浅谈市政给水排水管道设计技术措施

倪晓伦 赵建伟

材料选用强度应能承受各种外部荷载。由于给水排水管道通常是沿公路或铁路埋地敷设的,有的甚至需要穿越公路或铁路,为保证其运行安全,应选择强度有保证的管材。管道水密性的好坏,直接影响到管网运行成本及运行安全。如果水密性较差,漏水会直接冲刷地层泡软管道基础。则管道漏水现象严重,水量损失较大,其运行成本增加。输配水管道材质的选择,应根据管径、内压、外部荷载和管道敷设区的地形、地质、管材的供应,按照运行安全、耐久、减少漏损、施工和维护方便、经济合理以及清水管道防止二次污染的原则,进行技术、经济、安全等综合分析确定。

1 管材要求

(1)铸铁管:铸铁管属于压力流水管道,即管道中的水是在压力的作用下进行流动的,故而其埋深只需满足冰冻线、地面荷载和跨越障碍物即可,对管道内部的水力要素没有影响。因此沟槽较浅,以放坡开槽为主,尽量不加支撑,便于用机械分散下管。由于铸铁管的管节较长,一般为5～6m,其接口间距也相应增大。为了减少开挖土方量,一般开挖的宽度较小,但接口部必须满足接口施工工艺要求,应加宽和加深。

(2)钢管:钢管钢材有焊接钢管和无缝钢管两种。以防腐蚀性能来说可分为保护层型、无保护层型与质地型;按壁厚又有普通钢管和加厚钢管之分。国内最大钢管直径可达DN4000,每节钢管的长度一般在10m左右。金属管道应考虑防腐措施。金属管道内防腐宜采用水泥砂浆衬里,金属管道外防腐宜采用环氧煤沥青、胶粘带等涂料。金属管道敷设在腐蚀性土中以及电气化铁路附近或其他有杂散电流存在的地区时,为防止发生电化学腐蚀,应采取阴极保护措施(外加电流阴极保护或牺牲阳极)。

(3)非金属管材:自应力钢筋混凝土管采用离心工艺制造,依靠膨胀作用张拉环向和纵向钢丝,使管体混凝土在环向和纵向处于受压状态。该管材试验压力规定可在覆土不大于2.0m的埋地给水管道上应用。自应力钢筋混凝土管是借膨胀水泥在养护过程中发生膨胀,张拉钢筋,而混凝土则因钢筋所给予的张拉反作用力而产生压应力,能很好地承受管内的水压,在使用上,具有与预应力钢筋混凝土管相同的优点。预应力钢筋混凝土管是将钢筋混凝土管内的钢筋预先施加纵向与环向预应力后,制成的双向预应力钢筋混凝土管,具有良好的抗裂性能,其耐土壤电流侵蚀的性能远较金属管好。

(4)聚乙烯管。常用的口径为DN32～DN500,聚乙烯管的优点是:化学稳定性好,不受环境因素和管道内输送介质成分的影响,耐腐蚀性好;水力性能好,管道内壁光滑,阻力系数小,不易积垢;相对于金属管材表现密度小、材质轻;施工安装方便,维修容易。同时由于该管属柔性管,对小口径管可用盘管供应,连接时采用热熔对接,连接方式可采用电热熔、热熔对接焊和热熔承插连接。管道敷设既可采用通常使用的直埋方式施工,也可采用插入管敷设(主要用于旧管道改造中的插入新管,省去大型开挖工作量。

2 管道接口的设计

(1)刚性接口:刚性接口是承插铸铁管的主要接口形式之一,由嵌缝材料和密封填料组成。刚性接口是往插口缝隙中填打油麻和填料,过去常用青铅,现在大都使用石棉水泥,粘合力很强。刚性接口填料分为内侧填料与外侧填料,内侧填料为接口内层填料,外侧填料为接口外层填料。内侧填料放置于管口缝隙的里侧,以保证管口严密,不漏水,并起扩圆作用和防止外侧填料如水泥等漏人管内。因此,内侧填料材料应柔软,有弹性和疏水性,常用的材料有油麻、橡胶圈等。油麻的制作,采用松软、有韧性、清洁、无麻皮的长纤维麻、加工成麻辫,浸放在5%石油沥青、95%的汽油配制的溶液中,浸透、拧干,并经风干而成的油麻,具有较好的柔性和韧性,不会因敲打而断碎。填麻深度及用量,油麻的填塞深度与密封材料的性质有关,若以石棉水泥为密封材料时,填麻深度约为承接口总深的1/3;以铅为密封材料时,其填麻深度约距承口水线里缘5mm为宜。

(2)外侧填料:外侧填料要保证接口有一定强度,并能承受冲击和少量接口弯曲,可采用石棉水泥、膨胀水泥、铅和铅绒等。目前经常采用石棉水泥作为接口材料。石棉水泥或橡胶圈一石棉水泥接口能承受1～1.2MPa的水压力。但是石棉水泥为刚性接口,接口承受弯曲应力和温度应为性能较差,接口经养护硬化后才能通水试压,接口作业的劳动强度大。石棉水泥是一种最常用的密封填料,有较高的抗压强度,石棉纤维对水泥颗粒有较强的吸附能力,水泥中掺人石棉纤维可提高接口材料的抗拉强度。水泥在硬化过程中收缩,石棉纤维可阻止其收缩,提高接口材料与管壁的黏着力和接口的水密性。填料制作,所用填料中,应采用具有一定纤维长度的机选4F级温石棉和42.5以上强度级的硅酸盐水泥。使用之前应将石棉晒干弹松,不应出现结块现象,其施工配合比为石棉:水泥=3:7,加水量为石棉水泥总重的10%左右,视气温与大气湿度酌情增减水量。拌合时,先将石棉与水泥干拌,拌至石棉水泥颜色一致,然后将定量的水徐徐倒进,随倒随拌,拌匀为止。

(3)柔性接口:剛性接口抗弯性能较差,受外力作用容易使密封填料产生裂缝,造成向外漏水事故,尤其在松软地基和地震区,接口破坏率较高,因此,可采用柔性接口方式,以减少漏水事故的发生。常用的柔性密封材料多为橡胶圈,由于铸铁管材的种类不同而具有多种形式。楔形橡胶圈接口当管道承口的内壁为斜槽形时,插口端部可做成坡形,此时可在承口斜槽内嵌入起密封作用的楔形橡胶圈,使接口对于承插口的椭圆度、尺寸公差、插口轴向相对位移及角位移具有一定的适应性。工程实践表明,此种接口抗震性能良好,并且可以提高施工速度,减轻劳动强度。其他橡胶圈接口随着铸铁管管材种类的不同,其接口橡胶圈也有多种形式,常见的有角唇形、圆形、螺栓压盖形和中缺形胶圈接口,不论采用何种形式的承插铸铁管或何种形式的橡胶圈,都必须做到铸铁管的承插口形状与合适的橡胶圈配套,不得盲目选用,否则不是无法使用,就是造成接口漏水。

3 结语

综上所述由于市政给排水设施的功能和特性,使其工程规模大,投资额大,施工难度大,工期长且在运行中消耗大量的能源和资源按一般工程的设计经验。因此,在实际工作中,如果能对上述的几个问题认真加以改进,对于缓解城市路面积水,保证排水系统的安全运行,减少水体污染,减轻维护管理的工作量,将起到积极的作用。市政道路排水工程设计具有重要的地位,确保更科学,合理的给排水规划设计将给施工提供更好的条件。

参考文献

[1] 冯月明,李宁宁.市政给排水工程施工管理探析[J].轻工设计,2011(5):105～105.