山地城市給排水工程設(shè)計(jì)若干問題探討

真莊波

福建省南平市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福建 南平 353000

0 引言

給排水工程建設(shè)是城市建設(shè)重要組成部分，近年隨著國(guó)家對(duì)人飲工程及水污染治理的重視，主要給排水工程建設(shè)有城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)、城區(qū)的雨、污分離改造，本文將從山地城市給排水工程特點(diǎn)的分析出發(fā)，結(jié)合在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)的若干問題進(jìn)行總結(jié)，給山地城市的建設(shè)部門在給排水工程的建設(shè)中提出相對(duì)合理化的建議。

1 南平地區(qū)給排水工程的特點(diǎn)分析

南平地區(qū)的地形比較復(fù)雜，給排水工程的特點(diǎn)包括：（1）南平地區(qū)的水源基本取地表水，特別在集鎮(zhèn)和村莊區(qū)域，水源大部分取山壟地表水，水質(zhì)較好，但是雨季泥沙量多，且水源來水量受季節(jié)影響較大。受山地城市地形制約，造成山地城市用地狹長(zhǎng)布置，形成水廠多、供水規(guī)模小的特點(diǎn)。需水量隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)逐年上升，城市不斷擴(kuò)張，管網(wǎng)末端水壓小。（2）山地城市一般地勢(shì)起伏、道路坡度大，管道敷設(shè)方式多種多樣。管道深填、挖方基礎(chǔ)較多，在這種地質(zhì)條件下，基礎(chǔ)處理不好，容易發(fā)生地質(zhì)不均勻沉降，使管道發(fā)生不均勻沉降的狀況。

由于建設(shè)時(shí)序的問題，管道沒有隨道路配套建設(shè)，給排水管道后期建設(shè)由于不能破路，經(jīng)常沿河灘地，路邊鋪設(shè)，由于地形復(fù)雜管道架空敷設(shè)，埋地敷設(shè)排水管道中部分管道埋深很大，同時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)水流垂直跌落的情況，所以在山區(qū)城市中管道敷設(shè)是一個(gè)值得探討的問題。

山地城市道路縱坡大，故鋪設(shè)排水管道縱向坡度比較大，排水管道的流速較大，管道流速大對(duì)管道和檢查井沖刷也比較大，所以山地城市排水管材的選擇也較為重要［1］。

2 山地城市取水構(gòu)筑物選擇問題

近年來的設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，山溪取水的采用的是壩前式取水,壩前取水是利用擋水堰形成一定的庫容,在壩前設(shè)置引水管,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于施工的特點(diǎn)，但是存在抗淤積和抗泥石流能力差的問題。由于壩前式取水的取水口一般位于擋水堰的底部,一旦擋水堰前面發(fā)生泥沙沉積,就將影響取水，雨季溪內(nèi)的來水含沙量較大,同時(shí)山區(qū)取水壩一般位于深山老林中，落葉較多，取水管受到淤積體的影響嚴(yán)重,因而給管理維護(hù)帶來巨大的困難。由于取水口一般位于山上，道路交通不方便，擋水堰內(nèi)淤死,只能依靠人工進(jìn)行清理,維護(hù)取水系統(tǒng)停水時(shí)間長(zhǎng),從而導(dǎo)致壩前式取水的運(yùn)行效果和可靠性實(shí)際上很差。

根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，經(jīng)過分析研，解決山溪取水汛期擋水堰易遭淤死的問題,筆者認(rèn)為可采取壩后式取水的方式，如下圖1 所示：

