室外給排水管道工程設(shè)計(jì)分析

彭　汾

摘要: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。

關(guān)鍵詞:給水管道工程設(shè)計(jì);排水管道工程設(shè)計(jì)

1 給水管道工程設(shè)計(jì)

1.1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。 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)。

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。

1.2 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。

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。

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。

(a) 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,而管件采取內(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。

(b)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法處理,這將是此類管材應(yīng)用中的弱點(diǎn)。

1.3 設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

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。

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。

2 排水管道工程設(shè)計(jì)

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。

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。

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)。

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)。

管材選用。室外無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。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建設(shè)要求結(jié)合各種管材的特性做到管材選用經(jīng)濟(jì)、合理。

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,一般來說,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。

總的來說,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)

[1]《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ13-86).

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

[3]《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50318-2000).

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