室外給排水管道工程設計分析

室外給排水管道工程設計分析室外給排水管道工程設計在各地都是必不可少的。從大范圍來講，室外給排水管道工程設計首先要依據(jù)室外給排水設計規(guī)范、小區(qū)給排水規(guī)范、施工規(guī)范、消防規(guī)范、給水排水設計手冊等相關規(guī)范和手冊；然后要結合地區(qū)地理、氣候特點及各地水司的運行規(guī)程等實際情況，從技術可行性、經(jīng)濟合理性出發(fā)綜合考慮、設計。這里結合本人幾年工作實踐談談室外給排水管道工程設計中需要著重考慮的幾點問題。一、給水管道工程設計1、管徑確定管徑確定時應考慮遠近期結合，同時照顧經(jīng)濟性和可靠性。管徑確定涉及設計供水量及經(jīng)濟流速的確定。設計供水量根據(jù)下列各種用水確定（1）綜合生活用水包括居民生活用水和公共建筑用水。根據(jù)居民生活用水定額或綜合生活用水定額及最高日時變化系數(shù)綜合分析確定。（2）工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水和工作人員生活用水生產(chǎn)用水量根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定；工作人員生活用水量（含淋浴用水量）根據(jù)車間性質確定。（3）消防用水消防用水量、水壓及延續(xù)時間等根據(jù)現(xiàn)行有關規(guī)定確定。（4）澆灑道路和綠地用水根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。（5）未預見水量及管網(wǎng)漏失水量按最高日用水量的百分比計。管段的直徑按下式計算式中D管段直徑（M）Q管段流量（M3/S）V流速（M/S）應綜合考慮管網(wǎng)造價與經(jīng)營費用，確定經(jīng)濟流速，從而確定經(jīng)濟管徑，使管網(wǎng)造價與經(jīng)營費用之和為最小。設計時常采用平均經(jīng)濟流速來確定管徑，當D100400MM時，平均經(jīng)濟流速取0609M/S；當D400MM時，平均經(jīng)濟流速取0914M/S，大管取大值，小管取小值。2、管材選用設計時應結合各種管材的特性做到管材選用經(jīng)濟、合理。埋地管道長年累月承受輸送液體內(nèi)壓、泥土及地面荷載的外壓、高溫變化引起的拉伸應力以及地基的不均勻沉降等產(chǎn)生的綜合應力，還要承受水錘沖擊力，因此管材首先應有足夠強度。同時結合建設要求做到經(jīng)濟合理。室外給水管道常用管材有承插式給水鑄鐵管、球墨鑄鐵管、焊接鋼管、鍍鋅鋼管、預應力（自應力）鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、塑料管、復合管等。（1）承插式給水鑄鐵管具有較高的機械強度及承壓能力，有較強的耐腐蝕性，接口方便，易于施工。其缺點在于不能承受較大的動荷載及質脆。按制造材料分為普通灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管，較為常用的為球墨鑄鐵管。（2）鋼管其優(yōu)點是耐高壓、耐震動、薄而輕及管節(jié)長而接口少；缺點是易銹蝕影響使用壽命、價格較高，故需做嚴格防腐絕緣處理。鋼管一般用于管徑要求大、受水壓力高路段，及穿越鐵路、河谷和地震區(qū)等管段。（3）預應力和自應力鋼筋混凝土管優(yōu)點是抗?jié)B性和耐久性能好，不會腐蝕及腐爛，內(nèi)壁不結垢等，缺點是質地較脆易碰損、鋪設時要求溝底平整，且需做管道基礎及管座，常用于大型輸水系統(tǒng)。（4）玻璃鋼管指玻纖維增強樹脂塑料管，這種管材優(yōu)點在于重量輕，抗腐蝕，安裝容易，缺點是剛度小，管道基礎要求較嚴。大口徑玻璃鋼管在源水引用管道上使用較多，而在供水管網(wǎng)中使用較少。（5）塑料管其優(yōu)點在于具有表面光滑、輸送流體阻力小、耐腐蝕、重量輕、接口方便等，缺點在于質脆、易老化。主要有硬聚氯乙烯管UPVC、聚乙烯管PE等。（6）復合管室外給排水工程中常用的有鍍鋅鋼管襯塑復合管、孔網(wǎng)鋼帶塑料復合管。（A）鍍鋅鋼管襯塑復合管鍍鋅鋼管襯塑有兩種方式，一種是內(nèi)噴襯聚乙烯，另一種是熱鍍鋅鋼管內(nèi)經(jīng)特殊過盈級配合工藝，復合擠壓聚乙烯、聚丙烯管，目前國內(nèi)均有此兩種方式的產(chǎn)品，前種襯涂層不易粘牢，不易襯勻，容易分層；后一種方式效果較好，而管件釆取內(nèi)噴襯聚乙烯。