关于市政供水管道工程设计若干问题的探讨

韩佩君

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430019)

随着经济社会的高速发展，水资源正日益变得重要。我国是水资源短缺国家，应加强对水资源的利用与保护。然而相当多城市的供水管网因跑、冒、滴、漏等原因造成的水资源浪费问题一直未能得到有效地解决，城市供水管网漏损率居高不下。早在2003年，建设部、发展改革委、财政部就以建城〔2003〕188号印发了《关于加快城市供水管网改造的意见》；2015年，国务院印发《水污染防治行动计划》，要求对使用超过50年和材质落后的供水管网进行更新改造，到2017年，全国公共供水管网漏损率控制在12%以内；到2020年，控制在10%以内。该文就城市供水管网改造的相关设计问题进行探讨。

1 管 材

市政供水管道管材的选取需考虑下列因素：①安全，管材应无毒、化学性质稳定，符合卫生条件。②具有良好的强度，能承受外部荷载和内部工作压力。③耐腐蚀，使用寿命长。④内壁光滑，粗糙系数小，水力条件好。⑤价格经济，采购、运输、安装方便。目前主要的给水管材有钢管、球墨铸铁管、PE管、预应力钢筋混凝土管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢夹砂管[1]。

1.1 钢管

钢管具有较好的机械强度，可承受的内压和外荷载大，韧性好，耐冲击；对复杂地质有较强的适应性，重点水利工程的过河、爬堤、过铁路、地道等都采用钢管；单位管长质量比球墨铸铁管、砼管轻，运输及安装施工方便。不过钢管耐腐蚀性差，需采用特殊防腐措施，防腐造价高；焊接连接，施工相对麻烦。

1.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管可承受的内压和外荷载大，耐腐蚀性强，内壁光滑(一般内衬防腐层为水泥砂浆)，采用柔性接口，严密性强，漏耗水量少。近10多年来，在城市的重点水务工程中得到推广，也广泛地应用到大、中型城市管网改造和新建管道工程中。球墨铸铁管重量略轻于砼管，施工运输和损耗比砼管少，而比钢管、玻璃钢夹砂管及塑料管重，造价相对较高。

1.3 PE管(polyethylene pipe)

化学结构稳定，长期使用不变质；不受土壤性质侵蚀，耐腐蚀性好，防二次污染；内、外壁光滑，不结垢，摩阻系数小，输水能力有一定弹性；质量轻，施工运输方便；管道接口采用热熔连接或法兰、螺纹丝扣等方式连接，严密性能好。输水水温要求控制在150 ℃以内，存在老化变脆现象，复杂地基的适应性较差，造价与玻璃钢夹砂管相近。

1.4 预应力钢筋混凝土管

预应力钢筋混凝土管制作方便，造价低，抗震性能、内压承受性能及水力条件好，一般不需防腐处理，是一种较经济的管材。预应力钢筋混凝土管在我国应用较广泛，一度成为长距离输水工程的主要管材，其缺点是管节短，接口多，抗渗性能差；重量大，施工、运输不方便；破损率高。

1.5 预应力钢筒混凝土管

具有很强的抗渗抗内压性能，止水效果好，对于长距离、高扬程的输水工程具有较好的保障率，其重量相对于预应力钢筋混凝土管略轻。

1.6 玻璃钢夹砂管

全称玻璃纤维增强热固性树脂和加砂管，一种新型柔性非金属复合材料管道。耐腐蚀性强，重量轻，粗糙系数小，水力性能好。对管槽回填材料及密实度要求高，施工质量要求高。

大口径、远距离、高扬程原水输水管道较多选择钢管或预应力钢筒混凝土管；穿越河流、堤岸、涵洞等障碍物或地质地形复杂的情况一般选用钢管；市区配水管道中，球墨铸铁管以其良好的承压、防腐和密封性能，得到越来越广泛的应用，有的地区规定DN≥300 mm，采用球墨铸铁管；DN≤200 mm，采用PE管。佛山市自2004年起城区DN=200 mm以下供水管道改造全面推广HDPE管道。湛江市城区几个供水管道改造工程(DN≥400 mm)都采用T型承插接口离心球墨铸铁管，施工方便。

2 管顶覆土及管沟回填

2.1 管顶覆土厚度

关于城市供水管道管顶覆土厚度的确定，《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2003)3.5.3指出：室外给水管道的覆土深度，应根据土壤冰冻深度、车辆荷载、管道材质及管道交叉等因素确定。管顶最小覆土深度不得小于土壤冰冻线以下0.15 m，行车道下的管线覆土深度不宜小于0.7 m[2]。《室外给水设计规范》(GB50013—2006)及《给水排水设计手册》(第三册)除上述原则外，还提到了大型管道应根据地下水水位进行放空时的抗浮计算；冰冻地区考虑土壤冰冻深度应进行热力计算，当无实际资料时，参照表1[3,4]：

表1 管底在冰冻线以下的距离 /mm

一般来说金属管道的覆土深度不宜小于0.7 m，当管道强度足够或采取相应措施(如混凝土包封)，也可小于0.7 m；为保证非金属管道不因动荷载冲击而降低强度，应适当加大覆土厚度，如《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》要求轻型车行道下埋地聚乙烯管道管顶最小覆土深度不宜小于1.0 m[5]。与其他管线交叉情况也是决定供水管道覆土深度的重要因素，特别是针对城区供水管道改造工程。根据《城市工程管线综合规划规范》(GB50289—2016)，给水管道距离电信电力直埋管净距>0.5 m(保护管分别为0.15 m及0.25 m)，距离雨污水管净距>0.4 m，热力燃气给水管净距>0.15 m[6]。一般而言通信电力管覆土0.7～0.8 m，雨污水主管一般较深，城市非机动车道下供水管道管顶覆土保持在1.2～1.5 m左右能减少与其他管线冲突，较好地满足规范要求。

