管网与调节构筑物设计应注意问题(水力计算)

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1、1,管网及调节构筑物设计注意事项,主讲人：刘学功教授,2,管网及调节构筑物设计注意事项,管网设计应注意的问题 调节构筑物设计应注意的问题,3,1 管网设计应注意的问题,管网通常是指配水管道，即由净水厂、配水厂或由水塔、高位水池等调节构筑物，向用户供（配）水的管道。 配水管道按其布置形式可分为树枝状管网、环状管网和混合状管网。配水管道又可分为配水干管和配水支管。由于配水管道分布面广且呈网状，故称管网。 配水管网中水的流量与压力，随用户用水量的变化而变化。,4,1 管网设计应注意的问题,配水管网选线和布置 配水管道管材选择 管网水力计算、管径选择,5,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管网选线和

2、布置应符合以下要求： 管网应合理分布于整个用水区，线路尽量短，并符合村镇有关建设规划。 规模较小的村镇，可布置成树枝状管网；规模较大的村镇，有条件时，宜布置成环状或环、树结合的管网。 管道宜沿现有道路或规划道路路边布置。 在管道凸起点，应设自动进（排）气阀。,6,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管网选线和布置应符合以下要求： 地形高差较大时，应根据供水水压要求和分压供水的需要在适宜的位置设加压泵或减压设施。 应根据村镇具体情况，按规范GBJ16和GBJ39的有关要求设消火栓；消火栓应设在取水方便的醒目处。 集中供水点，应设在取水方便处，寒冷地区应有防冻措施。 测压表，应设在水压最不利用户接

3、管点处。,7,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管道与建（构）筑物和工程管线间距。,其最小水平净距，应符合右表的规定。 当在旧村镇布置配水管道，无法满足上述要求时，在采取有效措施后，其水平间距可适当降低。,8,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管道与工程管线交叉时的最小垂直间距,9,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管道应地埋，管道埋设应符合以下要求： 管顶覆土应根据冰冻情况、外部荷载、管材强度、与其他管道交叉等因素确定。 管道一般应埋设在未经扰动的原状土层上；管道周围200mm范围内应用细土回填；回填土的压实系数应不小于90%。在岩基上埋设管道时，应铺设砂垫层；在承载力达不到设计要求的

4、软地基上埋设管道时，应进行基础处理。 当供水管与污水管交叉时，供水管应布置在上面，且不应接口重叠；若供水管敷设在下面，应采用钢管或设钢套管，套管伸出交叉管的长度每边应不小于3m,套管两端应采用防水材料封闭。,10,1.1 配水管网选线和布置合理,配水管道布置与敷设的其他要求： 村镇生活饮用水管网，严禁与非生活饮用水管网各单位自备供水系统连接。 露天管道应有调节管道伸缩的设施，冰冻地区应采取保温等防冻措施。 穿越河流、沟谷、陡坡等易受洪水或雨水冲刷地段的管道，应采取必要的保护措施。 承插式管道在垂直或水平方向转弯处支墩的设置，应根据管径、转弯角度、设计内水压力和接口摩擦力等因素通过计算确定。,1

5、1,1.2 配水管道管材选择合理,管材的种类及适用范围 硬聚氯乙烯管（PVC-U） 聚乙烯管（PE） 钢管（SP） 球墨铸铁管（DIP） 自应力混凝土管（SPCP） 预应力混凝土管（PCP） 管材的选择,12,1.2.1 硬聚氯乙烯管（PVC-U）,硬聚氯乙烯塑料管常用的口径为DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN63、DN110、DN160、DN200、DN225、DN315、DN400、DN500、DN630共14种规格。公称压力为0.6、0.8、1.0、1.25、1.6MPa5个等级。 PVC-U管材的优点是：化学稳定性好，不受环境因素和管道内输送介质成分的影响，耐腐蚀性

6、能好；水力性能好，管道内壁光滑，阻力系数小，不易积垢；相对于金属管材，密度小，材质轻；施工安装方便，维修容易；是目前国内替代镀锌钢管和灰口铸铁管的主要管材之一。 在永久性给水管道工程中应用PVC-U管材时，必须按照埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程（CECS 17:2000）进行管道结构的设计计算确定采用管材规格等级，严格按其规定施工。,13,1.2.2 聚乙烯管（PE）,目前，国内生产的给水用聚乙烯管口径从DN32至DN500，工作压力0.4、O.6、0.8、1.0、1.25、1.6MPa。PE管有PE63，PE80和PE100三种强度等级，PE63不宜用于埋地给水管道。 PE管的优点除具有

