室外給排水管道工程設計分析

作者：admin 來源： 日期：2016/3/11 21:17:50

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室外給排水設計規范、小區給排水規范、施工規范、消防規范、給水排水設計手冊等相關規范和手冊；然后要結合地區地理、氣候特點及各地水司的運行規程等實際情況，從技術可行性、經濟合理性出發綜合考慮、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，同時照顧經濟性和可靠性。管徑確定涉及設計供水量及經濟流速的確定。
　　設計供水量根據下列各種用水確定：
　　（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綜合分析確定。
　　（2） 工業企業生產用水和工作人員生活用水：生產用水量根據生產工藝要求確定；工作人員生活用水量（含淋浴用水量）根據車間性質確定。
　　（3） 消防用水：消防用水量、水壓及延續時間等根據現行有關規定確定。
　　（4）澆灑道路和綠地用水：根據路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。
　　（5）未預見水量及管網漏失水量：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）
　　應綜合考慮管網造價與經營費用，確定經濟流速，從而確定經濟管徑，使管網造價與經營費用之和為最小。設計時常采用平均經濟流速來確定管徑，當D=100~400mm時，平均經濟流速取0.6~0.9m/s； 當D≥400mm時，平均經濟流速取0.9~1.4m/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濟、合理。埋地管道長年累月承受輸送液體內壓、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：其優點是耐高壓、耐震動、薄而輕及管節長而接口少；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、河谷和地震區等管段。
　　（3）預應力和自應力鋼筋混凝土管：優點是抗滲性和耐久性能好，不會腐蝕及腐爛，內壁不結垢等，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。
　　（4）玻璃鋼管：指玻纖維增強樹脂塑料管，這種管材優點在于重量輕，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，而在供水管網中使用較少。
　　（5）塑料管：其優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，一種是內噴襯聚乙烯，另一種是熱鍍鋅鋼管內經特殊過盈級配合工藝，復合擠壓聚乙烯、聚丙烯管，目前國內均有此兩種方式的產品，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，內經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狀鋼管為增強體，經擠出成型連續復合而成，內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DN≤200mm 的配水管道及室內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。
　　 現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)
管徑 （mm） 鋼管 三階段管 一階段管 預應力鋼筒砼管 玻璃鋼管
纏繞法 離心法
1200 1742 795 671 1340 2844 2369
1400 2304 1030 916 1650 3924 3120
1600 2950 1395 1239 2200 5130 4014
1800 3667 1929 2800 6480 4950
2000 4075 2139 3200 7920 6010
2200 4919 3700 9504 7203
2400 5362 4500 11484 8546
2600 6327 5000
　　（2）　中大口徑管道
表2（元/m）
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 玻璃鋼管 　　
纏繞法 離心法 　　
400 503 320 160 185 431 　　
500 583 448 217 590 　　
600 871 588 320 276 500 897 936 　　
800 1160 928 420 387 800 1406 1334 　　
1000 1454 1344 590 489 1000 1944 1800 　　
　　（3）中小口徑管道
表3（元/m）
管徑 （mm） 鋼管 球鐵管 自應力管
100 108 67
150 158 100 54
200 215 134 65
300 315 226 98
　　（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
項目 外徑 UPVC HDPE PEX PPR ABS 鋁塑復合管PAP 孔網鋼帶塑料復合管 鍍鋅管襯塑 鋁合金襯塑
PE80 PE100
管件 25 3.6 4.6 5.9 13.7 9.4 9.6 12.5 9.2 13.2
32 6.0 6.6 7.9 20.1 13.3 13.6 16.1 13.2 21.1
