韓佩君

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430019)

隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，水資源正日益變得重要。我國是水資源短缺國家，應加強對水資源的利用與保護。然而相當多城市的供水管網(wǎng)因跑、冒、滴、漏等原因造成的水資源浪費問題一直未能得到有效地解決，城市供水管網(wǎng)漏損率居高不下。早在2003年，建設部、發(fā)展改革委、財政部就以建城〔2003〕188號印發(fā)了《關于加快城市供水管網(wǎng)改造的意見》；2015年，國務院印發(fā)《水污染防治行動計劃》，要求對使用超過50年和材質落后的供水管網(wǎng)進行更新改造，到2017年，全國公共供水管網(wǎng)漏損率控制在12%以內；到2020年，控制在10%以內。該文就城市供水管網(wǎng)改造的相關設計問題進行探討。

1 管 材

市政供水管道管材的選取需考慮下列因素：①安全，管材應無毒、化學性質穩(wěn)定，符合衛(wèi)生條件。②具有良好的強度，能承受外部荷載和內部工作壓力。③耐腐蝕，使用壽命長。④內壁光滑，粗糙系數(shù)小，水力條件好。⑤價格經(jīng)濟，采購、運輸、安裝方便。目前主要的給水管材有鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、預應力鋼筋混凝土管、預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管[1]。

1.1 鋼管

鋼管具有較好的機械強度，可承受的內壓和外荷載大，韌性好，耐沖擊；對復雜地質有較強的適應性，重點水利工程的過河、爬堤、過鐵路、地道等都采用鋼管；單位管長質量比球墨鑄鐵管、砼管輕，運輸及安裝施工方便。不過鋼管耐腐蝕性差，需采用特殊防腐措施，防腐造價高；焊接連接，施工相對麻煩。

1.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管可承受的內壓和外荷載大，耐腐蝕性強，內壁光滑(一般內襯防腐層為水泥砂漿)，采用柔性接口，嚴密性強，漏耗水量少。近10多年來，在城市的重點水務工程中得到推廣，也廣泛地應用到大、中型城市管網(wǎng)改造和新建管道工程中。球墨鑄鐵管重量略輕于砼管，施工運輸和損耗比砼管少，而比鋼管、玻璃鋼夾砂管及塑料管重，造價相對較高。

1.3 PE管(polyethylene pipe)

化學結構穩(wěn)定，長期使用不變質；不受土壤性質侵蝕，耐腐蝕性好，防二次污染；內、外壁光滑，不結垢，摩阻系數(shù)小，輸水能力有一定彈性；質量輕，施工運輸方便；管道接口采用熱熔連接或法蘭、螺紋絲扣等方式連接，嚴密性能好。輸水水溫要求控制在150 ℃以內，存在老化變脆現(xiàn)象，復雜地基的適應性較差，造價與玻璃鋼夾砂管相近。

1.4 預應力鋼筋混凝土管

預應力鋼筋混凝土管制作方便，造價低，抗震性能、內壓承受性能及水力條件好，一般不需防腐處理，是一種較經(jīng)濟的管材。預應力鋼筋混凝土管在我國應用較廣泛，一度成為長距離輸水工程的主要管材，其缺點是管節(jié)短，接口多，抗?jié)B性能差；重量大，施工、運輸不方便；破損率高。

1.5 預應力鋼筒混凝土管

具有很強的抗?jié)B抗內壓性能，止水效果好，對于長距離、高揚程的輸水工程具有較好的保障率，其重量相對于預應力鋼筋混凝土管略輕。

1.6 玻璃鋼夾砂管

全稱玻璃纖維增強熱固性樹脂和加砂管，一種新型柔性非金屬復合材料管道。耐腐蝕性強，重量輕，粗糙系數(shù)小，水力性能好。對管槽回填材料及密實度要求高，施工質量要求高。

