議市政給排水管道的科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

于海波

摘 要：市政給排水管道的科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即設(shè)計(jì)前的勘察與測(cè)量、設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)內(nèi)容、使用后的監(jiān)控管理。本文對(duì)設(shè)計(jì)前的勘察與測(cè)量要求，設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、敷設(shè)方式、抗浮穩(wěn)定、抗震設(shè)計(jì)，使用后的監(jiān)控措施等進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：市政工程；給排水管道；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

市政給排水管道是城市主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，做好市政給排水管道的科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠確保市政給排水管道的運(yùn)行質(zhì)量，對(duì)于打造城市和諧環(huán)境，提高居民生活質(zhì)量具有重大意義。尤其是市政給排水管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜工程，涉及到水文地質(zhì)、地形地貌、敷設(shè)、抗浮、抗震、造價(jià)等多方面因素，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要講究科學(xué)性，如此才能保證市政給排水管道的性價(jià)比合理。

1 實(shí)地勘察與測(cè)量

1.1 實(shí)地勘察

市政給排水管道是為整個(gè)城市進(jìn)行供水、排水服務(wù)的管道系統(tǒng)，它最大的特點(diǎn)就是敷設(shè)距離長(zhǎng)，需要覆蓋整個(gè)城市，從而提供居民生活用水、市政用水、農(nóng)林業(yè)灌溉用水、工業(yè)生產(chǎn)用水、畜牧業(yè)和漁業(yè)養(yǎng)殖用水等，所以管道通常會(huì)穿越居民密集區(qū)域、城市道路、鐵路、農(nóng)田、山林、河流等區(qū)域，所以給排水管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，涉及到多個(gè)方面，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員聯(lián)合地質(zhì)人員、概預(yù)算人員、給排水設(shè)計(jì)人員等多方進(jìn)行實(shí)地勘察，選擇最合適的管道線路，對(duì)管道擬通過(guò)區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌等情況詳細(xì)掌握，必要時(shí)需要對(duì)復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察。

1.2 測(cè)量要求

進(jìn)行測(cè)量的首要條件是請(qǐng)求相關(guān)部門配合提供管道走線區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌等詳細(xì)資料，從而確保測(cè)量前準(zhǔn)確掌握目標(biāo)區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌情況。在測(cè)量過(guò)程中要注意以下問(wèn)題：

①測(cè)量過(guò)程要求

在對(duì)給排水管道走線區(qū)域進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要以管道為中心布設(shè)勘探點(diǎn)，勘探點(diǎn)離管道的距離不得超過(guò)3m，勘探點(diǎn)的疏密程度根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地形地貌復(fù)雜程度而定，通常兩個(gè)勘探點(diǎn)的間距在30m到100m范圍內(nèi)，若水文地質(zhì)、地形地貌復(fù)雜，或變化較大，可以適當(dāng)縮短勘探點(diǎn)間距。勘探點(diǎn)的鉆孔深度通常要求超過(guò)管道埋深1m以上，如果管道埋設(shè)通過(guò)河流等水域，這鉆孔深度要求超過(guò)河床最大沖刷深度3m以上。

②測(cè)量結(jié)果要求

在提交的測(cè)量結(jié)果里，需要對(duì)管道沿線區(qū)域的地質(zhì)單元進(jìn)行劃分；對(duì)管道沿線區(qū)域內(nèi)的井、泉、河流等分布、水位情況進(jìn)行標(biāo)注并估測(cè)影響；對(duì)管道埋設(shè)周圍的地層、巖性、厚度進(jìn)行標(biāo)注；對(duì)管道沿線區(qū)域內(nèi)的滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象的影響進(jìn)行評(píng)估；對(duì)巖層產(chǎn)狀、分化破碎程度、活動(dòng)斷裂帶的性質(zhì)和分布進(jìn)行備注，等等。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)形式

排水管道的結(jié)構(gòu)形式確定通常是由給排水專業(yè)設(shè)計(jì)人員和結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員共同參與，其中給排水專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行初步擬定，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員根據(jù)管道的用途、口徑等情況，從結(jié)構(gòu)專業(yè)的角度提出一些意見供其參考。比如：承壓管道可以采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、鑄鐵管、鋼管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等；非承壓管道可以采用鋼筋混凝土管、現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵、砌體蓋板涵等；大口徑管道可以采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵等。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員所提供的管道壁厚、管道等級(jí)、配筋方案等，都是通過(guò)對(duì)管道的剛度和強(qiáng)度計(jì)算、復(fù)核所得出的，這些計(jì)算的影響因素包括管道規(guī)格、管道埋深、地下水位、地面荷載、試驗(yàn)壓力等。對(duì)于一些對(duì)剛度和強(qiáng)度有著特殊需求的管道，如管廊、混凝土或鋼筋混凝土包管等，單純的依靠管材本身的特性無(wú)法滿足需求，就需要采取必要的加固措施來(lái)對(duì)管道進(jìn)行加固。或者利用增加鋼管壁厚的方式來(lái)加強(qiáng)管道剛度和強(qiáng)度的方案不具性價(jià)比時(shí)，通常也會(huì)采取加固的方式來(lái)對(duì)管道進(jìn)行加固。總而言之，是否選擇加固，需要充分考慮實(shí)際需求和方案性價(jià)比等因素。

