吳甜 曠小軍 丘日東 馬立洲

摘 要：合理運(yùn)用管道設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠增強(qiáng)市政給排水管道設(shè)計(jì)方案的合理性，為后續(xù)工程建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。從市政給排水管道設(shè)計(jì)過(guò)程分析出發(fā)，詳細(xì)介紹管道材料設(shè)計(jì)、管道構(gòu)造設(shè)計(jì)、永久作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算、可變作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算、管道承載能力極限狀態(tài)分析以及管道正常使用極限狀態(tài)分析等市政給水排水管道設(shè)計(jì)技術(shù)環(huán)節(jié)，以期為市政建設(shè)事業(yè)的發(fā)展提供助力。

關(guān)鍵詞：排水管道;市政給水;管道設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）18-0075-03

Abstract： Reasonable use of pipeline design technology can enhance the rationality of municipal water supply and drainage pipeline design schemes， and lay a good foundation for subsequent project construction. Based on this， this article starts from the analysis of the design process of municipal water supply and drainage pipelines， and introduces in detail the pipeline material design， pipeline structure design， permanent action standard value calculation， variable action standard value calculation， limit state analysis of pipeline carrying capacity， and normal service limit of pipeline State analysis of these several technical aspects of municipal water supply and drainage pipeline design， hoping to provide assistance for the development of municipal construction.

Keywords： drainage pipeline;municipal water supply;pipeline design

市政給水排水管道設(shè)施與居民生活用水密切相關(guān)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)管道，能夠增強(qiáng)供水、排水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保障居民生活質(zhì)量。因此，為了改善居民用水條件，深入分析配套的市政給排水管道設(shè)計(jì)技術(shù)，積極探索有效的設(shè)計(jì)技術(shù)措施，以提高設(shè)計(jì)方案編制效果和市政給排水工程的使用性能。

1 市政給排水管道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和原則分析

為了保證市政給排水管道設(shè)計(jì)技術(shù)滿足實(shí)際需求，需要明確施工各環(huán)節(jié)的主體工作，并遵循設(shè)計(jì)原則，以保證市政給排水管道投入使用后取得預(yù)期效果。

1.1 市政給排水管道設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

市政給排水管道設(shè)計(jì)需要分析施工空間，合理設(shè)計(jì)地下空間，保證地下空間的利用率，同時(shí)明確施工流程。當(dāng)市政給排水管道設(shè)計(jì)項(xiàng)目成立后，需要針對(duì)施工區(qū)域做好準(zhǔn)備工作。第一，設(shè)計(jì)部門和施工部門需要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行勘察測(cè)量，主要包括施工工程量、施工規(guī)模、施工的管道規(guī)格類型、管道需求數(shù)量、水文地質(zhì)條件以及地下線路結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。第二，進(jìn)行市政給排水管道施工規(guī)劃和線路設(shè)計(jì)，保證整體設(shè)計(jì)有準(zhǔn)確充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)需要注意重力流線管的設(shè)計(jì)。第三，分析市政給排水管道橫向和縱向布置過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，了解掌握現(xiàn)有地下管線分布，進(jìn)行科學(xué)協(xié)調(diào)和遷改，避免對(duì)其他管線造成影響。第四，與其他管線的權(quán)屬單位和相關(guān)部門聯(lián)系，征求設(shè)計(jì)意見，收集管線圖紙，保證整體設(shè)計(jì)科學(xué)可行。第五，在施工圖紙的繪制過(guò)程中，標(biāo)注各項(xiàng)施工技術(shù)、設(shè)備、管道口徑規(guī)格以及數(shù)量，保證整體施工與圖紙相一致。

1.2 市政給排水管道設(shè)計(jì)的原則

一般情況下，城市的人口較為密集且流動(dòng)性較強(qiáng)。交通路線附近由于長(zhǎng)期有車輛經(jīng)過(guò)，容易導(dǎo)致管道受壓出現(xiàn)破裂等問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)市政給排水管道時(shí)需要盡量避開交通路線，以減少交通壓力，以免影響人們的出行和正常生活。

