市政给排水工程设计中主要技术环节的分析

王梦迪

中国市政工程华北设计研究总院有限公司青岛分公司 山东 青岛 266121

引言

市政给排水工程设计是一项复杂性活动，其流程烦琐，涉及诸多专业，设计难度高，早期的市政给排水工程普遍存在设计过程把控不严的问题，给排水系统容易出现管道破裂、水质污染、雨污混接等情况，既影响到用户用水体验，也存在质量安全隐患。为此，通过深入研究给排水设计技术，并严格把控设计质量，有利于推动市政给排水设计水平的提升。

1 市政给排水工程提高设计合理性的意义

1.1 水资源循环利用

早期部分市政给排水工程中，普遍采取雨污合流排水方式，使用同类管道来收集、排放生活污水与雨水，两种水体接触后相互污染，一同排放至污水处理厂内进行净化处理，处理后排放至城市周边河流水域当中，或是用作道路冲洗、景观绿化等中水用途。这一排水方式虽然可以通过减少管道数量来控制工程造价成本，但却无法有效利用雨水的剩余使用价值，并在合流制管运行期间偶尔出现管内沉淀、流速降低等问题，严重时造成管道堵塞、排水系统瘫痪。而对市政给排水设计过程的有效把控，以及对固有设计观念的扭转，设计人员将采取雨污分流等全新的输排水方式，以此提高水资源实际利用率，实现水资源循环利用的可持续发展目标，对缓解城市用水矛盾和提高工程综合效益也具有积极的作用。

1.2 改善城市生态环境

市政给排水系统是现代城市的一项重要基础设施，给排水系统运行状况与城市生态环境状态保持紧密衔接关系，如果在系统运行期间出现污水上涌、污水管道破裂渗漏等质量通病时，不但会限制系统使用功能的正常发挥，同时，还会对城市生态环境造成严重破坏，出现土壤污染、水环境污染等一系列问题。因此，设计人员必须遵循实际出发原则，根据工程现场情况明确设计思路，制定内容完善且合理的给排水设计方案，保证系统平稳运行，最大限度减小给排水系统对周边城市生态环境造成的影响。例如，从管道埋深设计角度来看，提前调查工程所在地平均温度与最低温度，确定土层冰冻线，在冰冻线下方敷设给排水管道，避免给排水管道在冬季低温条件下出现水体结冰、管道胀裂问题。

2 市政给排水工程设计中的主要技术环节

2.1 资料收集

考虑到市政给排水工程设计有着复杂性特征，涉及城市规划、地下设施迁移等多个方面。因此，在设计工作开展前，设计人员需要持续收集相关工程资料，将资料进行汇总整理，并前往现场开展实地调查工作，根据已掌握资料信息来明确设计思路、设计要求与制定初步设计方案。例如，在管网规模设定环节，设计人员根据城市人口总量、各区域人居密度、往期给水量与排水量等信息，预测市政给排水系统投运使用期间的给水量与排水量，并在预测结果基础上额外设置一定比例的冗余量，将最终结果作为设定管径值的主要依据，以此来满足未来一定年限的城市给水、排水需求。在管网布局设计环节，设计人员重点收集与分析给排水系统辐射范围内输电线缆、通信光纤、燃气管道等地下设施与建筑基础结构的分布情况，在不影响系统运行效果的前提下，尽量绕开此类地下设施来布置给排水管道，必要时将沿途遮挡设施向两侧迁移[1]。而在选择排水泵站布置位置时，根据现场地形条件与布置形式而定，如在选择平行布置形式时，尽量将泵站布置在地势坡度较大地区，预防管道严重冲刷。而在选择分区布置形式时，则在低洼部位布置排水泵站，通过泵站持续将低洼部位的管道水体抽送至高地，再凭借重力作用将污水快速流入污水处理厂内。

