市政给排水管道布置的设计原则与技术分析

单靖涵

（麦斯特人力资源有限公司，广州 510000）

1 市政给排水管道布置原则和设计目标分析

1.1 给排水管道布置原则

市政给排水管道布置难度大， 其影响因素包括直接因素和间接因素。 其中直接因素有路网整体规划、道路等级、道路断面组成、红线宽度、降雨条件、管道尺寸、管道材料等；间接因素是指给排水管网与建筑小区、城市水系、城市绿地等外界环境的衔接。 为了保障城市安全， 防止城市内涝灾害和水污染，促进水资源利用效率，市政给排水管道在布置时应遵循以下原则[1]。

1.1.1 与规划条件相适应

一方面， 市政给排水管道在布置时应参考已批准的城镇总体规划、海绵城市专项规划等文件，从全局出发，对给排水管道布置方案进行全面论证，以处理好近期与远期、集中与分散、排放与利用的关系；另一方面，给排水工程设计应与水资源、城镇给水、水污染防治、城市防洪、河湖水系等专项规划相协调。 条件允许时，应充分利用自然蓄水或排水设施。

1.1.2 因地制宜原则

城市所在区域不同，其地形地貌、工程地质条件、水文地质条件、气候气象条件等可能会有较大的差异。 即使在同一个城市， 不同行政区的给排水管道外部环境也不完全相同。 因此，在布置给排水管道时，应从项目实际情况，合理布置给排水管道，不应盲目参考其他项目的设计方案选择。

1.1.3 经济性原则

在布置给排水管道前，应结合当地降雨条件和汇水面积，计算管道设计流量， 优化管道尺寸和管道长度， 避免资源浪费。 同时，合理选择给排水管道材料和排水体制。

1.2 给排水管道设计目标

在连续降雨条件下，地表径流量大。 当地面径流超出排水管网的输送能力时，城市可能产生内涝现象。 同时，城市内小汽车、货车等机动车越来越多，行驶过程中产生的灰尘、尾气等污染物会随排水管道自然水体， 造成城市水源受到严重污染。 因此，结合大量工程实践经验，市政给排水管道布置要能实现降低地面雨水峰值流量、提升道路雨水水质两大目标[2]。

2 市政排水管道设计技术要点分析

2.1 排水体制选择

市政排水工程包括雨水系统和污水系统两部分， 两者之间应相互配合、有效衔接，充分发挥排水系统能力。 市政排水体制分为合流制（完全直排式合流排水和截流式合流排水）和分流制排水（完全分流排水和截流式分流排水）。 当前，市政排水中常用的排水体制完全分流排水， 即将雨水系统和污水系统完全分离，雨水系统不经处理排入河道，污水系统内的污水先汇入污水厂处理，排放标准满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》要求后，再排入河道。 需注意，同一城镇的不同街道是可选择不同排水体制的。

2.2 排水流量设计

设计流量是指导市政排水管道设计的基础数据支撑，计算结果会对排水系统的安全性和经济性起到决定性作用。

2.2.1 雨水流量计算

由GB 50014—2021《室外排水设计规范》可知，市政排水管渠的设计流量Q可按“推理公式法”计算，见式（1）[3]：

式中，Q为雨水设计流量，L/s；Ψ 为径流系数，取值见表1；F为汇水面积，ha；q为设计暴雨强度，L/（s·ha），在某一时间段内单位面积上的降雨量，与降雨历时、降雨重现期等因素有关，各个地区的设计暴雨强度不同。

表1 城市路表径流系数

如果采用式（1）来校核城市内涝，应提高表1 中的径流系数。 设计重现期为20～30 a、30～50 a、50～100 a 时，径流系数分别提高10%～15%、20%～25%、30%～50%。 如果提高后的径流系数＞1，直接取1。 此外，在汇水面积超出2 km2的条件下，还要考虑地面渗透性能和区域降雨的时空分布不均匀性。

2.2.2 污水流量计算

城市污水系统应先计算旱季设计流量， 并利用雨季设计流量进行校核。 城市分流制污水系统旱季设计流量可按式（2）计算：

式中，Qdr为污水系统旱季设计流量，L/s；K、K′分别为综合生活污水量变化系数和工业废水量变化系数，无量纲；Qd、Qm、Qu分别为设计综合污水量、设计工业废水量、入渗地下水量，L/s，其中入渗地下水量只在地下水位较高的区域考虑。