2.2 管沟回填材料及压实度

以柔性管道(球墨铸铁管、钢管、PE管等)为例，根据《给水排水管道工程施工及验收规范》要求，管道基础(包括管底基础及管道有效支撑角范围)需回填中粗砂；管道两侧及管顶以上500 mm可回填中粗砂、碎石屑或最大粒径小于40 mm的砂粒或符合要求的原土，管顶以上500 mm外回填原土[7]。

管底压实度≥0.90；管道有效支撑角范围及管道两侧压实度≥0.95；管顶以上500 mm范围内，管道正上方压实度在85±2%，管道上方两侧压实度≥0.90；管顶以上500 mm外回填原土的压实度≥0.90。

管道腋角范围内必须回填中粗砂，管道两侧及以上可在中粗砂、石屑和符合要求的原状土之间选择，可根据当地材料的价格进行经济选择。上述中粗砂为河砂，不能一味为了降低造价采用海砂或水洗海砂，否则容易造成管道腐蚀。

管顶以上500 mm范围内，管道正上方压实度在85±2%，管道上方两侧压实度≥0.90，是贯彻“中松侧实法”的体现。即当管道上方两侧压实度比管顶以上高且土壤发生沉降变形时，管道上方两侧的沉降小于管顶以上部位的沉降，从而在管道上方出现两块滑动破裂面，其上分布着竖直向上的摩擦力，可以减小对管道竖向向下的荷载，对管道起到保护作用。当管道位于道路下时，上述压实度不能满足道路路基的要求，可根据设计经验保证管顶以上250 mm内压实度85±2%，其余部分回填土按照道路路基要求的压实度进行压实[8]。

3 管道附属设施

1)检修阀

为便于供水管道的事故检修，供水管道上需设置检修阀。具体间距则需根据检修道路情况、事故排水情况综合考虑。长距离输水管道可按照5～10 km设置一个检修阀门；城区供水管道可按0.6～1.0 km设置一个，间距不宜太大，《室外给水设计规范》要求配水管网上独立管道的阀门间距不宜超过5个消火栓布置长度[3]。

2)排泥阀

输水管道、配水管道低洼处及两个阀门间管道低处可设置排泥阀，用于事故检修排水。一般两个阀门间的低洼处必须设置一个排泥阀。

3)排气阀

输水管道和配水管道隆起处应设置排气阀，管道竖向平缓时，应间隔1 km左右设置一个排气阀。输水管道为降低弥合水锤的影响，可设置高速进排气阀；城区配水管道可设置普通复合式排气阀。同时具有进气排气功能时，排气阀直径可取输水管管径的1/8～1/5。仅有排气功能时，排气阀直径可取输水管管径的1/12～1/8。

4)支墩

针对采用橡胶圈作为止水件承插式接口和套管式柔性接口的给水管道，需在三通、弯头、管堵处设置支墩以平衡轴向受力。

5)弯头

平面和竖向上为避开障碍物通常会使用弯头，为降低局部水损，一般使用11.25°等小角度弯头，不宜采用90°弯头。

6)消火栓

城区管径DN≥1 000 mm的配水主管一般不直接承担消防任务，消防管道接在配水支管上。消火栓间距不超过120 m，距离机动车道不超过2 m，距离建筑物外墙5 m以上。

4 结 语

关于市政供水管材的选择，应根据管材选取原则，充分考虑供水管道功能及地质地形情况。远距离、高扬程、大流量的原水输水管道可选择预应力钢筒混凝土管或钢管；经过复杂地质、地形段一般采用钢管；大管径的城区配水管道一般采用球墨铸铁管，小管径可采用PE管等。

城区段供水管道一般采用覆土1.2～1.5 m，可较好地避开现有其他管线；管沟回填材料压实度要遵守“中松侧实法”，当管道位于车行道下时，还需兼顾道路路基压实度的要求。

为保证供水管道正常运行，还需设置检修阀、排气阀、排泥阀、支墩、弯头、消火栓等附属设施。检修阀本着爆管后快速检修的原则，同时考虑经济性；高点排气；低点排泥；为平衡承插管道轴向受力不均，在三通、弯头、管堵处设置支墩；为减少局部水损，应尽量采用小角度弯头；消火栓的设置应符合消防要求，大口径供水主管不宜直接承担消防任务。

[1] 仇少云,张鸿斌.浅谈市政常用给水管材的性能及其选择[J].城市道桥与防洪,2013,11:168-169.

[2] GB 50015—2003,建筑给水排水设计规范[S].

[3] GB 50013—2006,室外给水设计规范[S].

[4] 上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册.第3册,城镇给水[M].第三版.北京：中国建筑工业出版社,2004.

[5] CJJ 101-2004,埋地聚乙烯给水管道工程技术规程[S].

[6] GB 50289—2016,城市工程管线综合规划规范[S].

[7] GB 50268—2008,给水排水管道工程施工及验收规范[S].

[8] 许其昌.《给水排水管道施工及验收规范》(GB50268—97)讲座(一)——管道沟槽回填土压实度标准修订介绍[J].市政技术,1998(4):44-48.