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1、 浅谈市政工程管道施工 本文主要讨论针对某一片区的市政给水及再生水管道在规划和后续设计中需考虑的几个方面与设计步骤,这些也是笔者的一点工作心得一 给水水源系统概述1.1水资源的价值观 随着水资源危机在全球的蔓延，水资源在少水地区的绝对短缺和丰水地区的相对水质性短缺，迫使人们对水资源价值重新认识。水资源价值量核算是自然资源核算的重要部分。经济学中的地租理论构成水资源价值的理论基础，即表明水资源必须有偿使用。在这观念领域是一次革命，在一定程度上可以遏制水资源浪费的势头，为水资源持续开发与利用，水资源的科学管理提供了依据。1.2水资源的时空性水资源价值受自然，社会和经济等多方面因素的影响，而这些因素
2、随时间和空间的不同而有所差异。空间变化为区际性横向差异，是地域分布规律在各影响因素中的具体表现，时间变化表现在随着时间的推移，影响因素发生变化而引起的纵向差异。就时间变化而言，在间隔不长的情况下，各因素的变化是相对的，水资源价值也相对稳定，这是水资源价值核算基准年选择的出发点。时间和空间变化构成了水资源价值的时空特点。二给水工程2.1水量预测我们首先应预测这个地区的总用水量,确定后减去再生水的用水量即为给水的用水量。我们可以通过以下5种方法进行预测:1)城市单位人口综合用水量指标法;2)城市单位建设用地综合用水量指标法;3)人均综合生活用水量指标法;4)不同性质用地用水量指标法;5)现有水量增
3、长预测法。综合以上各种方法的预测值,分析各自的异同,去掉偏差大的数值,可确定出本地区的规划总用水量。总用水量减再生水用水量后,即可得到给水的用水量。但在确定总用水量时我们必须综合考虑以下几个因素:1)在总体规划中对本地区的重要性及功能定位;2)外部水源供水保障情况;3)现状用水情况及当地用水习惯。这些因素都会对水量预测时指标值的选取产生决定性的影响。2.2给水系统的设计1)给水系统分区:当供水范围很大时,有时会存在供水距离很长或供水分区内存在局部高点的情况,若仍采用统一的供水系统则会出现管网末端或局部高点上的水压过小,甚至供水不能到达局部高点的问题。这时最好的方法就是进行压力分区,将高程相差不
4、大的地点及位置相对集中的区域划分到一个供水分区,给水通过低区供到高区的加压泵站的进水池,由加压泵站二次加压向高区供水,个别高点满足不了最小服务水头时由其地块内部的单体设计时解决。高区和低区在末端可通过常闭的阀门进行分隔,这样可增加特殊时期的供水保障。2)给水管网布置:给水工程进行管网布置时应先分析给水厂和用户的位置关系,先进行干管的布置,再进行支管的布置。干管布置时应遵循主干路优先,靠近大用户的原则,若建设单位有市政道路的近期实施计划时,干管也应尽量布置在这些路上。3)管网平差:常用的方法有哈代克罗斯(Hardy-cross)法、牛顿菜福逊(Newton-Raphson)法、线性理论法(Lin
5、ear-Theory)。目前大多采用软件辅助进行管网平差,极大地提高了运算速度和准确性。无论采用何种方法,我们都需要先对给水管网的管径进行预估,再输入节点流量、节点高程及管道长度等参数,分别进行高日高时计算、消防校核、事故校核。若建设单位有市政道路的近期实施计划时,还应对近期实施的给水管网进行平差校核。4)给水管道的设计:a.给水管位的布置原则。管道的位置既要考虑将来检修和维护的方便,又要考虑各种管线的施工顺序(一般都是靠近机动车道的管道先施工),还要考虑到消火栓和排泥阀井的布置要求,所以目前在全国大多数地区将给水管道布置在人行道距侧石较近的位置或隔离带内。这样能巧妙地满足建筑设计防火规范中“
6、消火栓距路边不应大于2.0 m”的要求,同时排泥湿井中的水可就近流入雨水口。b.管道埋深的设计。管道的埋深设计时应考虑到管道的结构安全、防冻的要求、与其他管道交叉时的避让及造价因素。简单地说就是不能太深,同时要保证结构安全和在本地区常年冻土层以下。若是在丘陵地区或山区由于道路纵坡较大,某个路口可能前后高差近2 m,这时在设计文件中应对最小覆土做出要求,以防因设计时疏漏了路口纵坡,而使给水管道埋深过浅。c.节点的布置原则。水管道的节点相对于排水管道少,大致有阀门井、消火栓、放气阀井、排泥阀井和预留支管等。阀门的布置以能控制给水,尽量少为原则,因为多一个节点就会多一个漏水的可能性。根据室外给水设计
7、规范“配水管网上两个阀门之间独立管段内消火栓的数量不宜超过5个”,确定市政道路上阀门间的最大间距。消火栓的布置应满足建筑设计防火规范中的相关要求,当给水管位距侧石距离大于2 m时,还应设计支管安装的消火栓,将消火栓引向路边,若采用地下式消火栓时还应考虑消火栓井对其他地下管线的影响。放气阀井布置在管道的最高点或者输水管道的每隔一定的距离处,这就需要在进行管道纵断面设计时避免出现大的起伏,尽量保持同一个坡度,使放气阀井的个数合理。排泥阀井布置在管道的最低处,方便检修时能放空管道或冲洗管道后及时将“脏水”排出。5)管材的选择:目前市场上市政用给水管材很多。在管材选择时应充分考虑当地的习惯做法、当地管
8、道安装部门的施工经验及能力、水力条件、工期要求及造价因素。6)基础和回填要求:根据所选用的管道及接口情况,确定管道基础形式及回填要求,要遵守所选用管材的规程或国标,还有给水排水管道工程施工及验收规范中的相关要求。三再生水工程3.1水量预测再生水的水量主要是由其用途决定的,再生水主要用于大用户的生产用水(比如热电厂循环水的补水)、冲厕用水、浇洒道路及绿地、补充河道用水。这些用水在进行总用水量预测时已经分别进行了预测,只需结合最后确定的总用水量,将这些分项进行提取加和并对结果修正即为再生水用水量。这里还特别强调的是要比较给水量、污水量及再生水量的关系,使它们逻辑关系成立,并适当提高总用水量中再生水
