關(guān)于市政供水管道工程設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的探討

韓佩君

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430019)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，水資源正日益變得重要。我國(guó)是水資源短缺國(guó)家，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水資源的利用與保護(hù)。然而相當(dāng)多城市的供水管網(wǎng)因跑、冒、滴、漏等原因造成的水資源浪費(fèi)問(wèn)題一直未能得到有效地解決，城市供水管網(wǎng)漏損率居高不下。早在2003年，建設(shè)部、發(fā)展改革委、財(cái)政部就以建城〔2003〕188號(hào)印發(fā)了《關(guān)于加快城市供水管網(wǎng)改造的意見(jiàn)》；2015年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求對(duì)使用超過(guò)50年和材質(zhì)落后的供水管網(wǎng)進(jìn)行更新改造，到2017年，全國(guó)公共供水管網(wǎng)漏損率控制在12%以內(nèi)；到2020年，控制在10%以內(nèi)。該文就城市供水管網(wǎng)改造的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 管 材

市政供水管道管材的選取需考慮下列因素：①安全，管材應(yīng)無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，符合衛(wèi)生條件。②具有良好的強(qiáng)度，能承受外部荷載和內(nèi)部工作壓力。③耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。④內(nèi)壁光滑，粗糙系數(shù)小，水力條件好。⑤價(jià)格經(jīng)濟(jì)，采購(gòu)、運(yùn)輸、安裝方便。目前主要的給水管材有鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管[1]。

1.1 鋼管

鋼管具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，可承受的內(nèi)壓和外荷載大，韌性好，耐沖擊；對(duì)復(fù)雜地質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，重點(diǎn)水利工程的過(guò)河、爬堤、過(guò)鐵路、地道等都采用鋼管；單位管長(zhǎng)質(zhì)量比球墨鑄鐵管、砼管輕，運(yùn)輸及安裝施工方便。不過(guò)鋼管耐腐蝕性差，需采用特殊防腐措施，防腐造價(jià)高；焊接連接，施工相對(duì)麻煩。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管可承受的內(nèi)壓和外荷載大，耐腐蝕性強(qiáng)，內(nèi)壁光滑(一般內(nèi)襯防腐層為水泥砂漿)，采用柔性接口，嚴(yán)密性強(qiáng)，漏耗水量少。近10多年來(lái)，在城市的重點(diǎn)水務(wù)工程中得到推廣，也廣泛地應(yīng)用到大、中型城市管網(wǎng)改造和新建管道工程中。球墨鑄鐵管重量略輕于砼管，施工運(yùn)輸和損耗比砼管少，而比鋼管、玻璃鋼夾砂管及塑料管重，造價(jià)相對(duì)較高。

1.3 PE管(polyethylene pipe)

化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用不變質(zhì)；不受土壤性質(zhì)侵蝕，耐腐蝕性好，防二次污染；內(nèi)、外壁光滑，不結(jié)垢，摩阻系數(shù)小，輸水能力有一定彈性；質(zhì)量輕，施工運(yùn)輸方便；管道接口采用熱熔連接或法蘭、螺紋絲扣等方式連接，嚴(yán)密性能好。輸水水溫要求控制在150 ℃以內(nèi)，存在老化變脆現(xiàn)象，復(fù)雜地基的適應(yīng)性較差，造價(jià)與玻璃鋼夾砂管相近。

1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管制作方便，造價(jià)低，抗震性能、內(nèi)壓承受性能及水力條件好，一般不需防腐處理，是一種較經(jīng)濟(jì)的管材。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管在我國(guó)應(yīng)用較廣泛，一度成為長(zhǎng)距離輸水工程的主要管材，其缺點(diǎn)是管節(jié)短，接口多，抗?jié)B性能差；重量大，施工、運(yùn)輸不方便；破損率高。

1.5 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

具有很強(qiáng)的抗?jié)B抗內(nèi)壓性能，止水效果好，對(duì)于長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程的輸水工程具有較好的保障率，其重量相對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管略輕。

1.6 玻璃鋼夾砂管

全稱玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂和加砂管，一種新型柔性非金屬?gòu)?fù)合材料管道。耐腐蝕性強(qiáng)，重量輕，粗糙系數(shù)小，水力性能好。對(duì)管槽回填材料及密實(shí)度要求高，施工質(zhì)量要求高。

