提升市政道路給排水設計合理性的措施研究

宋沛辰

（北京市市政四建設工程有限責任公司，北京 100037）

0 引言

城市化的快速推進給城市給排水系統(tǒng)造成了一些影響，尤其是在水資源需求量不斷提升的條件下，可能會因給排水系統(tǒng)設計不合理，導致雨水利用率大幅下降，造成水資源污染的同時進一步加劇水資源短缺的情況。

對此，市場道路給排水設計目前已經(jīng)成為城市改造項目中的重要一環(huán)，不僅可以有效解決市政道路排水問題，對加強水資源保護和利用也有較強的促進作用。

1 傳統(tǒng)市政道路存在的排水問題

近年來，國內(nèi)海綿城市熱潮開始升溫，國家先后出臺了指導海綿城市建設的指導性文件，各地在積極推行的同時也出臺了相應的規(guī)范與標準。在政策與市場不斷完善的過程中，我國在積極推進海綿城市建設的背景下也逐漸顯露出了一些問題，主要包括以下幾個方面：

一是在城市內(nèi)部建設中，尤其是大規(guī)模的市政工程項目通常要結合各方面情況進行詳細部署。目前，部分城市在建設規(guī)劃的過程中，還未將河道、水體等納入城市建設的規(guī)劃范疇，部分城市在給排水規(guī)劃設計中未對不同降水時段、降水量存在的風險進行研究，也就無法及時編制市政工程建設的指導意見，導致在市政道路給排水設計中還存在許多需要改進的問題。

二是當前針對市政道路給排水設計的標準化建設還存在一定滯后性，數(shù)據(jù)更新、具體操作等還未進行明確規(guī)定，還未出臺詳細的道路給排水設計標準與方法，另外在道路泄水相關的蓄水池設計、排水溝渠設計等也未出臺完善的標準和規(guī)范。

三是城市道路給排水設計并非傳統(tǒng)意義的建設項目，其承擔著維護城市健康發(fā)展的重任，屬于一項系統(tǒng)性的工程項目。在城市總體規(guī)劃中，任何一個環(huán)節(jié)都需要不同專業(yè)、不同部門的有效協(xié)同，需要建立一個完善的聯(lián)動機制，提高市政工程項目建設的整體效率。在專業(yè)、部門聯(lián)動不足和不及時的情況下，將影響給排水設計的有效性，會對后期施工建設造成巨大阻礙。

2 市政道路給排水系統(tǒng)在城市運行中的作用

城市在運行過程中，無論是生產(chǎn)、生活都會涉及大量污水、廢水的排放，同時城市地表和地下也蘊含著大量水資源，這些污水廢水的排放以及水資源的運行和利用都會影響城市的正常運行。為有效規(guī)避上述因素對城市運行造成的影響，市政部門要進一步加快建設市政道路給排水系統(tǒng)的步伐，通過建設完善的市政道路給排水系統(tǒng)，為城市正常運行提供重要保障。

比如，在建設排水系統(tǒng)的過程中，排水系統(tǒng)主要由排水管道、污水處理廠以及污水處理設施等構成，其中排水管道主要承擔著運輸污水和廢水的責任，包括了生活廢水和工業(yè)廢水，需要通過排水管道將污水廢水運輸至指定位置進行處理。污水處理廠的主要職責是對收集的廢水進行凈化處理，一方面要降低污水排放對水體環(huán)境造成的污染，另一方面可以加強對水資源的利用。做好市政道路給排水系統(tǒng)設計，可以在保證城市正常運行的基礎上順利排走污水，降低污水對城市發(fā)展產(chǎn)生的負面影響，強化城市內(nèi)部對水資源的利用率。

3 市政道路給排水管道設計要點

3.1 給水管道設計

在市政道路給水管道設計中，要在滿足城市用水需求的基礎上，保證供水的安全性，實現(xiàn)與城市總體規(guī)劃的有機結合，根據(jù)給水工程詳細規(guī)劃，考慮項目所在地實際情況，如區(qū)域地形、道路交通、管道敷設情況等，統(tǒng)籌安排，及時做好水量預測工作。在水量預測過程中，要根據(jù)項目所在地的區(qū)域規(guī)劃以及市政道路周邊建筑分布情況，針對不同環(huán)節(jié)的用水量進行統(tǒng)計，編制用水量統(tǒng)計表，合理對給水管道的平均供水量、最高供水量等進行計算，結合比流量、節(jié)點流量、沿線流量等指標對給水管道的流量進行計算。在對給水管道管徑進行設計的過程中，需要將最高日用水量分配至道路沿線各管段，隨后對各管段的流量進行計算，得出給水管道的實際直徑，給水管道直徑計算公式如下（1）所示。