2.2 选择输排水方式

首先，在输水方式选择环节，常用输水方式包括重力输水、加压输水两种，不同输水方式的适用条件、输水效果与造价成本存在明显差异，应根据现场条件、市政给水需要加以选择。其中，重力输水是在城区内布置无压管渠，通过调节各节段管道坡度值，利用重力作用引导水流快速流通，具有供水周期与流量稳定、系统结构简单、造价成本低廉的优势，适用于现场存在明显水位地势高差的市政给排水工程，但要求地势高差不得超过输水管道水头损失可承受范围。加压输水是在城区内布置承压管道，利用压力流来引导水体迅速流向用水用户，并在沿途布置多座泵站来提供压力，此项方式适用于水源地地形较低的市政给排水工程，因额外布置加压泵站、对管道承压性能提出严格要求，抬高了工程造价成本，还需要在系统中采取水锤防护措施。同时，为保证供水效果，设计人员还可以搭配采取两种输水方式，在具备自流条件区域内选用重力输水方式，在缺乏自流条件区域内选用加压输水方式。

其次，在排水方式选择环节，为提高水资源利用率、减轻污水处理负荷，设计人员应采取雨污分流体制，并根据工程造价控制目标来采取完全分流方式或不完全分流方式。其中，完全分流是在市政给排水体系中独立布置雨水管道和污水管道，雨水管道通过各处雨水口来收集城市地面雨水、将雨水流入中水系统或是周边河流水域当中，污水管道负责收集各处生活污水与工业废水、将污水排入污水处理厂进行处理，该方法可以彻底解决雨污合流问题，但工程造价成本较为高昂。不完全分流是在市政道路两侧等少数区域新建雨水管道，通过道路雨水口、路边排水边沟来排净路面积水，其具有造价成本低廉、适度补充原有渠道输水能力的优势，但并未完全做到雨污分流，后续在城市发展期间需要进行进一步改造[2]。

2.3 管网分区

在管网分区环节，设计人员应重点掌握阶层设定、分区边界设定、进水点设定、方案优化四方面的设计要点。第一，在管网阶层设定方面，以供水、排水系统作为首个阶层，根据给排水需求与工程建设要求来确定管网布置方案、管道材质与管径、管道坡度、管道埋深等设计参数，以保证供排水系统稳定运行，发挥供水与排水等基础使用功能为主要目的。随后，采取管网叠层设计手法，持续在管网中设计配套设施，以此来开发供水空压、减漏和改压等使用功能，具体设置加压泵、配水泵与取水口等设施。第二，在分区边界设定方面，综合分析工程现场地形地貌、用户种类、用水质量要求、行政区界等因素，将市政给排水系统划分为若干管网区域，明确各处管网区域的边界位置，并制定面向各个管网区域的给排水设计方案。第三，在进水点设定方面，一般情况下采取单点进水方式即可，根据工程情况来控制各处进水点的水量和水压值，以此来减少工程造价。而在现场环境较为复杂、对供水质量提出严格要求时，则采取多点进水方式，在各处管网区域内设置2处及以上的进水点，具体点数根据管网建设规模而定。第四，在方案优化方面，设计人员使用BIM软件搭建三维实景模型，通过实景模型来判断设计成果是否达到工程建设要求，并使用软件自带工具开展功能性模拟试验，分析市政管网在不同假定条件下的运行状况、供排水质量是否达标，从中发现问题，并及时修改方案内容。

2.4 管道设计

在管道设计环节，设计人员应掌握管道选型、管径设定、管道埋深设定、基础选型四方面的设计要点。第一，在管道选型方面，常用管道种类包括混凝土管、钢筋砼管、PVC管等，综合分析管道运行环境、承压要求、排水要求、使用年限等因素来确定管道材质，正常情况下选用使用年限在50a及以上的PVC-U管或是PE管即可，在管道使用性能要求较为严格时，则使用玻璃钢夹砂管、玻璃纤维筋混凝管等新型管材。第二，在管径设定方面，设计人员将管路压力、流量、流速等信息导入计算公式中，计算结果即为最佳管径值，一般情况下把给水主管管径设定为DN200、排水主管管径设定为DN400即可。第三，在管道埋设设定方面，要求管道埋深值略大于工程所在地的土层冰冻线，如果在市政道路下方埋设给排水管道，还要求人行道下管道埋深值不小于0.6m、车行道下管道埋深值不小于0.7m。第四，在基础选型方面，根据管网区段划分情况、工程现场地质条件与气候条件来选择基础型式。以排水系统为例，在管道接口部位选用混凝土枕基型式，使用强度等级在C10以上的混凝土现浇枕状垫块，也可用于干燥土壤环境中的污水支管、雨水管道基础[3]。