大口徑、遠(yuǎn)距離、高揚(yáng)程原水輸水管道較多選擇鋼管或預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管；穿越河流、堤岸、涵洞等障礙物或地質(zhì)地形復(fù)雜的情況一般選用鋼管；市區(qū)配水管道中，球墨鑄鐵管以其良好的承壓、防腐和密封性能，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，有的地區(qū)規(guī)定DN≥300 mm，采用球墨鑄鐵管；DN≤200 mm，采用PE管。佛山市自2004年起城區(qū)DN=200 mm以下供水管道改造全面推廣HDPE管道。湛江市城區(qū)幾個(gè)供水管道改造工程(DN≥400 mm)都采用T型承插接口離心球墨鑄鐵管，施工方便。

2 管頂覆土及管溝回填

2.1 管頂覆土厚度

關(guān)于城市供水管道管頂覆土厚度的確定，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015—2003)3.5.3指出：室外給水管道的覆土深度，應(yīng)根據(jù)土壤冰凍深度、車輛荷載、管道材質(zhì)及管道交叉等因素確定。管頂最小覆土深度不得小于土壤冰凍線以下0.15 m，行車道下的管線覆土深度不宜小于0.7 m[2]?！妒彝饨o水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50013—2006)及《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三冊(cè))除上述原則外，還提到了大型管道應(yīng)根據(jù)地下水水位進(jìn)行放空時(shí)的抗浮計(jì)算；冰凍地區(qū)考慮土壤冰凍深度應(yīng)進(jìn)行熱力計(jì)算，當(dāng)無(wú)實(shí)際資料時(shí)，參照表1[3,4]：

表1 管底在冰凍線以下的距離 /mm

一般來(lái)說(shuō)金屬管道的覆土深度不宜小于0.7 m，當(dāng)管道強(qiáng)度足夠或采取相應(yīng)措施(如混凝土包封)，也可小于0.7 m；為保證非金屬管道不因動(dòng)荷載沖擊而降低強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)加大覆土厚度，如《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》要求輕型車行道下埋地聚乙烯管道管頂最小覆土深度不宜小于1.0 m[5]。與其他管線交叉情況也是決定供水管道覆土深度的重要因素，特別是針對(duì)城區(qū)供水管道改造工程。根據(jù)《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》(GB50289—2016)，給水管道距離電信電力直埋管凈距>0.5 m(保護(hù)管分別為0.15 m及0.25 m)，距離雨污水管凈距>0.4 m，熱力燃?xì)饨o水管凈距>0.15 m[6]。一般而言通信電力管覆土0.7～0.8 m，雨污水主管一般較深，城市非機(jī)動(dòng)車道下供水管道管頂覆土保持在1.2～1.5 m左右能減少與其他管線沖突，較好地滿足規(guī)范要求。

2.2 管溝回填材料及壓實(shí)度

以柔性管道(球墨鑄鐵管、鋼管、PE管等)為例，根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求，管道基礎(chǔ)(包括管底基礎(chǔ)及管道有效支撐角范圍)需回填中粗砂；管道兩側(cè)及管頂以上500 mm可回填中粗砂、碎石屑或最大粒徑小于40 mm的砂?；蚍弦蟮脑粒茼斠陨?00 mm外回填原土[7]。

管底壓實(shí)度≥0.90；管道有效支撐角范圍及管道兩側(cè)壓實(shí)度≥0.95；管頂以上500 mm范圍內(nèi)，管道正上方壓實(shí)度在85±2%，管道上方兩側(cè)壓實(shí)度≥0.90；管頂以上500 mm外回填原土的壓實(shí)度≥0.90。

管道腋角范圍內(nèi)必須回填中粗砂，管道兩側(cè)及以上可在中粗砂、石屑和符合要求的原狀土之間選擇，可根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧系膬r(jià)格進(jìn)行經(jīng)濟(jì)選擇。上述中粗砂為河砂，不能一味為了降低造價(jià)采用海砂或水洗海砂，否則容易造成管道腐蝕。

管頂以上500 mm范圍內(nèi)，管道正上方壓實(shí)度在85±2%，管道上方兩側(cè)壓實(shí)度≥0.90，是貫徹“中松側(cè)實(shí)法”的體現(xiàn)。即當(dāng)管道上方兩側(cè)壓實(shí)度比管頂以上高且土壤發(fā)生沉降變形時(shí)，管道上方兩側(cè)的沉降小于管頂以上部位的沉降，從而在管道上方出現(xiàn)兩塊滑動(dòng)破裂面，其上分布著豎直向上的摩擦力，可以減小對(duì)管道豎向向下的荷載，對(duì)管道起到保護(hù)作用。當(dāng)管道位于道路下時(shí)，上述壓實(shí)度不能滿足道路路基的要求，可根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)保證管頂以上250 mm內(nèi)壓實(shí)度85±2%，其余部分回填土按照道路路基要求的壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)[8]。