大口徑、遠距離、高揚程原水輸水管道較多選擇鋼管或預應力鋼筒混凝土管；穿越河流、堤岸、涵洞等障礙物或地質地形復雜的情況一般選用鋼管；市區(qū)配水管道中，球墨鑄鐵管以其良好的承壓、防腐和密封性能，得到越來越廣泛的應用，有的地區(qū)規(guī)定DN≥300 mm，采用球墨鑄鐵管；DN≤200 mm，采用PE管。佛山市自2004年起城區(qū)DN=200 mm以下供水管道改造全面推廣HDPE管道。湛江市城區(qū)幾個供水管道改造工程(DN≥400 mm)都采用T型承插接口離心球墨鑄鐵管，施工方便。

2 管頂覆土及管溝回填

2.1 管頂覆土厚度

關于城市供水管道管頂覆土厚度的確定，《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015—2003)3.5.3指出：室外給水管道的覆土深度，應根據(jù)土壤冰凍深度、車輛荷載、管道材質及管道交叉等因素確定。管頂最小覆土深度不得小于土壤冰凍線以下0.15 m，行車道下的管線覆土深度不宜小于0.7 m[2]?！妒彝饨o水設計規(guī)范》(GB50013—2006)及《給水排水設計手冊》(第三冊)除上述原則外，還提到了大型管道應根據(jù)地下水水位進行放空時的抗浮計算；冰凍地區(qū)考慮土壤冰凍深度應進行熱力計算，當無實際資料時，參照表1[3,4]：

表1 管底在冰凍線以下的距離 /mm

一般來說金屬管道的覆土深度不宜小于0.7 m，當管道強度足夠或采取相應措施(如混凝土包封)，也可小于0.7 m；為保證非金屬管道不因動荷載沖擊而降低強度，應適當加大覆土厚度，如《埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程》要求輕型車行道下埋地聚乙烯管道管頂最小覆土深度不宜小于1.0 m[5]。與其他管線交叉情況也是決定供水管道覆土深度的重要因素，特別是針對城區(qū)供水管道改造工程。根據(jù)《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》(GB50289—2016)，給水管道距離電信電力直埋管凈距>0.5 m(保護管分別為0.15 m及0.25 m)，距離雨污水管凈距>0.4 m，熱力燃氣給水管凈距>0.15 m[6]。一般而言通信電力管覆土0.7～0.8 m，雨污水主管一般較深，城市非機動車道下供水管道管頂覆土保持在1.2～1.5 m左右能減少與其他管線沖突，較好地滿足規(guī)范要求。

2.2 管溝回填材料及壓實度

以柔性管道(球墨鑄鐵管、鋼管、PE管等)為例，根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》要求，管道基礎(包括管底基礎及管道有效支撐角范圍)需回填中粗砂；管道兩側及管頂以上500 mm可回填中粗砂、碎石屑或最大粒徑小于40 mm的砂?；蚍弦蟮脑粒茼斠陨?00 mm外回填原土[7]。

管底壓實度≥0.90；管道有效支撐角范圍及管道兩側壓實度≥0.95；管頂以上500 mm范圍內，管道正上方壓實度在85±2%，管道上方兩側壓實度≥0.90；管頂以上500 mm外回填原土的壓實度≥0.90。

管道腋角范圍內必須回填中粗砂，管道兩側及以上可在中粗砂、石屑和符合要求的原狀土之間選擇，可根據(jù)當?shù)夭牧系膬r格進行經(jīng)濟選擇。上述中粗砂為河砂，不能一味為了降低造價采用海砂或水洗海砂，否則容易造成管道腐蝕。

管頂以上500 mm范圍內，管道正上方壓實度在85±2%，管道上方兩側壓實度≥0.90，是貫徹“中松側實法”的體現(xiàn)。即當管道上方兩側壓實度比管頂以上高且土壤發(fā)生沉降變形時，管道上方兩側的沉降小于管頂以上部位的沉降，從而在管道上方出現(xiàn)兩塊滑動破裂面，其上分布著豎直向上的摩擦力，可以減小對管道豎向向下的荷載，對管道起到保護作用。當管道位于道路下時，上述壓實度不能滿足道路路基的要求，可根據(jù)設計經(jīng)驗保證管頂以上250 mm內壓實度85±2%，其余部分回填土按照道路路基要求的壓實度進行壓實[8]。