在市政給排水管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要科學(xué)制定施工節(jié)點(diǎn)，確保設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)施工一致，同時(shí)需要各部門協(xié)調(diào)工作，保證整體工作有序推進(jìn)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要注意與其他電力線路、燃?xì)饩€路以及供熱線路相遇的問(wèn)題。一般遵循小孔管線避讓大徑管線、工程量小的管道施工避讓工程量大的管道施工、布設(shè)不方便和檢修養(yǎng)護(hù)需求較多的管道優(yōu)先布置、自流管線優(yōu)先壓力管線布設(shè)、污水管道的布設(shè)深度值按照標(biāo)準(zhǔn)取最大值以及永久管線優(yōu)先其他管線布設(shè)等原則。當(dāng)給排水管道遇到其他管線的時(shí)候，可以通過(guò)改變管徑、調(diào)整管道標(biāo)高等形式進(jìn)行調(diào)整，以保證整體設(shè)計(jì)的靈活性和科學(xué)性。

2 市政給排水管道設(shè)計(jì)過(guò)程分析

首先，要確定各區(qū)域的用水量和排水量，結(jié)合供排水需求、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚惹闆r，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)與項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和材料選用方案。

其次，基于用水量、排水量和其他參數(shù)，計(jì)算永久作用標(biāo)準(zhǔn)值和可變作用標(biāo)準(zhǔn)值。其中，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值是指土壓力、管網(wǎng)自重、管內(nèi)水重以及地基不均勻沉降等永久性因素對(duì)管道所產(chǎn)生作用力的標(biāo)準(zhǔn)值;可變作用標(biāo)準(zhǔn)值則是指地表人群荷載和地表車輛荷載等處于變化狀態(tài)的因素對(duì)管道所產(chǎn)生作用力的標(biāo)準(zhǔn)值。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，計(jì)算分析管道承載能力極限參數(shù)和正常使用極限參數(shù)，以明確管道需要達(dá)到的承載上限和正常使用時(shí)的狀態(tài)參數(shù)上限，通過(guò)對(duì)比獲得管道需承受的荷載作用力，即永久作用標(biāo)準(zhǔn)值和可變作用標(biāo)準(zhǔn)值。

最后，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用方案是否合理，并及時(shí)協(xié)調(diào)不合理的部分，確保給排水管網(wǎng)的整體穩(wěn)定性能夠達(dá)到作業(yè)要求，完成設(shè)計(jì)方案的編制。

3 市政給水排水管道設(shè)計(jì)技術(shù)分析

3.1 管道材料設(shè)計(jì)

管道材料設(shè)計(jì)是管道設(shè)計(jì)技的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)者需要嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)和具體情況確定管道材質(zhì)，以保證設(shè)計(jì)方案的實(shí)際適用效果。目前，給排水工程建設(shè)中常用的管材包括鋼管、鑄鐵管以及混凝土管等多種類型，分別具有不同的使用性能優(yōu)勢(shì)，尤其在造價(jià)上存在較大差異。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者還要考慮經(jīng)濟(jì)因素，以保證設(shè)計(jì)的實(shí)用性。

3.2 管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在管道設(shè)計(jì)技術(shù)中，需要結(jié)合實(shí)際情況，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，遵循現(xiàn)行規(guī)范，編制出初步的管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，再通過(guò)后續(xù)的驗(yàn)算、分析對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，以保證設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)給排水管道結(jié)構(gòu)時(shí)，若管道為圓形，可將連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為柔性結(jié)構(gòu)。但是，如果管道需要敷設(shè)在地震區(qū)，則要參考相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)管道為混凝土材質(zhì)且為矩形時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置變形縫，縫距應(yīng)大于25 m，并做好防水措施，如設(shè)置止水帶等。若采用鋼管或鑄鐵管材，則需要額外設(shè)置一個(gè)厚度保持在2 mm以上的防腐蝕構(gòu)造，即管道總厚度為設(shè)計(jì)厚度與防腐構(gòu)造層厚度之和，使管道能夠更好地抵御腐蝕，增強(qiáng)設(shè)計(jì)效果[1]。

3.3 永久作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

在管道設(shè)計(jì)技術(shù)中，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算是一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)者需要通過(guò)該環(huán)節(jié)計(jì)算永久性因素對(duì)給排水管道的作用參數(shù)，然后以此為依據(jù)確定管道的用料和結(jié)構(gòu)，使管道系統(tǒng)能夠有效抵御永久性的作用力，防止管道出現(xiàn)嚴(yán)重受損問(wèn)題而影響其作業(yè)穩(wěn)定性[2]。

