市政給排水管道布置的設(shè)計原則與技術(shù)分析

單靖涵

（麥斯特人力資源有限公司，廣州 510000）

1 市政給排水管道布置原則和設(shè)計目標(biāo)分析

1.1 給排水管道布置原則

市政給排水管道布置難度大， 其影響因素包括直接因素和間接因素。 其中直接因素有路網(wǎng)整體規(guī)劃、道路等級、道路斷面組成、紅線寬度、降雨條件、管道尺寸、管道材料等；間接因素是指給排水管網(wǎng)與建筑小區(qū)、城市水系、城市綠地等外界環(huán)境的銜接。 為了保障城市安全， 防止城市內(nèi)澇災(zāi)害和水污染，促進(jìn)水資源利用效率，市政給排水管道在布置時應(yīng)遵循以下原則[1]。

1.1.1 與規(guī)劃條件相適應(yīng)

一方面， 市政給排水管道在布置時應(yīng)參考已批準(zhǔn)的城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、海綿城市專項規(guī)劃等文件，從全局出發(fā)，對給排水管道布置方案進(jìn)行全面論證，以處理好近期與遠(yuǎn)期、集中與分散、排放與利用的關(guān)系；另一方面，給排水工程設(shè)計應(yīng)與水資源、城鎮(zhèn)給水、水污染防治、城市防洪、河湖水系等專項規(guī)劃相協(xié)調(diào)。 條件允許時，應(yīng)充分利用自然蓄水或排水設(shè)施。

1.1.2 因地制宜原則

城市所在區(qū)域不同，其地形地貌、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、氣候氣象條件等可能會有較大的差異。 即使在同一個城市， 不同行政區(qū)的給排水管道外部環(huán)境也不完全相同。 因此，在布置給排水管道時，應(yīng)從項目實際情況，合理布置給排水管道，不應(yīng)盲目參考其他項目的設(shè)計方案選擇。

1.1.3 經(jīng)濟(jì)性原則

在布置給排水管道前，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤陾l件和匯水面積，計算管道設(shè)計流量， 優(yōu)化管道尺寸和管道長度， 避免資源浪費。 同時，合理選擇給排水管道材料和排水體制。

1.2 給排水管道設(shè)計目標(biāo)

在連續(xù)降雨條件下，地表徑流量大。 當(dāng)?shù)孛鎻搅鞒雠潘芫W(wǎng)的輸送能力時，城市可能產(chǎn)生內(nèi)澇現(xiàn)象。 同時，城市內(nèi)小汽車、貨車等機動車越來越多，行駛過程中產(chǎn)生的灰塵、尾氣等污染物會隨排水管道自然水體， 造成城市水源受到嚴(yán)重污染。 因此，結(jié)合大量工程實踐經(jīng)驗，市政給排水管道布置要能實現(xiàn)降低地面雨水峰值流量、提升道路雨水水質(zhì)兩大目標(biāo)[2]。

2 市政排水管道設(shè)計技術(shù)要點分析

2.1 排水體制選擇

市政排水工程包括雨水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)兩部分， 兩者之間應(yīng)相互配合、有效銜接，充分發(fā)揮排水系統(tǒng)能力。 市政排水體制分為合流制（完全直排式合流排水和截流式合流排水）和分流制排水（完全分流排水和截流式分流排水）。 當(dāng)前，市政排水中常用的排水體制完全分流排水， 即將雨水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)完全分離，雨水系統(tǒng)不經(jīng)處理排入河道，污水系統(tǒng)內(nèi)的污水先匯入污水廠處理，排放標(biāo)準(zhǔn)滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求后，再排入河道。 需注意，同一城鎮(zhèn)的不同街道是可選擇不同排水體制的。

2.2 排水流量設(shè)計

設(shè)計流量是指導(dǎo)市政排水管道設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，計算結(jié)果會對排水系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性起到?jīng)Q定性作用。

2.2.1 雨水流量計算

由GB 50014—2021《室外排水設(shè)計規(guī)范》可知，市政排水管渠的設(shè)計流量Q可按“推理公式法”計算，見式（1）[3]：

式中，Q為雨水設(shè)計流量，L/s；Ψ 為徑流系數(shù)，取值見表1；F為匯水面積，ha；q為設(shè)計暴雨強度，L/（s·ha），在某一時間段內(nèi)單位面積上的降雨量，與降雨歷時、降雨重現(xiàn)期等因素有關(guān)，各個地區(qū)的設(shè)計暴雨強度不同。

表1 城市路表徑流系數(shù)

如果采用式（1）來校核城市內(nèi)澇，應(yīng)提高表1 中的徑流系數(shù)。 設(shè)計重現(xiàn)期為20～30 a、30～50 a、50～100 a 時，徑流系數(shù)分別提高10%～15%、20%～25%、30%～50%。 如果提高后的徑流系數(shù)＞1，直接取1。 此外，在匯水面積超出2 km2的條件下，還要考慮地面滲透性能和區(qū)域降雨的時空分布不均勻性。

2.2.2 污水流量計算

城市污水系統(tǒng)應(yīng)先計算旱季設(shè)計流量， 并利用雨季設(shè)計流量進(jìn)行校核。 城市分流制污水系統(tǒng)旱季設(shè)計流量可按式（2）計算：