3 管道附屬設施

1)檢修閥

為便于供水管道的事故檢修，供水管道上需設置檢修閥。具體間距則需根據(jù)檢修道路情況、事故排水情況綜合考慮。長距離輸水管道可按照5～10 km設置一個檢修閥門；城區(qū)供水管道可按0.6～1.0 km設置一個，間距不宜太大，《室外給水設計規(guī)范》要求配水管網(wǎng)上獨立管道的閥門間距不宜超過5個消火栓布置長度[3]。

2)排泥閥

輸水管道、配水管道低洼處及兩個閥門間管道低處可設置排泥閥，用于事故檢修排水。一般兩個閥門間的低洼處必須設置一個排泥閥。

3)排氣閥

輸水管道和配水管道隆起處應設置排氣閥，管道豎向平緩時，應間隔1 km左右設置一個排氣閥。輸水管道為降低彌合水錘的影響，可設置高速進排氣閥；城區(qū)配水管道可設置普通復合式排氣閥。同時具有進氣排氣功能時，排氣閥直徑可取輸水管管徑的1/8～1/5。僅有排氣功能時，排氣閥直徑可取輸水管管徑的1/12～1/8。

4)支墩

針對采用橡膠圈作為止水件承插式接口和套管式柔性接口的給水管道，需在三通、彎頭、管堵處設置支墩以平衡軸向受力。

5)彎頭

平面和豎向上為避開障礙物通常會使用彎頭，為降低局部水損，一般使用11.25°等小角度彎頭，不宜采用90°彎頭。

6)消火栓

城區(qū)管徑DN≥1 000 mm的配水主管一般不直接承擔消防任務，消防管道接在配水支管上。消火栓間距不超過120 m，距離機動車道不超過2 m，距離建筑物外墻5 m以上。

4 結 語

關于市政供水管材的選擇，應根據(jù)管材選取原則，充分考慮供水管道功能及地質地形情況。遠距離、高揚程、大流量的原水輸水管道可選擇預應力鋼筒混凝土管或鋼管；經(jīng)過復雜地質、地形段一般采用鋼管；大管徑的城區(qū)配水管道一般采用球墨鑄鐵管，小管徑可采用PE管等。

城區(qū)段供水管道一般采用覆土1.2～1.5 m，可較好地避開現(xiàn)有其他管線；管溝回填材料壓實度要遵守“中松側實法”，當管道位于車行道下時，還需兼顧道路路基壓實度的要求。

為保證供水管道正常運行，還需設置檢修閥、排氣閥、排泥閥、支墩、彎頭、消火栓等附屬設施。檢修閥本著爆管后快速檢修的原則，同時考慮經(jīng)濟性；高點排氣；低點排泥；為平衡承插管道軸向受力不均，在三通、彎頭、管堵處設置支墩；為減少局部水損，應盡量采用小角度彎頭；消火栓的設置應符合消防要求，大口徑供水主管不宜直接承擔消防任務。

[1] 仇少云,張鴻斌.淺談市政常用給水管材的性能及其選擇[J].城市道橋與防洪,2013,11:168-169.

[2] GB 50015—2003,建筑給水排水設計規(guī)范[S].

[3] GB 50013—2006,室外給水設計規(guī)范[S].

[4] 上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊.第3冊,城鎮(zhèn)給水[M].第三版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[5] CJJ 101-2004,埋地聚乙烯給水管道工程技術規(guī)程[S].

[6] GB 50289—2016,城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范[S].

[7] GB 50268—2008,給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范[S].

[8] 許其昌.《給水排水管道施工及驗收規(guī)范》(GB50268—97)講座(一)——管道溝槽回填土壓實度標準修訂介紹[J].市政技術,1998(4):44-48.