曹金清

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司）

市政公用工程是一個綜合體，它融合了各個單項的專業(yè)工程，如給水、排水、城市防洪、城市道路、城市橋梁、城市隧道、燃氣、熱力、城市軌道交通等，它們相互影響，相互依存，組成一個整體的城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。作為城市基本載體的市政工程，其本身就是一個整體。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，它應(yīng)當(dāng)是統(tǒng)一的，特別是各專業(yè)工程應(yīng)當(dāng)是相互銜接、密不可分的。但由于市政工程的特殊性，許多單項工程無論是前期設(shè)計，還是后期的施工和管理都相對獨立，以致對各階段的工作產(chǎn)生了不利影響。例如，在許多城市各專業(yè)設(shè)計都分屬不同的設(shè)計院來完成，即使有的工程由一個設(shè)計院負責(zé)，但不同專業(yè)的設(shè)計任務(wù)也分配給了不同的設(shè)計人員。因此，出現(xiàn)了不同專業(yè)的設(shè)計人員缺乏必要的相互交流，設(shè)計中專業(yè)技術(shù)指標各有側(cè)重，先行完成的設(shè)計未給后續(xù)其他專業(yè)留下充分的設(shè)計空間等現(xiàn)象，甚至造成設(shè)計銜接的困難。盡管從各自的專業(yè)審查角度出發(fā)，均能滿足各自的規(guī)范要求，但從總體實施效果來看，往往由于先行設(shè)計的考慮不周給后續(xù)設(shè)計增加了難度，并最終導(dǎo)致施工困難和工程造價的增加。

1 排水工程設(shè)計與道路工程的聯(lián)系

道路工程與排水工程雖然分屬于不同的專業(yè)門類，但在實際工程中卻是密不可分的。cJJ37一90<《城市道路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定："道路的平面、縱斷面、橫斷面應(yīng)相互協(xié)調(diào)。道路標高應(yīng)與地面排水、地下管線、兩側(cè)建筑物等配合"。由此可見，道路工程與排水工程在規(guī)劃設(shè)計上存在著緊密聯(lián)系。限于專業(yè)的不同，它們又有各自的側(cè)重點。道路專業(yè)側(cè)重于滿足行車、行人的需要；排水工程則側(cè)重于滿足水量排放的需要。但有些設(shè)計師往往以道路設(shè)計為重，降低了排水設(shè)計的地位，認為排水是二次道路設(shè)計，即根據(jù)確定的道路路面標高，減去管道相應(yīng)的埋深，連接經(jīng)計算的管道底標高而成的設(shè)計。這種做法不僅將排水的專業(yè)設(shè)計簡單化，而且忽略了排水專業(yè)特有的、也是最關(guān)鍵的水力計算。

實際工程設(shè)計中，一般的設(shè)計順序是"道路在先，排水在后"，道路工程確定平面圖、縱斷圖和橫斷圖，排水工程則依據(jù)批準的道路施工圖紙進行排水管線的平面和縱斷設(shè)計。在大多數(shù)規(guī)劃較為完善的城市，道路平面結(jié)合放地邊界的坐標，排水平面結(jié)合批準的管網(wǎng)綜合圖，基本上不會有太大的變動，設(shè)計的重點是在縱斷設(shè)計上。