式（1）中：D 為給水管道的直徑，單位為m；q 為給水管道的管道流量，π 單位為m/s；v 為經(jīng)濟流速，單位為m/s。

在敷設給水管道的過程中，要結合給排水工程具體規(guī)劃進行確定，在未進行規(guī)劃的情況下，可以根據(jù)市政道路路面結構、周邊建筑、綠化設施、排水管道等進行敷設位置設計，盡可能避免出現(xiàn)管道交叉的情況，降低施工以及后期養(yǎng)護的難度。在選擇給水管道材料的過程中，需要結合提前設計的管道管徑，綜合考慮管道承受的水壓、外部荷載等情況，通過對市政道路地質(zhì)情況進行考慮，分析管道運行期間的耐久性、安全性，考慮施工、養(yǎng)護以及經(jīng)濟等要素，對管道材料進行確定。

在設計管道工藝的過程中，需要詳細對項目所在地的地質(zhì)情況進行調(diào)查，明確區(qū)域凍土深度，考慮管道運行期間可能承受的地面荷載，合理對給水管道的埋設深度進行計算，結合區(qū)域?qū)嶋H用水需求，對接戶管進行合理設計，為滿足區(qū)域生活用水需求提供便利。針對明設的給水管道，還需要做好保溫措施，尤其是在冬季溫度較低的地區(qū)，需要在給水管道上設置伸縮設施，以此實現(xiàn)對管道變形的調(diào)節(jié)。

另外，在給水管道設計過程中，要考慮管道后期養(yǎng)護和維修的需求，對閥門井進行合理設計，以此滿足分段檢修的需求，起到調(diào)節(jié)管道水壓和水量的作用。在高處設置的管道需要設置排氣井，而低處管道則需要設置泄水井。管道和閥門井等進行連接部位，要盡可能選擇柔性防水套管，避免出現(xiàn)接口松動導致漏水情況，同時在這些軟弱部位還需要設置支墩，對管道起到保護的作用。

3.2 雨水管道設計

在雨水管道設計中，要結合城市總體及雨水專項規(guī)劃，結合項目所在地道路與建筑分布情況，對市政道路的雨水管道進行合理設計。在雨水管道設計過程中，應綜合考慮項目所在地的地形及地質(zhì)條件，合理利用現(xiàn)有地形對排水區(qū)域進行劃分，盡可能縮小干管的長度與管徑，同時要合理設置雨水口，避免雨季中因排水不暢導致道路積水影響交通安全。另外，還需要根據(jù)周邊建筑物的密集程度，確定是否采用明渠排水。

在雨水管道設計中，需要重點對區(qū)域雨水流量進行計算，保證雨水管道能夠滿足排雨需求。需要根據(jù)項目所在城市選擇暴雨強度計算公式，結合市政道路及項目所在地周邊建筑分布情況，對管段及匯水面積進行合理劃分，采用面積或流量疊加法對管道的雨水流量進行計算，具體公式如下（2）所示。

式（2）中：Q 為雨水流量，單位為L/s；q 為暴雨強度，單位為L/s.hm；Ψ 為徑流系數(shù)；F 為匯水面積，單位為hm。

隨后根據(jù)公式（3）對雨水管道的管徑進行計算，如下所示。

式（3）中：A 為斷水面積，單位為m；R 為水力半徑，單位為m；n 為粗糙系數(shù)；I 為水力坡降（%）。

結合前期計算的雨水流量以及雨水管道管徑，對管道材料進行合理選擇，綜合考慮項目所在地地質(zhì)條件、外部荷載以及管材的抗腐蝕性等各項因素，因地制宜選擇合適的雨水管材。

當前常用的雨水管材有鋼筋混凝土管、HDPE 塑料管等。在對雨水管位置進行設計的過程中，要考慮市政道路下方其他管線的分布種類及分布情況，對管道位置進行合理規(guī)劃，要便于施工和后期養(yǎng)護管理，在管道連接處設置適量雨水口。

在雨水管道工藝設計中，要結合項目所在地凍土深度及地質(zhì)條件，確定管道埋設深度及管道材質(zhì)，結合《室外排水設計規(guī)范》（GB 50014—2006）確定雨水管道的最小設計坡度及最小管徑，同時在雨水管道施工結束后需要及時開展閉水試驗，避免管道出現(xiàn)漏水情況。

3.3 污水管道設計

在市政道路污水管道設計中，要建立在城市綜合規(guī)劃的基礎上，盡可能實現(xiàn)污水管道設計與城市規(guī)劃建設的協(xié)調(diào)性。結合城市地形、地質(zhì)等條件，明確污水處理廠的位置及城市主要污水類型，對排污線路進行合理設計，明確污水管道的走向。針對城市內(nèi)地勢較平坦區(qū)域，在管道定線時要設計多種方案進行比較，設計出管道的最佳位置，盡可能控制好管道的埋設深度，盡量減少提升泵站的數(shù)量。在對污水流量進行計算的過程中，要結合道路周邊建筑類型及分布情況，對管道進行合理分段，參照面積比流量計算出污水管道流量，綜合考慮工業(yè)廢水流量，如公式（4）所示為污水流量計算公式。