2.5 附属设施设计

为保证市政给排水系统长时间保持稳定运行工况，各项使用功能均得到充分发挥，设计人员应在管网中布置检查井、雨水口、倒虹管、出水口、提升泵站等若干附属设施，明确掌握各类设施的设计方法及要点。例如，对于检查井，根据使用功能划分为接入井、交汇井等种类，在排水管道沿线每隔200m布置一处接入井、将其作为排水支管与市政道路两侧污水管接入点，在排水进水支管和交叉管道连接部位设置钢筋混凝土材质的交汇井、起到将各类管道接入污水干管的作用，在污水管道拐弯以及管径改变等特殊部位设置清通井、起到双向清通管道等多重作用[4]。而对于雨水口，设计人员优先在道路交叉、道路两侧低洼部位中设置雨水口，把雨水口和直线道路间距控制在25～50m区间内，在重力作用下，控制道路路面与两侧地面雨水迅速排入雨水口内、进入雨水管道。

2.6 节能设计

为减少市政给排水系统的总体使用成本，以此来减轻政府财政负担、践行可持续发展理念，设计人员需要树立节能环保意识，在初步设计方案基础上，对给水系统、雨水系统和排水系统进行节能改造。第一，在给水系统节能改造环节，树立经济流速控制意识，根据工程情况来计算最佳流速，一般情况下，需要把供水管流速值控制在0.6m/s～1.1m/s区间内，并选用粗糙度较低的供水管道，如HDPE与PCPC等塑料管道。同时，在给水管网中设置新型节能减压阀装置，禁止对分区减压阀采取串联设置形式，并在减压阀周边一定范围内不得设置旁通阀。第二，在雨水系统节能改造环节，遵循就近排放原则，将市政道路等区域收集的雨水通过雨水管直接排放至周边河道中，通过缩短雨水管道敷设距离来节省造价成本。第三，在排水系统节能改造环节，合理计算污水管道最小覆土厚度，在连通管内设置闸槽，将排水管网布置为环状，并计算排水管道最佳坡度，以此来改善排水状况，利用重力作用来提高排水流速[5]。

2.7 图纸审核与设计交底

待市政给排水设计方案制定完毕后，设计人员按照规定要求来绘制管网平面图、剖面图等各类施工设计图纸，将施工图比例控制在1∶500或是1∶1000，在图纸中详细标注管道坡度、管径与埋深值等设计参数。随后，开展图纸会审工作，检查施工设计图纸是否存在编号错误、线条符号错误使用、图纸种类不全、图纸内容错漏遗缺等问题，将所发现问题汇总整理，交由设计人员修改图纸，避免因图纸绘制错误而在后续出现返工、设计变更等问题。此外，为保证市政给排水设计方案得到贯彻实施，需要增强工程设计与工程施工活动的联系。在正式开工前，组织开展设计交底工作，以施工图纸、设计文件等作为交底凭证，帮助施工人员领会工程设计意图。

3 结束语

综上所述，给排水设计是市政给排水工程建设体系的重要组成部分，设计方案决定了工程的建设质量与投运使用效果。因此，工程参建单位都应提高对市政给排水工程设计的重视程度，明确设计期间的主要技术环节，全面掌握给排水设计要点，做到对全部设计环节的严格把控，以此建设高规格市政给排水工程，为工程建设质量提供有力设计保障。