　4、設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

　?。?） 鋼筋混凝土管接口選擇

　　用于排水的混凝土管的管口形式常用的有平口管、企口管和承插口管。管口形狀不同，接口的方法也不同。管道接口一般分為柔性接口、剛性接口、半柔性接口三種。橡膠圈接口、瀝青油膏、石棉瀝青卷材接口等均為柔性接口，剛性接口常見的有水泥砂漿、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹帶接口，而石棉水泥接口則為半柔性接口。對(duì)于接口要求強(qiáng)度較高、嚴(yán)密性閉水性較好的污水管道宜采用柔性或半柔性接口。

　?。?） 管線高程控制

　　管線高程控制應(yīng)從多方面進(jìn)行綜合考慮：為保證管線所服務(wù)區(qū)域雨污水能順暢排入，要求管線要有足夠的埋深；而隨著埋深增大，挖槽深度增加，施工難度也隨之增大，特別是在土質(zhì)較為軟弱地段更為突出，這樣必然提高管網(wǎng)造價(jià)；同時(shí)城市道路下的市政管線錯(cuò)綜復(fù)雜，為在高程上使各管線基本相互錯(cuò)開，也應(yīng)合理控制各管線高程，一般來(lái)說(shuō)，從上至下管線順序依次為電力管（溝）、電訊管（溝）、煤氣管、給水管、熱力管、雨水管、污水管。

　　總的來(lái)說(shuō)，室外給排水管道工程設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與能動(dòng)性相結(jié)合的過程。在滿足規(guī)范要求的同時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，因地制宜、因時(shí)制宜，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理。

　　參考文獻(xiàn)

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　　［2］《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ14-97）

　?。?］《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50318-2000）

　?。?］各種管材應(yīng)用技術(shù)規(guī)程及設(shè)計(jì)施工手冊(cè)