圖1 壩后式取水示意圖

取水口設(shè)在壩后,壩前水滿后,溪水翻過擋水堰進(jìn)入壩后取水口,在取水口處設(shè)置過濾網(wǎng)，經(jīng)原水管道輸送至沉沙池，該方式需要在壩后修筑取水構(gòu)筑物,但取水口位于擋水堰的后方,即使擋水堰內(nèi)的泥沙淤積亦可保障正常的供水,即使雨季溪水含泥沙量大，導(dǎo)致?lián)跛哂偎?壩后式取水方式仍可以保證一段時(shí)間的正常供水,在平時(shí)樹葉若掉入壩后取水位置，在水流較大的情況下，漫過前壩后，通過水流的沖擊，可將樹葉等輕型雜物沖開，避免取水頭部受堵。經(jīng)過多次工程實(shí)踐,已充分驗(yàn)證了壩后式取水方式相對(duì)于壩前式取水方式所具有的優(yōu)勢(shì),即壩后式取水方式擁有更強(qiáng)的抗淤積和抗泥石流的能力。

3 山地城市高位調(diào)節(jié)水池設(shè)置問題

以福建省北部地區(qū)山地城市，作為山地城市，南平市城鄉(xiāng)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理維護(hù)具有其他平原城市有所區(qū)別的地方，南平市大部分地區(qū)用地狹長(zhǎng)布置，而部分縣市由于城市逐漸往規(guī)劃區(qū)邊界發(fā)展，管網(wǎng)不斷延伸，設(shè)置泵站后，部分地區(qū)無設(shè)置高位水池，導(dǎo)致高峰期末端水壓、水量偏小，近年在管網(wǎng)改造后，在末端設(shè)置高位水池后，供水系統(tǒng)得到完善，逐漸滿足供水需求，所以山地城市應(yīng)充分利用地形優(yōu)勢(shì)，盡可能建設(shè)高位調(diào)節(jié)水池，高位水池即能滿足高峰期供水末端水量不足的問題外，還可以保證供水系統(tǒng)中供水的壓力穩(wěn)定，也可以降低供水不均勻系數(shù)，從而減小供水管管徑，減少工程造價(jià)。

山地城市沿河流走向縱向發(fā)展，用地大多為狹長(zhǎng)型布局，所在延平區(qū)亦是如此，根據(jù)歷年經(jīng)驗(yàn)，建議山地城市地形復(fù)雜，高低起伏較大，大部分用地高程較高，應(yīng)采用中途供水加壓泵站配合高位調(diào)節(jié)水池供水的方式，保證高峰期供水管網(wǎng)系統(tǒng)水壓平衡，供水末端水量需求［2］。

4 山地城市排水管道的敷設(shè)問題

4.1 埋地敷設(shè)

山地城市開發(fā)區(qū)建設(shè)過程中，道路路基往往出現(xiàn)半挖半填，在布置排水管道時(shí)，應(yīng)注意將柔性管布置于填方區(qū)，將剛性管布置于挖方區(qū)，且填方段應(yīng)做好地基的處理，填方不大的情況下，應(yīng)采用沙礫石回填做地基，填方較大情況應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況特別處理。管槽施工中，鋼筋混凝土管等剛性管道的管槽同柔性管道的管槽要求基本相同，槽基底的土層密實(shí)度一般為原土夯實(shí)到90%以上的密實(shí)度，在開挖施工及排水中應(yīng)注意保持土的原狀結(jié)構(gòu)，避免擾動(dòng)或超挖基底，應(yīng)做倒基槽一開挖立即進(jìn)行管基施工，不得使基底暴露過久；基底設(shè)計(jì)標(biāo)高以上30cm厚，不得提前挖除，應(yīng)在管基施工的同時(shí)方可挖除，萬一基底土壤已受擾動(dòng)或超挖,必須予以夯填碎石并找平。管槽承載力需達(dá)到驗(yàn)收規(guī)范要求。

4.2 架空敷設(shè)