2 排水工程的縱斷設(shè)計

道路工程縱斷設(shè)計有許多原則，因地理位置的不同，各地區(qū)設(shè)計參數(shù)的取舍存在很大的差異。某地區(qū)因地面標高起伏比較大，為了充分結(jié)合自然地形，城市道路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式采用自由式。道路縱坡的取值范圍為：考慮到路面排水的需要，最小縱坡取值一般≮0.3% ；考慮到汽車的爬坡能力及一定的行車速度要求，干道最大縱坡一般控制在6%左右，低等級道路及困難地段可酌情增大。作為重力自流管(泵送雨、污水除外），排水工程管道流水底縱坡一般根據(jù)道路的設(shè)計坡度取相近值。除非遇到管道埋深不同、管道交叉、管道水力計算的要求等特殊情況，才進行必要的調(diào)整。為滿足一定的水力條件，管道最小縱坡取值一般≮0.3%,最大縱坡則根據(jù)不同的水質(zhì)雨水或污水）、不同的管徑及設(shè)計充滿度、不同的管材等技術(shù)參數(shù)，由最大流速控制。根據(jù)GBJ14一87《室外排水設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，排水管道的最大設(shè)計流速為：金屬管道10m／s；非金屬管道5m／s。

在工程實施階段，排水工程的水力計算，根據(jù)排放的水量、水質(zhì)(雨水或污水）等指標，確定合理的水流有效斷面面積A及流速u0，其中水流有效斷面面積A決定了排水管道管徑的大小,同時也決定了工程造價。而根據(jù)υ=1/n·R2/3·I1/2,在n、R 一定的條件下,流速取決于管道的坡度I0根據(jù)管渠流量公式：Q=Aυ0，當(dāng)其中的1個變量為常數(shù)時，流量Q將隨著另1個變量的增加而增加。

假設(shè)某工程的管材及管徑均為定值，由Q-Aυ=A·1/n·R2/3·I1/2，其中A，n，R均為常數(shù)，記3項的乘積為c，則Q=c·I1/2，令c=1，可得管道流量與坡度的關(guān)系式為Q=I1/2。其遞增關(guān)系如圖1所示。

圖1 管道流量Q 與管道坡度I的遞增關(guān)系

由圖l可知，在管材、管徑確定的前提下，管道流量Q與管道坡度I存在遞增關(guān)系。當(dāng)管道坡度I增大到一定程度時，管道流量Q增加，可以達到排放要求?？梢姡诓怀^最大流速及工程環(huán)境等要求的前提下，通過提高道路設(shè)計坡度使管道坡度提高，從而可減小水流有效斷面面積A（即減小管徑）,達到降低工程造價的目的。

3 工程實例

某雨水排放工程，總匯水面積為6.27hm2，管道總長度約580m。選取該工程管道長度為152m,位于該排水區(qū)域下游。末端井雨-5已經(jīng)確定，上游管道假定不同的道路縱斷設(shè)計坡度，分別記為方案A和方案B，計算結(jié)果見表1和表2。

計算結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)卦龃蟮缆房v斷坡度,可以提高排水流速,從而減小管徑,最終節(jié)省工程造價(方案B比方案A節(jié)省造價約28%)。

4 設(shè)計體會

4.1 各專業(yè)設(shè)計應(yīng)從市政工程的整體出發(fā),作為同一條道路下的各種附屬物,在規(guī)劃前期應(yīng)當(dāng)根據(jù)各自的特點做好銜接,統(tǒng)籌兼顧,而不應(yīng)各自為政,以致形成相互干擾的局面。這也需要各專業(yè)設(shè)計人員盡量了解其他相關(guān)專業(yè)的知識,設(shè)計時做到有的放矢,綜合考慮。

4.2 為提高重力流管道的排放能力,道路縱坡取值不宜過小,否則會使排水管道坡度取值較小,而為了滿足設(shè)計流量的要求,不得不增大管道的管徑,從而增加了工程造價。

4.3 道路縱坡取值也不宜過大,否則將使排水管道坡度取值較大,雖然滿足了流量的要求,但由于受最大流速的限制,管道坡度的取值必須限定在一定的范圍內(nèi),對困難地段需設(shè)置跌水等調(diào)節(jié)措施,從而增大了后期養(yǎng)護管理工作的難度。

[1]蘭成全.市政給排水設(shè)計與規(guī)劃的相關(guān)問題探討.中國科技信息,2010年18期.

表1 方案A管道計算表

表2 方案B管道計算表