2.3 敷設(shè)方式

在設(shè)計(jì)敷設(shè)方式時(shí)，需要考慮的影響因素有：管道埋深，地面、地下障礙物等。敷設(shè)方式主要包括溝埋式、上埋式、頂管、架空等。通常設(shè)計(jì)敷設(shè)方式時(shí)，都會(huì)采用溝埋式，如果溝埋式無(wú)法滿足實(shí)際需求，或很難 完成敷設(shè)工作，則可以選用頂管、架空等方式來(lái)對(duì)管道進(jìn)行敷設(shè)，不同的敷設(shè)方式設(shè)計(jì)方案，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案作出不同調(diào)整。

2.4 抗浮穩(wěn)定

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮埋管區(qū)域的水環(huán)境，如地下水位較高、施工期多雨、排水困難等，遇到這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)就需要重視管道的抗浮穩(wěn)定，設(shè)計(jì)好抗浮措施，避免浮管影響施工。

2.5 抗震設(shè)計(jì)

我國(guó)是一個(gè)多震國(guó)家，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在對(duì)給排水管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行必要的抗震設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，及場(chǎng)地選擇、管材選擇、構(gòu)造措施。

①場(chǎng)地選擇：管道走線盡量避開不利于進(jìn)行抗震的場(chǎng)地，如地震斷裂帶、可液化土地基等。

②管材選擇：在對(duì)管材進(jìn)行選擇時(shí)，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)情況、實(shí)際需求、經(jīng)濟(jì)效益等因素，合理選擇抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、延展性的鋼管，并且做好防腐措施，避免鋼管腐蝕影響其抗震效果。必要時(shí)可以對(duì)排水管道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，避免地震破壞管道。

③構(gòu)造措施

構(gòu)造措施是對(duì)管道進(jìn)行深度抗震保護(hù)的有效措施，如在承插管連接處設(shè)置柔性保護(hù)；在管道與套管之間設(shè)置柔性填充物，增強(qiáng)管道穿越構(gòu)建物時(shí)的抗震能力；在管道的鋼筋混凝土接口處設(shè)置柔性保護(hù)，增強(qiáng)管道穿越液化地域時(shí)的抗震能力等。

3 管道監(jiān)控

當(dāng)管道出現(xiàn)破損、堵塞等問(wèn)題時(shí)，通常較難排查，往往需要大量的工作人員消耗大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行檢修，所以結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮PLC系統(tǒng)的應(yīng)用，預(yù)留出PLC系統(tǒng)的接入位置，設(shè)計(jì)出傳感器的安裝方案等。

管道監(jiān)控是利用組態(tài)軟件和PLC結(jié)合，對(duì)管道運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，其原理是：在管道中安裝大量廉價(jià)的傳感器，利用傳感器對(duì)管道內(nèi)的流速、壓力、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給PLC系統(tǒng)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)某段管道出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)就能夠第一時(shí)間接收到異常數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障并分析原因，并通過(guò)對(duì)傳感器的定位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障段的確定。其具體運(yùn)行機(jī)制是：①系統(tǒng)接收異常數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障；②分析異常數(shù)據(jù)，做出初步診斷；③定位傳感器，確定故障段；④將故障信息（初步診斷結(jié)果和故障段定位）發(fā)送給維修人員。利用組態(tài)軟件和PLC系統(tǒng)對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)控，極大地縮減了定位故障段、排查故障原因的時(shí)間，提高了維修效率，能夠最大程度避免管道故障帶來(lái)的負(fù)面影響，如水資源浪費(fèi)、影響居民正常生活等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，市政給排水管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，不僅需要考慮水文地質(zhì)、地形地貌等現(xiàn)實(shí)因素，還要考慮性價(jià)比等經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)勘探、測(cè)量、設(shè)計(jì)、敷設(shè)、抗浮、抗震、監(jiān)管等都有嚴(yán)格要求，對(duì)市政給排水管道進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效保障給排水管道的使用壽命和運(yùn)行質(zhì)量，降低故障發(fā)生率，減少因給排水管道故障對(duì)水資源造成的浪費(fèi)，以及給居民生活帶來(lái)的不便。