管材組裝也有兩種方式，一種是通常壁厚的熱鍍鋅鋼管及管件，內(nèi)擠壓聚乙烯管或噴襯聚乙烯層后，仍套絲連接，價格較貴；另一種是薄壁熱鍍鋅鋼管及管件，內(nèi)經(jīng)特殊過盈級配合工藝，復合擠壓聚乙烯管或噴襯聚乙烯層，管材不套絲，采用快速接頭工藝，管道裝拆快捷，價格低廉，綜合價格類同鍍鋅鋼管，有良好的適用前景，但管外壁及管端面的防腐問題沒有根本解決。（B）孔網(wǎng)鋼帶塑料復合管是以高密度聚乙烯為基體，以沖孔后的冷軋鋼帶焊接而成的網(wǎng)狀鋼管為增強體，經(jīng)擠出成型連續(xù)復合而成，內(nèi)外壁塑料通過金屬骨架上的孔形成一體。它具有鋼管的機械強度，又具有塑料管的耐腐蝕性，可適用于DN200MM的配水管道及室內(nèi)冷水主立管道上使用。此類管材安裝時，切斷的端面應作嚴格的防銹處理，但在今后管道不停水引接分支管時，孔口切面銹蝕問題就無法處理，這將是此類管材應用中的弱點?，F(xiàn)就以上管材的不同口徑做如下價格比較1大口徑管道表1元/M玻璃鋼管管徑（MM）鋼管三階段管一階段管預應力鋼筒砼管纏繞法離心法12001742795671134028442369140023041030916165039243120160029501395123922005130401418003667192928006480495020004075213932007920601022004919370095047203240053624500114848546260063275000（2）中大口徑管道表2（元/M）玻璃鋼管管徑（MM）鋼管球鐵管自應力管三階段管一階段管預應力鋼筒砼管纏繞法離心法400503320160185431500583448217590600871588320276500897936800116092842038780014061334100014541344590489100019441800（3）中小口徑管道表3（元/M）管徑（MM）鋼管球鐵管自應力管10010867150158100542002151346530031522698（4）部分熱塑性塑料管價目表表4管材元/M；管件元/件類別單一塑料管材復合管材HDPE項目外徑UPVCPE80PE100PEXPPRABS鋁塑復合管PAP孔網(wǎng)鋼帶塑料復合管鍍鋅管襯塑鋁合金襯塑253646591379496125921323260667920113313616113221163140252289748485440612360263661管件11042050573819331352106358319201609101069154628801290200143016652420448020652524351513240831123214442602224856109251446332020028811343282165225206537811014405307629041034331416028801320189826961574等徑彎頭2005360214030765024212525344931759481171493219256813251047215232183634562804031564560248774705105458110280066695813201362491416049601715246549202149等徑三通2007440289541621163229353、設計時需注意的問題1）混凝土支墩設置給水鑄鐵管特別是球墨鑄鐵管在室外給水管道工程中應用較為廣泛。一般在施工較大口徑的室外給水鑄鐵管時，多在如下位置處如管道系統(tǒng)的水平彎頭、三通、管道末端及返彎處需設置混凝土澆注的支墩。支墩的作用主要是消除由于管內(nèi)水的壓力或土壤條件較差，使在上述的部位產(chǎn)生一將管道沿其水流切線方向外推的力，而導致管道接口處松動。一般在管徑大于350MM及在松軟土壤敷設時考慮設置。2）鋼管防腐在管徑要求大、受水壓力高路段，及穿越鐵路、河谷和地震區(qū)等管段較常采用鋼管敷設。鋼管埋地敷設時，管材會受到土壤、地下水的浸蝕，同時還會受到地下雜散電流的影響，使金屬表面產(chǎn)生電化學作用而損壞金屬表層，故必須采取能隔絕對管道腐蝕及減少雜散電流對管道電化作用的防腐絕緣層，以延長管道使用壽命。埋地鋼管一般采用水泥砂漿內(nèi)防腐，外防腐一般采用石油瀝青及環(huán)氧煤瀝青，分普通級、加強級、特加強級三個等級，設計時應根據(jù)具體情況合理選擇。