式中，Qdr為污水系統(tǒng)旱季設(shè)計流量，L/s；K、K′分別為綜合生活污水量變化系數(shù)和工業(yè)廢水量變化系數(shù)，無量綱；Qd、Qm、Qu分別為設(shè)計綜合污水量、設(shè)計工業(yè)廢水量、入滲地下水量，L/s，其中入滲地下水量只在地下水位較高的區(qū)域考慮。

2.3 管材材料選擇

市政給排水常用的管道材料有混凝土管道和塑料管道兩大類。

2.3.1 性能對比

混凝土管道和塑料管道的性能對比如表2 所示[4]。

表2 塑料管與剛性管技術(shù)性能比較

2.3.2 施工和經(jīng)濟(jì)對比

剛性管基礎(chǔ)一般是混凝土條形基礎(chǔ)，塑料管基礎(chǔ)為砂墊層。 在管道埋深相同的條件下，混凝土條形基礎(chǔ)的造價遠(yuǎn)大于砂墊層。 因此，即使塑料管單價比混凝土管貴，考慮到基礎(chǔ)造價，塑料管仍具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。 此外，混凝土管施工工藝復(fù)雜，需要機械設(shè)備較多，且施工工期長；塑料管施工方便，人工搬運即可，且施工周期短。

2.4 管道豎向布置方式

2.4.1 管道埋深

由GB 50014—2021《室外排水設(shè)計規(guī)范》，給排水管道的最小覆土深度確定時應(yīng)綜合考慮管道材料強度、 外部荷載大小、土壤力學(xué)性質(zhì)等因素及當(dāng)?shù)芈窆芙?jīng)驗[5]。一般情況下，人行道下埋置的給排水管道埋深≥60 cm，車行道下埋置的給排水管道埋深≥70 cm。 如果埋管條件受限，使得給排水管道頂部覆土深度超過小于規(guī)范規(guī)定值， 應(yīng)對給排水管道采取加強措施。同時，管道埋深不宜過大，以免開挖斷面面積過大。以某地區(qū)直徑600 mm 的排水管道為例，計算了不同埋深下其工程造價，并用線性函數(shù)擬合了管道埋深和管道造價的關(guān)系，用于預(yù)測不同埋深下排水管道造價，擬合結(jié)果見圖1。

圖1 埋深對排水管道造價的影響

由圖1 可知：當(dāng)管道埋深從2.5 m 增加7 m，管道造價分別增加了95 元、110 元、150 元、80 元、80 元、80 元、80 元、35 元，這說明排水管道造價隨埋深的增大而增加，且兩者之間基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。

2.4.2 管道豎向交叉

根據(jù)給排水管道所在區(qū)域道路坡度的不同， 排水管之間的豎向交叉方式分為等流速設(shè)計、等坡度設(shè)計、等坡度＋分散式跌水設(shè)計3 類，分別適用于道路縱坡較小、縱坡適中、縱坡很大路段。 同時，根據(jù)給排水管道直徑和埋置深度的不同，將其對接方式劃分成管頂平接、管中接、管底平接、跌水接4 種，對接方案見圖2。

圖2 市政給排水管道豎向?qū)?/p>

排水管與其他城市既有管道的交叉方式有上跨式和下穿式兩種。 上跨式是指給排水管道從既有管道上方跨越，該交叉方式施工簡單，但需有較大的預(yù)留高程，管道和雨水連接管埋深淺，檢查井最小高度可能不滿足規(guī)范要求；同理，下穿式是指給排水管道從既有管道下方穿過， 管道埋深和檢查井高度易滿足要求，但施工難度大，管道開挖較深，導(dǎo)致土石方工程量大，工程造價高。

2.5 管道平面布置方式

2.5.1 魚刺式布置

排水管道的魚刺式布置適用于地勢平坦，兩側(cè)匯水寬度相當(dāng)?shù)穆范危涞叵鹿芫€交叉的可能性大。 一般情況下，雨水管布置在路中，污水管布置在一側(cè)，雨水連接管及預(yù)留管需橫穿道路，這種布置方式可能會減小道路結(jié)構(gòu)強度，且不利于施工。

2.5.2 木梳式布置

木梳式布置屬于單側(cè)布管（雨水管布置在路中，污水管布置在路側(cè)），地下管線交叉少，布管方面，適用于道路橫向自然坡度大，且兩側(cè)匯水寬度相差大的路段，比如山區(qū)單幅路中。

2.5.3 篦子式布置

篦子式排水管道多用于平原地形的多幅路， 道路兩側(cè)均布置雨水管道和污水管道，不會對道路質(zhì)量產(chǎn)生影響，施工較方便。

3 結(jié)語

本文研究了市政給排水管道的布置原則、排水體制、管道材料、布置方式等，得到了以下幾個方面的結(jié)論：（1）市政給排水管道影響因素多，在布置時應(yīng)堅持與規(guī)劃條件相適應(yīng)、因地制宜、經(jīng)濟(jì)性等原則；（2）市政排水工程中的雨水系統(tǒng)和污水系統(tǒng)應(yīng)相互配合、有效銜接，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用分流制排水；（3）給排水管道在布置前，要計算設(shè)計流量，并選擇合理的管道材料；（4）市政給排水管道豎向布置主要是控制管道埋置深度和交叉方式，橫向布置方式有魚刺式、木梳式、篦子式等。