式（4）中：Qdr 為設計污水流量，單位為L/s；Qd 為生活污水量，單位為L/s；Qm 為工業(yè)廢水量，單位為L/s。

在對污水管道管徑進行計算的過程中，主要采用公式（5），如下所示。

式（5）中：A 為過水斷面面積，單位為m；R 為水力半徑，單位為m；n 為粗糙系數(shù)；I 為水力坡降（%）。在明確管道坡度及污水流量的基礎上，可以對污水管的管道直徑進行計算。

在設計污水管道位置的過程中，也需要考慮施工、養(yǎng)護管理等因素。另外，污水管道的位置需要和道路兩側建筑保持一定間隔，通常需要將管道設置在非機動車道下方，避免在施工、檢修等工作中影響正常交通。在地下管線眾多的情況下，可以考慮加大管道埋設深度，對入戶支管進行合理設置，滿足生活污水、工業(yè)污水排放的需求。選擇管材過程中，需要綜合考慮地質(zhì)、外部荷載、埋設深度等條件，綜合考慮經(jīng)濟性因素。

在污水管道工藝設計中，要結合凍土深度對管道的最小覆土深度進行計算，避免污水管道因脹凍、荷載出現(xiàn)損壞，同時滿足道路兩側用戶對污水管道的接入需求。在坡度要求無法滿足污水管道自留排除需求的情況下，需要分段設計壓力管。管道高處應設計排氣閥，避免管道內(nèi)部積氣影響管道使用安全性及排水暢通性；而在管道低處應設置排水閥，避免出現(xiàn)地面積水的情況。

4 提升市政道路給排水設計合理性的措施

4.1 對路基排水設計進行優(yōu)化

在市政道路建設中，路基、路面等屬于重要的構成部分，在市政道路建設的過程中需要在路基的基礎上開展給排水設計工作。需要在前期充分了解路基的情況，結合路基的不同情況制定相應的排水設計方案。

另外，還需要做好市政道路的水文地質(zhì)勘察，明確城市歷年平均和最大降水量，將排水設計納入城市總體規(guī)劃，將排水系統(tǒng)設計作為城市規(guī)劃的核心工作，強化排水系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性，根據(jù)實際情況及時對排水系統(tǒng)設計進行調(diào)整。

4.2 對路面排水設計進行優(yōu)化

在路面排水設計的優(yōu)化中，設計人員需要從道路路面的內(nèi)部及表面入手。路面排水設計的目的，主要是快速排出道路表面的水，避免在道路積水過多的情況下影響行車安全。通過進行路面排水設計，做好道路內(nèi)部及道路表面的排水工作，可以有效避免地表積水過多的情況，同時也可以提高路面的穩(wěn)定性，對保障行車安全有著重要意義。

在路面排水設計中，人行道排水設計是非常重要的一個環(huán)節(jié)，需要結合市政道路人行道建設的實際情況，廣泛參考群眾意見，對設計方案進行合理調(diào)整，最大限度減少人行道積水的情況出現(xiàn)，避免給人們的正常出行造成阻礙。比如，通過提高人行道滲水功能的方式，除了可以解決地面積水問題外，還可以實現(xiàn)對地下水的補給。

4.3 對綠化帶排水設計進行優(yōu)化

城市化進程中，綠化帶是重要的基礎設施，主要設置在道路兩層，可以強化城市景觀，給人們帶來良好的視覺感受，切實提高城市形象。

在綠化帶建成后地面很容易出現(xiàn)積水問題，長此以往容易對路基和路面結構造成損壞，導致市政道路使用壽命縮短，因此針對綠化帶做好排水設計顯得十分重要。這就需要設計人員在綠化帶的兩側設置封閉墻，避免綠化帶內(nèi)部積水流向道路。

設計人員可以結合實際排水情況，在相應位置設置集水井和導出管，利用排水井將積水排入城市排水系統(tǒng)，可以有效解決綠化帶的排水問題。不過該方法需要投入較高成本，在資金不充足的情況下，也可以使用碎石代替混凝土，通過添加具有較強透水性的黏土，避免綠化帶中的積水向地面滲透。

在綠化帶排水設計中，要對道路施工中所使用的鋪設材料的透水性進行合理控制，確保雨水可以透過路面表層進入地下。在綠化帶排水方案設計中，為充分發(fā)揮出雨水收集的效果，還需要將其設置在低于地面平均高度的位置，同時要高出綠化帶區(qū)適當距離，保證排水的暢通性。

