对建筑给排水管道结构设计进行探讨

摘 要: 随着城市化进程的发展，基础设施建设步伐日益加快，建筑给排水工程在市政建设工程中所占的比重也越来越大。为了提高建筑给排水管道工程质量，首先要根据城市道路条件做好科学设计，本文根据实际情况， 因地制宜、因时制宜, 经过充分的市场调查与经济技术比较, 做到既质量优良, 又经济合理、施工方便。

关键词: 建筑给排水；管道；结构设计；内容；问题

前言：建筑给排水设施, 是保证城市地面水及时排除, 防治城市水污染, 并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施, 我国排水工程建设初创于50年代, 到80年代以后, 随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,建筑给排水设施建设得到较快发展, 但建筑给排水设施普遍存在各种问题, 如防洪排水能力不足; 平坦地区的排水管渠的坡度偏小, 易淤积; 部分地区的排水设施不成系统, 易形成内涝等。造成这些问题的原因, 有设计不合理, 日常管理不到位, 自然条件变化等。通过对许多工程设计的总结, 我们认为, 建筑给排水工程设计能否更好地避免这些问题的发生, 做到经济合理, 运行安全,受市政给排水工程规划的影响较大。

1、现场踏勘

给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

2、测量和地勘要求

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

2.1 勘探点间距和钻孔深度

勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。

2.2 提供勘探成果要求

划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

3、结构设计内容

3.1 结构形式

管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。

一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

3.2 结构设计

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。

对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

3.3 敷设方式

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。

3.4 抗浮稳定

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。

3.5 抗震设计

3.5.1 场地和管材的选择

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构,并有相应的构造措施,尽量避免严重破坏。

3.5.2 构造措施

承插管设置柔性连接;砖石砌体的矩形、拱形无压管道,除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外,一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形,提高管道的抗震性能;圆形排水管应设置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用钢丝网水泥带,液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管;管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料,若管道必须与墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接;管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。

(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面,选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上,划分地质单元并注明桩号和基底高程,标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分),确定需处理的范围,针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有:换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。

(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道,应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。

4 给排水管道设计中的其他问题

4.1 在用户管线出口建立格栅

中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。

4.2 在检查井井底设置沉淀池

中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉30～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

4.3 在检查井内设置闸槽

干管中的流量和流速均较大,有的检查井内的水位较高,管道维护作业或户线管接头时,需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业,建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽,通过闸槽的开闭控制水流,便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工,建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。

5 结束语

总之，建筑给排水管道工程与人民生产生活息息相关，其使用功能的好坏，涉及到千家万户的切身利益，关系着城市防涝及地下水和土壤被污染的生态问题。因此加强建筑给排水管道工程的设计工作具有重要的意义。