論市政給排水設計專業配合的探討

曹金清

（中國市政工程西北設計研究院有限公司）

市政公用工程是一個綜合體，它融合了各個單項的專業工程，如給水、排水、城市防洪、城市道路、城市橋梁、城市隧道、燃氣、熱力、城市軌道交通等，它們相互影響，相互依存，組成一個整體的城市基礎設施系統。作為城市基本載體的市政工程，其本身就是一個整體。從系統的角度出發，它應當是統一的，特別是各專業工程應當是相互銜接、密不可分的。但由于市政工程的特殊性，許多單項工程無論是前期設計，還是后期的施工和管理都相對獨立，以致對各階段的工作產生了不利影響。例如，在許多城市各專業設計都分屬不同的設計院來完成，即使有的工程由一個設計院負責，但不同專業的設計任務也分配給了不同的設計人員。因此，出現了不同專業的設計人員缺乏必要的相互交流，設計中專業技術指標各有側重，先行完成的設計未給后續其他專業留下充分的設計空間等現象，甚至造成設計銜接的困難。盡管從各自的專業審查角度出發，均能滿足各自的規范要求，但從總體實施效果來看，往往由于先行設計的考慮不周給后續設計增加了難度，并最終導致施工困難和工程造價的增加。

1 排水工程設計與道路工程的聯系

道路工程與排水工程雖然分屬于不同的專業門類，但在實際工程中卻是密不可分的。cJJ37一90<《城市道路設計規范》規定："道路的平面、縱斷面、橫斷面應相互協調。道路標高應與地面排水、地下管線、兩側建筑物等配合"。由此可見，道路工程與排水工程在規劃設計上存在著緊密聯系。限于專業的不同，它們又有各自的側重點。道路專業側重于滿足行車、行人的需要；排水工程則側重于滿足水量排放的需要。但有些設計師往往以道路設計為重，降低了排水設計的地位，認為排水是二次道路設計，即根據確定的道路路面標高，減去管道相應的埋深，連接經計算的管道底標高而成的設計。這種做法不僅將排水的專業設計簡單化，而且忽略了排水專業特有的、也是最關鍵的水力計算。

實際工程設計中，一般的設計順序是"道路在先，排水在后"，道路工程確定平面圖、縱斷圖和橫斷圖，排水工程則依據批準的道路施工圖紙進行排水管線的平面和縱斷設計。在大多數規劃較為完善的城市，道路平面結合放地邊界的坐標，排水平面結合批準的管網綜合圖，基本上不會有太大的變動，設計的重點是在縱斷設計上。

2 排水工程的縱斷設計

道路工程縱斷設計有許多原則，因地理位置的不同，各地區設計參數的取舍存在很大的差異。某地區因地面標高起伏比較大，為了充分結合自然地形，城市道路系統的結構形式采用自由式。道路縱坡的取值范圍為：考慮到路面排水的需要，最小縱坡取值一般≮0.3% ；考慮到汽車的爬坡能力及一定的行車速度要求，干道最大縱坡一般控制在6%左右，低等級道路及困難地段可酌情增大。作為重力自流管(泵送雨、污水除外），排水工程管道流水底縱坡一般根據道路的設計坡度取相近值。除非遇到管道埋深不同、管道交叉、管道水力計算的要求等特殊情況，才進行必要的調整。為滿足一定的水力條件，管道最小縱坡取值一般≮0.3%,最大縱坡則根據不同的水質雨水或污水）、不同的管徑及設計充滿度、不同的管材等技術參數，由最大流速控制。根據GBJ14一87《室外排水設計規范》的規定，排水管道的最大設計流速為：金屬管道10m／s；非金屬管道5m／s。

在工程實施階段，排水工程的水力計算，根據排放的水量、水質(雨水或污水）等指標，確定合理的水流有效斷面面積A及流速u0，其中水流有效斷面面積A決定了排水管道管徑的大小,同時也決定了工程造價。而根據υ=1/n·R2/3·I1/2,在n、R 一定的條件下,流速取決于管道的坡度I0根據管渠流量公式：Q=Aυ0，當其中的1個變量為常數時，流量Q將隨著另1個變量的增加而增加。

假設某工程的管材及管徑均為定值，由Q-Aυ=A·1/n·R2/3·I1/2，其中A，n，R均為常數，記3項的乘積為c，則Q=c·I1/2，令c=1，可得管道流量與坡度的關系式為Q=I1/2。其遞增關系如圖1所示。

圖1 管道流量Q 與管道坡度I的遞增關系

由圖l可知，在管材、管徑確定的前提下，管道流量Q與管道坡度I存在遞增關系。當管道坡度I增大到一定程度時，管道流量Q增加，可以達到排放要求。可見，在不超過最大流速及工程環境等要求的前提下，通過提高道路設計坡度使管道坡度提高，從而可減小水流有效斷面面積A（即減小管徑）,達到降低工程造價的目的。

3 工程實例

某雨水排放工程，總匯水面積為6.27hm2，管道總長度約580m。選取該工程管道長度為152m,位于該排水區域下游。末端井雨-5已經確定，上游管道假定不同的道路縱斷設計坡度，分別記為方案A和方案B，計算結果見表1和表2。

計算結果表明,適當地增大道路縱斷坡度,可以提高排水流速,從而減小管徑,最終節省工程造價(方案B比方案A節省造價約28%)。

4 設計體會

4.1 各專業設計應從市政工程的整體出發,作為同一條道路下的各種附屬物,在規劃前期應當根據各自的特點做好銜接,統籌兼顧,而不應各自為政,以致形成相互干擾的局面。這也需要各專業設計人員盡量了解其他相關專業的知識,設計時做到有的放矢,綜合考慮。

4.2 為提高重力流管道的排放能力,道路縱坡取值不宜過小,否則會使排水管道坡度取值較小,而為了滿足設計流量的要求,不得不增大管道的管徑,從而增加了工程造價。

4.3 道路縱坡取值也不宜過大,否則將使排水管道坡度取值較大,雖然滿足了流量的要求,但由于受最大流速的限制,管道坡度的取值必須限定在一定的范圍內,對困難地段需設置跌水等調節措施,從而增大了后期養護管理工作的難度。

[1]蘭成全.市政給排水設計與規劃的相關問題探討.中國科技信息,2010年18期.

表1 方案A管道計算表

表2 方案B管道計算表