一般來(lái)說(shuō)，市政給排水管道主要采用埋地安裝。因此，土壓力是一項(xiàng)重要的永久作用因素，設(shè)計(jì)者需要進(jìn)行相應(yīng)的作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。對(duì)于垂直方向的土壓力，設(shè)計(jì)者可以直接根據(jù)管道的具體埋設(shè)方式和條件，按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行取值;對(duì)于側(cè)向的土壓力，當(dāng)埋深高于地下水位高度時(shí)，需要按照式（1）進(jìn)行土壓力計(jì)算;當(dāng)埋深低于地下水位高度，則應(yīng)按照式（2）進(jìn)行計(jì)算。

因?yàn)楣艿纼?nèi)水的重量也會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生作用力，所以需要確定水重標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程，可以直接取水的重力密度力10 kN/m3，用排水、用水量估值計(jì)算得出水重標(biāo)準(zhǔn)值。如果管道敷設(shè)區(qū)域地表的道路地基穩(wěn)定性較差，則還要計(jì)算該道路地基的不均勻沉降作用標(biāo)準(zhǔn)值，并遵循配套的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行計(jì)算取值。此外，當(dāng)所用的管道為混凝土管時(shí)，需要額外計(jì)算一項(xiàng)預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。這里鋼筋張拉控制力減去張拉工藝的各項(xiàng)損失即為張拉控制應(yīng)力值[3]。

3.4 可變作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

設(shè)計(jì)技術(shù)中，待永久性作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算完畢后，還要完成可變作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，以明確管道結(jié)構(gòu)所需承受的可變因素作用力，為后續(xù)的管道材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)?？勺円蛩匕ǖ孛嫒巳汉奢d、地面堆積荷載、地面車輛荷載、管內(nèi)靜水壓強(qiáng)、管內(nèi)真空壓強(qiáng)以及溫度應(yīng)力等[4]。其中，人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4 kN/m2;堆積荷載為10 kN/m2;對(duì)于車輛荷載，可結(jié)合實(shí)際環(huán)境分析其對(duì)地下管道的影響，并遵循現(xiàn)行規(guī)程要求進(jìn)行計(jì)算;管道靜水壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值則需要根據(jù)管道材質(zhì)和工作壓強(qiáng)，按照表1取值計(jì)算;對(duì)于真空壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范直接取0.05 MPa;溫度應(yīng)力主要源于安裝時(shí)焊接、熔接等連接施工時(shí)引發(fā)的閉合溫度作用，因此計(jì)算時(shí)需要按照現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合具體情況進(jìn)行取值計(jì)算。

3.5 管道承載能力極限狀態(tài)分析

在設(shè)計(jì)技術(shù)操作中，待標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算完畢后，需以永久和可變兩種標(biāo)準(zhǔn)值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)建立管道結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型，得出在承載力極限狀態(tài)下管道的結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度，然后將結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度與作用標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，評(píng)估管道結(jié)構(gòu)是否能夠抵御其所需承受的作用力，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)整設(shè)計(jì)不合理的部分，確保管道設(shè)計(jì)方案能夠正常投入使用。

一般來(lái)說(shuō)，在計(jì)算分析模型建設(shè)中，極限狀態(tài)表達(dá)式為：

式（3）中：[γo]為管道重要性系數(shù)，需根據(jù)表2進(jìn)行取值;[S]為作用效應(yīng)組合值;[R]為管道結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度值。

3.6 管道正常使用極限狀態(tài)分析

在設(shè)計(jì)技術(shù)中，正常使用極限狀態(tài)分析的主要作用是以計(jì)算分析的方式評(píng)估管道系統(tǒng)在正常使用條件下的形變、裂縫展開寬度以及抗裂度是否能夠達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，由此全面檢查整體設(shè)計(jì)方案的合理性，并得出具體的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化需求，以便設(shè)計(jì)者有針對(duì)性地采取優(yōu)化措施，增強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)施效果。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)者需要運(yùn)用之前計(jì)算的作用標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)管道材質(zhì)，按照現(xiàn)行規(guī)范中給出的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案正常使用效果的量化分析，從而為方案的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

有效落實(shí)各項(xiàng)給排水管道設(shè)計(jì)技術(shù)措施，能夠提升市政工程建設(shè)效果。在市政工程中，采取合適的設(shè)計(jì)技術(shù)措施確立給排水設(shè)計(jì)方案，可以降低管道體系故障損壞情況出現(xiàn)概率，增強(qiáng)給排水管網(wǎng)作業(yè)的可靠性，為后續(xù)的工程施工提供便利，從而獲得更好的市政給排水施工效果，促進(jìn)市政設(shè)施建設(shè)事業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。

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