4.4 合理設計給水管網(wǎng)流量

當前我國面臨著水資源短缺的問題，在城市發(fā)展中為進一步實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，在市政道路給排水設計中，設計人員要具備較強的環(huán)保和節(jié)約意識，結合生活用水、生產(chǎn)用水等對給水管網(wǎng)的流量進行合理設計。

其中，生活用水主要是指給水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)居民生活的用水，在規(guī)劃設計過程中需要統(tǒng)計居民生活用水的平均定額，計算出最大的用水量，同時還需要加強對城市未來發(fā)展趨勢的分析，將其作為計算給水管網(wǎng)流量的主要依據(jù)，綜合考慮城市發(fā)展過程中人口數(shù)量變化、用水量趨勢變化等。

針對生產(chǎn)用水調(diào)查分析，主要根據(jù)各大企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，重點分析企業(yè)發(fā)展過程中對水資源的需求。同時，還需要考慮公共用水，如道路清洗、消防用水、綠化帶用水等，設計人員可以結合環(huán)衛(wèi)等相關部門制定的工作計劃，綜合考慮城市氣候環(huán)境、城市綠化帶建設情況等，對城市用水進行精確評估。

設計人員還需要對給水管網(wǎng)的漏水率進行評估，在完成給水流量計算以后，結合所選擇管材，按照當?shù)貙嶋H情況，盡可能選擇地質(zhì)條件適宜、坡度適宜、對交通影響小的區(qū)域進行施工，有效對給水管網(wǎng)的敷設線路進行優(yōu)化。

4.5 城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃與管理

在市政道路給排水系統(tǒng)規(guī)劃中，相關部門要注重給水系統(tǒng)的完善程度，樹立長遠發(fā)展的目標，提前預留城市未來發(fā)展的空間，合理選擇管材并確定好管徑，預留充足的給水管位，避免在后期出現(xiàn)重復性建設的情況，同時為給水管道的養(yǎng)護和檢修提供便利。

另外，我國要進一步加強對給水系統(tǒng)相關科學技術的研發(fā)，不斷為給水系統(tǒng)工程建設提供先進技術手段支持，如海水淡化技術實現(xiàn)新水源開發(fā)、跨地區(qū)調(diào)水工程等。

在我國水價改革不斷深化的背景下，相關部門還應當做好宣傳工作，不斷強化城市居民的節(jié)水意識，鼓勵居民使用再生水源，嚴格管理高污水與高耗水企業(yè)用水情況，合理對水資源消費進行限制。

為實現(xiàn)市政給排水設計的合理性，需要基于市政道路給排水設計經(jīng)濟、技術、政策等相關方面的支持，對給排水系統(tǒng)現(xiàn)有問題及時進行解決。設計人員在給排水設計中要做好實地調(diào)查工作，詳細掌握有利于給排水設計順利開展的數(shù)據(jù)信息，編制合理的給排水設計方案，結合不同城市未來發(fā)展目標，不斷對給排水設計進行優(yōu)化。為進一步提高市政道路給排水設計的合理性，除了要考慮給排水系統(tǒng)的排污與供水能力外，還應當注重給排水工程建設及運行的節(jié)能環(huán)保性，通過優(yōu)化設計的方式嚴格對施工建設中的資源投入進行控制，做好污染防治工作，合理進行規(guī)劃施工，最大限度發(fā)揮給排水系統(tǒng)的功能，減少給排水系統(tǒng)運行過程中的養(yǎng)護經(jīng)費的超量投入。

在實際設計中，設計人員需要加強對現(xiàn)代化信息技術的應用，比如應用BIM 技術可以在前期設計階段對給排水系統(tǒng)的運行進行可視化模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工階段和運行維護階段存在的問題，提前制定有效解決對策，最大限度發(fā)揮市政道路給排水系統(tǒng)在城市發(fā)展中的作用。

5 結語

綜上所述，在城市總體規(guī)劃中，市政道路給排水設計發(fā)揮著重要作用，有助于滿足城市供水和排污的需求，在城市內(nèi)部屬于重要的基礎設施。倘若市政道路給排水設計缺少合理性，可能會對城市生產(chǎn)、生活造成嚴重影響，不利于城市居民對美好生活的期盼，尤其是在道路排水不通暢的情況下，很容易造成路面積水，嚴重影響車輛行駛的安全性，同時會威脅居民的生命安全。對此，相關部門要進一步提高對市政道路給排水設計的重視程度，認識到提高給排水設計合理性的價值，加大現(xiàn)代信息技術手段在設計中的應用力度，保證給排水設計的合理性，最大限度發(fā)揮給排水系統(tǒng)在城市發(fā)展中的作用。