2.3 管材材料选择

市政给排水常用的管道材料有混凝土管道和塑料管道两大类。

2.3.1 性能对比

混凝土管道和塑料管道的性能对比如表2 所示[4]。

表2 塑料管与刚性管技术性能比较

2.3.2 施工和经济对比

刚性管基础一般是混凝土条形基础，塑料管基础为砂垫层。 在管道埋深相同的条件下，混凝土条形基础的造价远大于砂垫层。 因此，即使塑料管单价比混凝土管贵，考虑到基础造价，塑料管仍具有一定的经济优势。 此外，混凝土管施工工艺复杂，需要机械设备较多，且施工工期长；塑料管施工方便，人工搬运即可，且施工周期短。

2.4 管道竖向布置方式

2.4.1 管道埋深

由GB 50014—2021《室外排水设计规范》，给排水管道的最小覆土深度确定时应综合考虑管道材料强度、 外部荷载大小、土壤力学性质等因素及当地埋管经验[5]。一般情况下，人行道下埋置的给排水管道埋深≥60 cm，车行道下埋置的给排水管道埋深≥70 cm。 如果埋管条件受限，使得给排水管道顶部覆土深度超过小于规范规定值， 应对给排水管道采取加强措施。同时，管道埋深不宜过大，以免开挖断面面积过大。以某地区直径600 mm 的排水管道为例，计算了不同埋深下其工程造价，并用线性函数拟合了管道埋深和管道造价的关系，用于预测不同埋深下排水管道造价，拟合结果见图1。

图1 埋深对排水管道造价的影响

由图1 可知：当管道埋深从2.5 m 增加7 m，管道造价分别增加了95 元、110 元、150 元、80 元、80 元、80 元、80 元、35 元，这说明排水管道造价随埋深的增大而增加，且两者之间基本呈线性正相关关系。

2.4.2 管道竖向交叉

根据给排水管道所在区域道路坡度的不同， 排水管之间的竖向交叉方式分为等流速设计、等坡度设计、等坡度＋分散式跌水设计3 类，分别适用于道路纵坡较小、纵坡适中、纵坡很大路段。 同时，根据给排水管道直径和埋置深度的不同，将其对接方式划分成管顶平接、管中接、管底平接、跌水接4 种，对接方案见图2。

图2 市政给排水管道竖向对接

排水管与其他城市既有管道的交叉方式有上跨式和下穿式两种。 上跨式是指给排水管道从既有管道上方跨越，该交叉方式施工简单，但需有较大的预留高程，管道和雨水连接管埋深浅，检查井最小高度可能不满足规范要求；同理，下穿式是指给排水管道从既有管道下方穿过， 管道埋深和检查井高度易满足要求，但施工难度大，管道开挖较深，导致土石方工程量大，工程造价高。

2.5 管道平面布置方式

2.5.1 鱼刺式布置

排水管道的鱼刺式布置适用于地势平坦，两侧汇水宽度相当的路段，其地下管线交叉的可能性大。 一般情况下，雨水管布置在路中，污水管布置在一侧，雨水连接管及预留管需横穿道路，这种布置方式可能会减小道路结构强度，且不利于施工。

2.5.2 木梳式布置

木梳式布置属于单侧布管（雨水管布置在路中，污水管布置在路侧），地下管线交叉少，布管方面，适用于道路横向自然坡度大，且两侧汇水宽度相差大的路段，比如山区单幅路中。

2.5.3 篦子式布置

篦子式排水管道多用于平原地形的多幅路， 道路两侧均布置雨水管道和污水管道，不会对道路质量产生影响，施工较方便。

3 结语

本文研究了市政给排水管道的布置原则、排水体制、管道材料、布置方式等，得到了以下几个方面的结论：（1）市政给排水管道影响因素多，在布置时应坚持与规划条件相适应、因地制宜、经济性等原则；（2）市政排水工程中的雨水系统和污水系统应相互配合、有效衔接，设计时应优先选用分流制排水；（3）给排水管道在布置前，要计算设计流量，并选择合理的管道材料；（4）市政给排水管道竖向布置主要是控制管道埋置深度和交叉方式，横向布置方式有鱼刺式、木梳式、篦子式等。