63 14.0 25.2 28.9 74.8 48.5 44.0 61.2 36.0 26.3 66.1
110 42.0 50.5 73.8 193.3 135.2 106.3 58.3 192.0
160 91.0 106.9 154.6 288.0 129.0
200 143.0 166.5 242.0 448.0 206.5
等徑彎頭 25 2.4 3.5 15.1 3.2 4.0 8.3 11.2
32 14.4 4.2 6.0 22.2 4.8 5.6 10.9 2.5 14.4
63 32.0 20.0 28.8 113.4 32.8 21.6 52.2 52.0 6.5 37.8
110 144.0 53.0 76.2 90.4 103.4 331.4
160 288.0 132.0 189.8 269.6 157.4
200 536.0 214.0 307.6 502.4 212.5
等徑三通 25 3.4 4.9 31.7 5.9 4.8 11.7 14.9
32 19.2 5.6 8.1 32.5 10.4 7.2 15.2 3.2 18.3
63 45.6 28.0 4.03 156.4 56.0 24.8 77.4 70.5 10.5 45.8
110 280.0 66.6 95.8 132.0 136.2 491.4
160 496.0 171.5 246.5 492.0 214.9
200 744.0 289.5 416.2 1163.2 293.5
　　3、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水的壓力或土壤條件較差，使在上述的部位產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防腐，外防腐一般采用石油瀝青及環氧煤瀝青，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地城鎮（地區）總體規劃和排水工程總體規劃為主要依據。排水體制（分流制或合流制）的選擇，應更根據城鎮和工業企業規劃、當地降雨情況和排放標準、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。新建地區的排水系統宜采用分流制。
　　2、 排水量確定
　　現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）
　　Q=Q1+Q2+Q3
　　其中：1 Q1為居住區生活污水設計流量（L/s）。按下式計算
　　 Q1=n×N×Kz / (24×3600)
　　n----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，可按當地用水定額的80%~90%采用。
　　N ----設計人口數
　　Kz----生活污水量總變化系數，按《室外排水設計規范》有關規定計取或按實際數據采用。
　　2 Q2為工業企業內生活污水量、淋浴污水量（L/s）。應與國家現行的《室外給水設計規范》的有關規定協調。
　　3 Q3為工業企業的工業廢水量（L/s）。工業廢水量級及其總變化系數應根據工藝特點確定，并與國家現行的工業用水量有關規定協調。
　　（2） 雨水設計流量Q（L/s）
　　按下式計算：
　　 Q=F×q×ψ
　　其中：1 F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。
　　 2ψ為徑流系數。按《室外排水設計規范》有關規定計取。
　　 3 q為設計暴雨強度（L /（s* ha））。按下列公式計算：
　　 q=167A1（1+ClgP）/（t+b）n
　　式中 t---降雨歷時（min）。t=t1+mt2，t1為地面集水時間，一般取5~15min；m為折減系數，暗管取2，明渠取1.2；t2為管渠內雨水流行時間。
　　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
優點 1.造價低 1. 1.管道粗糙系數較小，同等流量下管徑比混凝土管小1~2級；2. 2.管材柔韌性好，單節長，接口少，且接口為電熔接口，抗地基沉降性能強，抗滲性能好；3. 3.無需混凝土基礎，且管材質量輕，施工方便；4. 4.耐腐蝕、抗老化性能好，管材強度高，使用壽命長。 5. 1.管道粗糙系數較小，同等流量下管徑比混凝土管小1~2級；6. 2.管材柔韌性好，單節長，接口少，且為橡膠圈接口，抗地基沉降性能強；7. 3.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 8. 1.管材抗壓、抗滲性能較差； 2.抗地基沉降性能較差，易滲漏，日后養護維修費用較高； 3.管材較重，且為混凝土基礎，接頭多，施工較困難。 9. 1.造價高 1. 造價高2. 不適用于大口徑排水管。
綜合造價 420.04元/米 668.84元/米 506.31元/米 管徑D600
　　設計時應根據建設要求結合各種管材的特性做到管材選用經濟、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，這樣必然提高管網造價；同時城市道路下的市政管線錯綜復雜，為在高程上使各管線基本相互錯開，也應合理控制各管線高程，一般來說，從上至下管線順序依次為電力管(溝)、電訊管(溝)、煤氣管、給水管、熱力管、雨水管、污水管。
　　總的來說，室外給排水管道工程設計是一個實踐經驗與能動性相結合的過程。在滿足規范要求的同時，要根據實際情況，因地制宜、因時制宜，盡量做到經濟合理。