二、排水管道工程設計1、排水體制的選擇排水工程設計應以批準的當?shù)爻擎?zhèn)（地區(qū)）總體規(guī)劃和排水工程總體規(guī)劃為主要依據(jù)。排水體制（分流制或合流制）的選擇，應更根據(jù)城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)規(guī)劃、當?shù)亟涤昵闆r和排放標準、原有排水設施、污水處理和利用情況、地形和水體等條件，綜合考慮確定。新建地區(qū)的排水系統(tǒng)宜采用分流制。2、排水量確定現(xiàn)就分流制體制的排水量確定進行分析。（1）污水設計總流量Q（L/S）QQ1Q2Q3其中1Q1為居住區(qū)生活污水設計流量（L/S）。按下式計算Q1NNKZ/243600N污水定額（L/人D），含居民生活污水定額和綜合生活污水定額，可按當?shù)赜盟~的8090采用。N設計人口數(shù)KZ生活污水量總變化系數(shù)，按室外排水設計規(guī)范有關規(guī)定計取或按實際數(shù)據(jù)采用。2Q2為工業(yè)企業(yè)內(nèi)生活污水量、淋浴污水量（L/S）。應與國家現(xiàn)行的室外給水設計規(guī)范的有關規(guī)定協(xié)調(diào)。3Q3為工業(yè)企業(yè)的工業(yè)廢水量（L/S）。工業(yè)廢水量級及其總變化系數(shù)應根據(jù)工藝特點確定，并與國家現(xiàn)行的工業(yè)用水量有關規(guī)定協(xié)調(diào)。（2）雨水設計流量Q（L/S）按下式計算QFQ其中1F為匯水面積（HA）其劃分應結合地形坡度、匯水面積的大小及雨水管道布置等情況劃定。地形較平坦時，可按就近排入附近雨水管道的原則劃分匯水面積；地形坡度較大時，應按地面雨水徑流的水流方向劃分匯水面積。2為徑流系數(shù)。按室外排水設計規(guī)范有關規(guī)定計取。3Q為設計暴雨強度（L/（SHA）。按下列公式計算Q167A1（1CLGP）/（TB）N式中T降雨歷時（MIN）。TT1MT2，T1為地面集水時間，一般取515MIN；M為折減系數(shù)，暗管取2，明渠取12；T2為管渠內(nèi)雨水流行時間。3、管材選用室外無壓排水管一般很少采用金屬管，只有當排水管道需要承受較高壓力或對滲漏要求嚴格的地方（如污水泵站的進水管和出水管等）才采用金屬管材。較為常見的為混凝土及鋼筋混凝土管，近幾年，雙壁波紋管、HDPE高密度纏繞管等也在室外排水工程中得到較為廣泛的應用。現(xiàn)就鋼筋混凝土管、雙壁波紋管、HDPE管三種管材的技術性能比較情況列表如下管材項目鋼筋混凝土管HDPE管雙壁波紋管備注優(yōu)點1造價低11管道粗糙系數(shù)較小，同等流量下管徑比混凝土管小12級；22管材柔韌性好，單節(jié)長，接口少，且接口為電熔接口，抗地基沉降性能強，抗?jié)B性能好；33無需混凝土基礎，且管材質量輕，施工方便；44耐腐蝕、抗老化性能好，管材強度高，使用壽命長。51管道粗糙系數(shù)較小，同等流量下管徑比混凝土管小12級；62管材柔韌性好，單節(jié)長，接口少，且為橡膠圈接口，抗地基沉降性能強；73無需混凝土基礎，且管材質量輕，施工方便；4耐腐蝕、抗老化性能好，管材強度高，使用壽命長。缺點81管材抗壓、抗?jié)B性能較差；2抗地基沉降性能較差，易滲漏，日后養(yǎng)護維修費用較高；3管材較重，且為混凝土基礎，接頭多，施工較困難。91造價高1造價高2不適用于大口徑排水管。綜合造價42004元/米66884元/米50631元/米管徑D600設計時應根據(jù)建設要求結合各種管材的特性做到管材選用經(jīng)濟、合理。4、設計時需注意的問題（1）鋼筋混凝土管接口選擇用于排水的混凝土管的管口形式常用的有平口管、企口管和承插口管。管口形狀不同，接口的方法也不同。管道接口一般分為柔性接口、剛性接口、半柔性接口三種。橡膠圈接口、瀝青油膏、石棉瀝青卷材接口等均為柔性接口，剛性接口常見的有水泥砂漿、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹帶接口，而石棉水泥接口則為半柔性接口。對于接口要求強度較高、嚴密性閉水性較好的污水管道宜采用柔性或半柔性接口。（2）管線高程控制管線高程控制應從多方面進行綜合考慮為保證管線所服務區(qū)域雨污水能順暢排入，要求管線要有足夠的埋深；而隨著埋深增大，挖槽深度增加，施工難度也隨之增大，特別是在土質較為軟弱地段更為突出，這樣