3 管道附屬設(shè)施

1)檢修閥

為便于供水管道的事故檢修，供水管道上需設(shè)置檢修閥。具體間距則需根據(jù)檢修道路情況、事故排水情況綜合考慮。長(zhǎng)距離輸水管道可按照5～10 km設(shè)置一個(gè)檢修閥門；城區(qū)供水管道可按0.6～1.0 km設(shè)置一個(gè)，間距不宜太大，《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求配水管網(wǎng)上獨(dú)立管道的閥門間距不宜超過(guò)5個(gè)消火栓布置長(zhǎng)度[3]。

2)排泥閥

輸水管道、配水管道低洼處及兩個(gè)閥門間管道低處可設(shè)置排泥閥，用于事故檢修排水。一般兩個(gè)閥門間的低洼處必須設(shè)置一個(gè)排泥閥。

3)排氣閥

輸水管道和配水管道隆起處應(yīng)設(shè)置排氣閥，管道豎向平緩時(shí)，應(yīng)間隔1 km左右設(shè)置一個(gè)排氣閥。輸水管道為降低彌合水錘的影響，可設(shè)置高速進(jìn)排氣閥；城區(qū)配水管道可設(shè)置普通復(fù)合式排氣閥。同時(shí)具有進(jìn)氣排氣功能時(shí)，排氣閥直徑可取輸水管管徑的1/8～1/5。僅有排氣功能時(shí)，排氣閥直徑可取輸水管管徑的1/12～1/8。

4)支墩

針對(duì)采用橡膠圈作為止水件承插式接口和套管式柔性接口的給水管道，需在三通、彎頭、管堵處設(shè)置支墩以平衡軸向受力。

5)彎頭

平面和豎向上為避開障礙物通常會(huì)使用彎頭，為降低局部水損，一般使用11.25°等小角度彎頭，不宜采用90°彎頭。

6)消火栓

城區(qū)管徑DN≥1 000 mm的配水主管一般不直接承擔(dān)消防任務(wù)，消防管道接在配水支管上。消火栓間距不超過(guò)120 m，距離機(jī)動(dòng)車道不超過(guò)2 m，距離建筑物外墻5 m以上。

4 結(jié) 語(yǔ)

關(guān)于市政供水管材的選擇，應(yīng)根據(jù)管材選取原則，充分考慮供水管道功能及地質(zhì)地形情況。遠(yuǎn)距離、高揚(yáng)程、大流量的原水輸水管道可選擇預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管或鋼管；經(jīng)過(guò)復(fù)雜地質(zhì)、地形段一般采用鋼管；大管徑的城區(qū)配水管道一般采用球墨鑄鐵管，小管徑可采用PE管等。

城區(qū)段供水管道一般采用覆土1.2～1.5 m，可較好地避開現(xiàn)有其他管線；管溝回填材料壓實(shí)度要遵守“中松側(cè)實(shí)法”，當(dāng)管道位于車行道下時(shí)，還需兼顧道路路基壓實(shí)度的要求。

為保證供水管道正常運(yùn)行，還需設(shè)置檢修閥、排氣閥、排泥閥、支墩、彎頭、消火栓等附屬設(shè)施。檢修閥本著爆管后快速檢修的原則，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性；高點(diǎn)排氣；低點(diǎn)排泥；為平衡承插管道軸向受力不均，在三通、彎頭、管堵處設(shè)置支墩；為減少局部水損，應(yīng)盡量采用小角度彎頭；消火栓的設(shè)置應(yīng)符合消防要求，大口徑供水主管不宜直接承擔(dān)消防任務(wù)。

[1] 仇少云,張鴻斌.淺談市政常用給水管材的性能及其選擇[J].城市道橋與防洪,2013,11:168-169.

[2] GB 50015—2003,建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50013—2006,室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè).第3冊(cè),城鎮(zhèn)給水[M].第三版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[5] CJJ 101-2004,埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程[S].

[6] GB 50289—2016,城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范[S].

[7] GB 50268—2008,給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[8] 許其昌.《給水排水管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50268—97)講座(一)——管道溝槽回填土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)修訂介紹[J].市政技術(shù),1998(4):44-48.