9、所占的比例。3.2再生水系统的设计再生水系统与给水系统有很多相似之处,下面仅对不同的地方进行说明:1)平差计算时所选用的最不利点的服务水头可能不同,若规划中不用于冲厕则一般自由水头取10 m即可,而不是像给水系统要保证28 m。2)管网布置时不是像给水管道那样环状管网很多,而是采用枝状和环状管网相结合的方式。3)管位布置无特别需要考虑的地方,而且因为再生水系统经常在污水厂运行稳定后水量达到一定程度时才开始使用,故其施工次序可能滞后于其他管道。通常可布置在靠近道路红线的位置。四其他需要考虑的问题1)因为给水管道及再生水管道几乎处于同一埋深,故一种管道的预留支管会与另一种管道的干管交叉,这时需遵循
10、支管让干管的原则。通常情况下给水管道的管径要比再生水管径大,而且再生水管道经常在给水管道建成后才施工,故也经常会出现再生水管道绕给水预留支管的情况。2)尽管远期绿化用水由再生水提供,但城市建设初期没有再生水时会先采用给水供给,所以在进行绿化设计时应预留水源切换的接口,方便远期切改。4.1管径市政给水管道管径选择一般根据管网平差计算结果和用水情况来确定。在实际中,现状管网是依据若干年的规划和建设积累而成的,可能会遇到局部管网规模与城市发展速度相比相对滞后的问题。这就涉及到长远利益与当前利益的取舍问题。是加大投资力度改善供水能力,还是缝缝补补又三年,过几年再说。随着各地城市发展速度加快,最好能结合
11、城市改造的步伐,逐步调整输、配水管网的不利点、不利管段。这就又对供水管网监测提出要求,在技术条件允许的情况下,要对全区管网进行动态监测,甚至可以进行数字建模、电子模拟,对本地的管网善做到了然于胸,以便为合理调整、优化管段提供依据。这也是供水企业科技转化为生产力的一个方向。居住小区内室外给水管道管径选择,一般依据建筑给水排水设计规范、居住小区给水排水设计规范等规范中居民用水定额、用水量等相关内容来确定。要注意区分最大小时流量与设计秒流量的应用范围居住小区给水排水设计规范中的3.5.2条,根据居住人数和生活给水干管、支管,对此作出了界定。无论是市政给水管道还是居住小区室外给水管都涉及到流量与管径的
12、对应问题,一般都依据流量流量、流速按中的水力计算表及地方经验来确定。不过特别是居住小区的给水管道一般管径较小,单靠水力计算表不容易确定管径。可以参考(中国建筑工业出版社2000.12)中提出的一个界限流量表,并结合地方经验来确定。4.2平面布置相关规范中提出配水管线尽量布置在道路外侧。实际工作中,城市规划部门出于对所有地下管线的综合考虑,有可能安排在机动车道或慢车道下。随着城市道路等级的逐渐提高,以及地下管线的复杂程度的提高,应考虑适当多增加一些甩口,以满足城市美化和生产生活的需要。同时供水主干管上也不宜开口过多,可考虑结合地下旁通式消防甩口。一般在城市规划和城市配水管网铁初步设计中,较少考虑
13、辅设复线,实际上在交通密集路段、道路横断面较宽路段(规范规定大于50米)以及市区输水干线管径较大的路段,都应考虑铺设复线。另外,城市地下管线布置综合管廊,距离一般城市还较遥远,如果给水管线布置在车道下面,最好尽量减少在车道上做井。除必不可少的干线闸、排气等井外,像分线闸、地下旁通式消防等井尽量甩到便道上。国外的道路一般比较整洁,在这方面值得我们学习。4.3埋深城市管线综合规划一般都是本着有压让无压的原则。规划部门在管线交叉时,喜欢将给水管线深埋;而水司在满足冰冻和荷载的情况下,出于维护和造价的考虑,喜欢浅埋。在实际工作中,市政地下管线越来越复杂,给水管线在不断穿越其他管线后,可能会造成给水管道
14、频繁的上下起伏。不仅会增加很多的排气、增大水头损失,还可能增加隐患点。所以在管线穿越障碍时,尽量从全段角度综合考虑,局部上返还是下返,少陡峭变化,多平缓过渡;少一些曲折,多一些顺直。另外,在闸门、排气等处的埋深还要考虑井室的形状和大小,一般井室对埋深有最小要求,所以在涉及到井室处的管段的埋深要考虑井室的影响。4.4附属构筑物国家标准图集对闸井尺寸的考虑过去主要出于闸阀的尺寸较大在,而现在在体积较小的蝶阀和新型闸阀被日益广泛采用的情况下,几十年一贯制的国家标准图集就显得有些跟不上形势。国家标准图集对支墩的做法,也主要按照刚性接口来考虑的。而如今在用胶圈柔性接口的球墨铸铁管得到普遍使用的情况下,各
15、地应该因地制宜,制定适合当地情况的支墩和井室图集。五 市政给排水管道工程中的结构设计1现场踏勘给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。2测量和地勘要求要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。2.1勘探点间距和钻孔深
16、度勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下23m。2.2提供勘探成果要求划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。3结构设计内容3.1结构形式管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压