7、与PVC-U管的优点外，该管属柔性管，对小口径管可用盘管供应，运输、敷设方便，连接时采用热熔对接，可将管道连接长达数百米进行弹性敷设。 因此，可利用PE管的这种特性对已敷设的旧管道进行改造，也就是将PE管连续送入旧管道内作为旧管道的内衬。利用这种方法对旧管道进行改造，施工方便，价格低廉，且又不进行路面开挖。,14,1.2.3 钢管（SP）,钢管是目前大口径埋地管道中运用最为广泛的管材。 埋地钢管易受腐蚀，必须对其内、外壁作防腐涂层。一般当钢管的埋地敷设长度大于500mm时，还需作阴极保护。正确选择钢管的内、外壁涂层并采取阴极保护，可使其使用寿命大大延长，一般能达50年左右或更长年限。 在广州等

8、地区，扩胀成型承插式柔性接口钢管能适应地基不均匀沉降、管道的伸缩、抗震性能良好，并减少了钢管的温度应力。该管接口有单胶圈、双胶圈及抗轴力防脱接头等。小口径钢管包括热镀锌钢管、水煤气钢管、管径6150mm，具有强度高，接口方便，承受内压力大，内表面光滑，水力条件好，可穿越各种障碍物等优点，但是易腐蚀，造价较高。,15,1.2.4 球墨铸铁管（DIP）,球墨铸铁管是选用优质生铁，采用水冷金属型模离心浇注技术，并经退火处理，获得稳定均匀的金相组织，能保持较高的延伸率，故亦称可延性铸铁管。 具有较高的抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀、抗氧化、耐高压等优良性能，故被广泛运用于输水、输气及其他

9、液体的输送。 球墨铸铁管均采用柔性接口。 球墨铸铁管外壁采用喷涂沥青或喷锌防腐，内壁衬水泥砂浆防腐。 由于球墨铸铁管性能好，且施工方便，不需要再现场进行焊接及防腐操作，加上产量及口径的增加、管配件的配套供应等，已在国内得到广泛应用。,16,1.2.5 自应力混凝土管（SPCP）,自应力混凝土管采用离心工艺制造，系利用膨胀水泥的化学作用使混凝土在固化阶段产生的膨胀作用来张拉环向和纵向钢丝，使管体混凝土在环向和纵向处于受压状态。 由于自应力混凝土管中钢丝的张拉是靠水泥膨胀产生的，管壁产生的预压应力值的大小与制造模具、水泥性能、管材的干湿度变化因素有关，不能制定标准值，主要根据管材试验压力规定。可在

10、覆土不大于2.0m的埋地给水管道上应用。 该管道由于目前尚未制定相应的结构设计规范，因此不宜用于设计内压大于0.8Mpa、覆土大于2.0m、口径大于DN300的给水管道工程。,17,1.2.6 预应力混凝土管（PCP）,预应力混凝土管有震动挤压（一阶段）工艺制造和管芯缠丝（三阶段）工艺制造两种。设计中应尽量选用管芯缠丝（三阶段）工艺管。 预应力混凝土输水管（震动挤压工艺）（GB569585）中管径规格自DN400DN2000；预应力混凝土输水管（管芯缠丝工艺）（GB569685）中管径的规格自DN400DN3000。两种PCP管的静水压力均为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2Mpa五个等级

11、，管长为5m。 PCP管均为承插式胶圈柔性接头，可敷设在未扰动的土基上，施工方便。PCP管管材价格低廉，自上世纪60年代以来，为较多城镇给水所采用。 PCP管若在软土地基上敷设，需做好管道基础，否则易引起管道不均匀沉降，造成管道严重漏水或停水事故。,18,1.2.7 管材的选择,配水管材应满足卫生、受力、耐久等基本要求，尽可能选用节能、耐腐蚀、价廉和施工简便的管材。 供水管材及其规格，应根据设计内径、设计内水压力、敷设方式、外部荷载、地形、地质、施工和材料供应等条件，通过结构计算和技术经济比较确定。,19,1.2.7 管材的选择,供水管材及其规格，还应符合以下要求： 应符合卫生学要求，不污染水