架空敷設(shè)利用管道自身的強(qiáng)度和剛度，將管道作為結(jié)構(gòu)體，用柱、墩等做支撐。由于利用管體作為結(jié)構(gòu)體對(duì)管道自身的強(qiáng)度及剛度(環(huán)剛度和縱向剛度)要求都較高，城市近年來大量建設(shè)污水沿江截污管道和污水壓力管道，而城區(qū)里基本建成，無法開挖現(xiàn)狀路面，所以管道基本沿江邊布設(shè)，地形相當(dāng)復(fù)雜，地形高低起伏，地質(zhì)情況多變，經(jīng)常需要架空才能穿越部分路段，近年來南平市的壓力管的架空管基本采用鋼管，實(shí)際應(yīng)用效果良好，因若采用柔性管材采用直接架空方式則要求管體有很高的環(huán)剛度和縱向剛度，其設(shè)計(jì)最大跨度小于鋼管，且硬度沒鋼管高，但鋼管的使用中應(yīng)注意鋼管的外防腐。

5 山地城市排水管道的坡度與流速問題

在重力流排水管道系統(tǒng)的運(yùn)行中管徑、坡度、流速是3 個(gè)相互制約的參數(shù)，在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)在管道運(yùn)行的合理性和工程造價(jià)2 個(gè)方面中尋找平衡點(diǎn)，使得在最低工程造價(jià)上管道運(yùn)行最合理。在山地城市，由于道路縱坡很大，可充分利用大縱坡帶來的坡降進(jìn)行重力流排水，增加流速，減小管道斷面，從而降低工程造價(jià)，所以排水管道的敷設(shè)坡度一般盡量跟道路坡度接近，但若道路縱坡過大，導(dǎo)致流速大大超過最大設(shè)計(jì)流速，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)小管道坡度，采取一些跌水消能措施，規(guī)范中提出管道跌水水頭為1.0～2.0m時(shí)，宜設(shè)跌水井；跌水水頭大于2.0m時(shí)，應(yīng)設(shè)跌水井，結(jié)合近年排水設(shè)計(jì)，長(zhǎng)距離的較大坡度的道路管道施工，且管道跌水在0～1.5m 之間時(shí)，若采用跌水井，則工程造價(jià)大，且施工進(jìn)度慢，認(rèn)為可采用檢查井井內(nèi)做沉泥槽，井底鋪毛混凝土的形式解決由于跌水對(duì)檢查井的破壞，施工后對(duì)排水處的回訪中了解到，該種做法效果良好，未出現(xiàn)井被破壞的情況。

管道流速與管壁的粗糙程度有關(guān)，管材不同，其粗糙系數(shù)也不同，當(dāng)管徑、坡度等條件相同時(shí)，內(nèi)壁較光滑的管道水流速度較大，具有較大的通水能力，當(dāng)設(shè)計(jì)流量一定時(shí)，采用阻力較小的管道，可利用增大流速減小管道斷面，節(jié)省工程造價(jià)。試驗(yàn)表明，目前市場(chǎng)上一些新型化學(xué)管材的耐沖刷能力甚至高于鋼管，遠(yuǎn)大于鋼筋混凝土管材，排水管道過去常用管材是鋼筋混凝土排水管，根據(jù)國(guó)家及省建設(shè)廳要求，污水管道必須采用橡膠圈柔性接口的承插式鋼筋混凝土排水管，禁止采用剛性接口的平口鋼筋混凝土排水管或低標(biāo)準(zhǔn)的排水溝渠，以防止接頭滲漏。近年來各種塑料排水管發(fā)展迅速，部分地區(qū)已開始采用塑料螺旋管、波紋管、纏繞管、玻璃鋼夾砂管等埋地排水管［3］。

6 結(jié)束語

山地城市給排水工程設(shè)計(jì)中存在很多疑難點(diǎn),有共性、特性問題，設(shè)計(jì)人員需在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合山地城市實(shí)際情況及給排水管道的特殊性，解決山地城市給排水工程設(shè)計(jì)中的問題，從而保證山地城市給水系統(tǒng)的合理性，確保排水工程中管網(wǎng)的的順利鋪設(shè)。