议市政给排水管道的科学结构设计

于海波

摘 要：市政给排水管道的科学结构设计主要体现在三个方面，即设计前的勘察与测量、设计中的各项内容、使用后的监控管理。本文对设计前的勘察与测量要求，设计中的结构形式、结构设计、敷设方式、抗浮稳定、抗震设计，使用后的监控措施等进行了详细论述。

关键词：市政工程；给排水管道；结构设计

市政给排水管道是城市主要基础设施之一，做好市政给排水管道的科学结构设计，能够确保市政给排水管道的运行质量，对于打造城市和谐环境，提高居民生活质量具有重大意义。尤其是市政给排水管道的结构设计是一项复杂工程，涉及到水文地质、地形地貌、敷设、抗浮、抗震、造价等多方面因素，在进行结构设计时要讲究科学性，如此才能保证市政给排水管道的性价比合理。

1 实地勘察与测量

1.1 实地勘察

市政给排水管道是为整个城市进行供水、排水服务的管道系统，它最大的特点就是敷设距离长，需要覆盖整个城市，从而提供居民生活用水、市政用水、农林业灌溉用水、工业生产用水、畜牧业和渔业养殖用水等，所以管道通常会穿越居民密集区域、城市道路、铁路、农田、山林、河流等区域，所以给排水管道的结构设计十分复杂，涉及到多个方面，需要结构设计人员联合地质人员、概预算人员、给排水设计人员等多方进行实地勘察，选择最合适的管道线路，对管道拟通过区域的水文地质、地形地貌等情况详细掌握，必要时需要对复杂区域进行详细勘察。

1.2 测量要求

进行测量的首要条件是请求相关部门配合提供管道走线区域的水文地质、地形地貌等详细资料，从而确保测量前准确掌握目标区域的水文地质、地形地貌情况。在测量过程中要注意以下问题：

①测量过程要求

在对给排水管道走线区域进行测量时，要以管道为中心布设勘探点，勘探点离管道的距离不得超过3m，勘探点的疏密程度根据目标区域的地形地貌复杂程度而定，通常两个勘探点的间距在30m到100m范围内，若水文地质、地形地貌复杂，或变化较大，可以适当缩短勘探点间距。勘探点的钻孔深度通常要求超过管道埋深1m以上，如果管道埋设通过河流等水域，这钻孔深度要求超过河床最大冲刷深度3m以上。

②测量结果要求

在提交的测量结果里，需要对管道沿线区域的地质单元进行划分；对管道沿线区域内的井、泉、河流等分布、水位情况进行标注并估测影响；对管道埋设周围的地层、岩性、厚度进行标注；对管道沿线区域内的滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象的影响进行评估；对岩层产状、分化破碎程度、活动断裂带的性质和分布进行备注，等等。

2 結构设计内容

2.1 结构形式

排水管道的结构形式确定通常是由给排水专业设计人员和结构专业设计人员共同参与，其中给排水专业设计人员对结构形式进行初步拟定，结构专业设计人员根据管道的用途、口径等情况，从结构专业的角度提出一些意见供其参考。比如：承压管道可以采用预应力钢筋混凝土管、铸铁管、钢管、现浇钢筋混凝土箱涵等；非承压管道可以采用钢筋混凝土管、现浇钢筋混凝土箱涵、砌体盖板涵等；大口径管道可以采用现浇钢筋混凝土箱涵等。

2.2 结构设计

结构专业设计人员所提供的管道壁厚、管道等级、配筋方案等，都是通过对管道的刚度和强度计算、复核所得出的，这些计算的影响因素包括管道规格、管道埋深、地下水位、地面荷载、试验压力等。对于一些对刚度和强度有着特殊需求的管道，如管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等，单纯的依靠管材本身的特性无法满足需求，就需要采取必要的加固措施来对管道进行加固。或者利用增加钢管壁厚的方式来加强管道刚度和强度的方案不具性价比时，通常也会采取加固的方式来对管道进行加固。总而言之，是否选择加固，需要充分考虑实际需求和方案性价比等因素。

2.3 敷设方式

在设计敷设方式时，需要考虑的影响因素有：管道埋深，地面、地下障碍物等。敷设方式主要包括沟埋式、上埋式、顶管、架空等。通常设计敷设方式时，都会采用沟埋式，如果沟埋式无法满足实际需求，或很难 完成敷设工作，则可以选用顶管、架空等方式来对管道进行敷设，不同的敷设方式设计方案，需要结构设计方案作出不同调整。

2.4 抗浮稳定

结构专业设计人员在进行结构设计时，要充分考虑埋管区域的水环境，如地下水位较高、施工期多雨、排水困难等，遇到这种情况，在设计时就需要重视管道的抗浮稳定，设计好抗浮措施，避免浮管影响施工。

2.5 抗震设计

我国是一个多震国家，结构专业设计人员在对给排水管道进行结构设计时，要进行必要的抗震设计，抗震设计主要体现在三个方面，及场地选择、管材选择、构造措施。

①场地选择：管道走线尽量避开不利于进行抗震的场地，如地震断裂带、可液化土地基等。

②管材选择：在对管材进行选择时，要充分考虑现场情况、实际需求、经济效益等因素，合理选择抗拉强度、抗折强度、延展性的钢管，并且做好防腐措施，避免钢管腐蚀影响其抗震效果。必要时可以对排水管道采用钢筋混凝土结构进行加固，避免地震破坏管道。

③构造措施

构造措施是对管道进行深度抗震保护的有效措施，如在承插管连接处设置柔性保护；在管道与套管之间设置柔性填充物，增强管道穿越构建物时的抗震能力；在管道的钢筋混凝土接口处设置柔性保护，增强管道穿越液化地域时的抗震能力等。

3 管道监控

当管道出现破损、堵塞等问题时，通常较难排查，往往需要大量的工作人员消耗大量的时间来进行检修，所以结构专业设计人员在进行结构设计时，要考虑PLC系统的应用，预留出PLC系统的接入位置，设计出传感器的安装方案等。

管道监控是利用组态软件和PLC结合，对管道运行状况进行监控，其原理是：在管道中安装大量廉价的传感器，利用传感器对管道内的流速、压力、温度等数据进行采集，然后将采集到的数据传递给PLC系统进行分析，实现对管道的实时监控。当某段管道出现故障时，系统就能够第一时间接收到异常数据，发现故障并分析原因，并通过对传感器的定位来实现对故障段的确定。其具体运行机制是：①系统接收异常数据，发现故障；②分析异常数据，做出初步诊断；③定位传感器，确定故障段；④将故障信息（初步诊断结果和故障段定位）发送给维修人员。利用组态软件和PLC系统对管道进行监控，极大地缩减了定位故障段、排查故障原因的时间，提高了维修效率，能够最大程度避免管道故障带来的负面影响，如水资源浪费、影响居民正常生活等。

4 结束语

综上所述，市政给排水管道的结构设计十分复杂，不仅需要考虑水文地质、地形地貌等现实因素，还要考虑性价比等经济因素，对勘探、测量、设计、敷设、抗浮、抗震、监管等都有严格要求，对市政给排水管道进行科学的结构设计，能够有效保障给排水管道的使用寿命和运行质量，降低故障发生率，减少因给排水管道故障对水资源造成的浪费，以及给居民生活带来的不便。