12、质，应有卫生检验合格证。 地埋管道，应优先考虑选用给水塑料管，通过技术经济比较确定。 明设管道，应选用金属管或混凝土管，不应选用塑料管。 选用PE或PVC给水塑料管时，PE管应符合给水用聚乙烯（PE）管材（GB/T13663）的要求，PVC管应符合给水用硬聚氯乙稀（PVCU）管材（GB/T1002.1）的要求。 采用钢管时，应进行内外防腐处理，内防腐不得采用有毒材料；壁厚应根据计算需要的壁厚另加不小于2mm的腐蚀厚度。 选择管材时，应从节约资源和加强环境保护出发，尽可能选用技术成熟，抗腐蚀性能强、节能、价格低廉（适宜）的非金属管材。,20,1.3 管网水力计算正确、管径合适,配水管网设计流量

13、人均综合用水当量 节点出流量 管段设计流量 管道内径的计算 管道水头损失计算 管网水力计算图的标注 管网水力计算正确合理 树枝状管网水力计算实例,21,1.3.1 配水管网设计流量,配水管网设计，要满足最高日最高时用户的需求，当配水管网中，无网中或对置调节构筑物（水塔或高位水池）时，配水管网设计流量（Q配），为最高日最高时用水量 。,22,1.3.2 人均综合用水当量,配水管网中各管段的设计流量，一般教科书与设计手册中，以单位管长比流量或单位面积比流量计算，与实际情况均有出入。相比之下，村镇供水用户明确，积多年实践，提出了人均综合用水当量计算法，即：,23,1.3.3 节点出流量,绘制管网水力

14、计算图时，在折点、用水点或集中出流点，画小圆圈并编号即为节点。配水管网中，所有节点出流量之和，应等于最高日最高时用水量。 每个节点的出流量，包括综合用水出流量和集中出流量，综合用水出流量，以人均综合用水当量乘以由该节点供水的设计人口数计算；集中出流量为用水大户的最高时用水量。,24,1.3.4 管段设计流量,树枝状管网的管段设计流量，等于该管段下游各管段所有出流量之和。 环状管网的管段设计流量，在满足各节点出流量的前提下，通过管网平差计算确定。,25,1.3.5 管道内径的计算,经济流速可根据选用管材单价，当地敷管单价及动力价格（电费）计算确定。管径大时，经济流速大；管径小时，经济流速小。设置

15、消火栓的管道，其内径不应小于100mm。,26,1.3.6 管道水头损失计算,管道水头损失计算，应包括沿程水头损失和局部水头损失； 配水管网的局部水头损失，可按其沿程水头损失的510计算。 环状管网水力计算时，水头损失闭合差绝对值，小环应小于0.5m，大环应小于1.0m。,27,1.3.7 管网水力计算图的标注,28,1.3.8 管网水力计算正确合理,流入节点的流量，应等于从该节点流出的流量； 上游节点水压线标高，减去该管段水头损失，等于下游节点水压线标高； 每个节点的水压线标高，减去该节点地面标高，等于该处自由水头； 配水管网中，最不利点的自由水头，单层建筑为510m，二层建筑物为1012m

16、，二层以上每增加一层增加3.54.0m。视设计范围内用户实际情况或规划要求而定。 用户水龙头的最大静水头不宜超过40m，否则需要采取减压措施。,29,1.3.9 树枝状管网水力计算实例,实例：某村200户，800人，每户饲养奶牛1头、羊20只，有一座小学，共有学生400人。计算供水规模，进行管网水力计算，确定管径和水泵扬程。 1、供水规模,30,1.3.9 树枝状管网水力计算实例,31,32,33,图 例,34,1.3.9 树枝状管网水力计算实例,8、查表确定管径（D）和水头损失 为便于计算，可以借助不同材质的管道水力计算表，按照设计流量、经济流速，查定管径和水头损失，表中 i仅为1000m管道的沿程水头损失，（1.051.0）即为总水头损失。如所查设计流量介于表中二个流量值之间，可用内插法计算水头损失。 本实例，拟选用UPVC管材，可按“埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程”（CEOS17：2000）中的水力坡降表查定。,35,1.3.9 树枝状管网水力计算实例,