城鎮污水管網工程設計要點淺析

朱雅寧

污水管網是重要的城市基礎工程設施之一，本文主要分析了城鎮污水管網建設工程中，污水管網設計需考慮的幾個設計要點，為工程順利施工提供技術支持。

在市政與污水處理工程建設中，污水管網建設費用在工程總投資中占比很大，其建設質量直接影響城鎮衛生環境，關系到城鎮的發展和安全。污水管網工程具有工程線路長、施工現場不確定因素多、施工方案復雜等特點。設計是整個工程建設的重要環節，污水管網設計是否合理，會直接影響管道施工和管網后期運行使用。

一、城鎮污水管網設計常見問題

城鎮污水收集系統建設主要涉及以下三種情況：（1）原有污水管網建設規模不能滿足城鎮發展需要，需對原污水管網進行改造；（2）隨著城鎮化規模的擴張，新城區、開發區的建設需要新建污水收集系統；（3）部分地區仍采用雨污合流系統，污水排入雨水系統，造成嚴重的水質污染，需進行雨污分流改造。

城鎮污水收集系統建設是一項包含規劃、設計、采購、施工、運行管理等一系列環節的整體工程，污水管網設計是城鎮污水收集系統建設的關鍵。目前，城鎮污水管網設計主要存在以下幾個方面的問題：（1）前期資料收集不夠全面、現狀調查不夠深入，導致管道布置不合理，后期施工給群眾生活和城市交通造成不便；（2）未結合城市遠期規劃，導致管徑選擇不合理，不能滿足城鎮遠期發展對排水管道的要求；（3）管材選擇不合理，管道承載力不夠，導致污水管網運行時出現管道斷裂、塌陷等問題；（4）施工工藝選擇不合理，地基處理、溝槽回填措施不到位，導致施工難度增加或無法施工，影響工程工期。

二、城鎮污水管網工程設計要點分析

1.前期資料收集和現狀調查

目前城鎮污水管網大多敷設在基礎設施比較完善的城區或鎮區，道路、橋梁、地塊開發已經建設完成，地下管線、建構筑物等設施錯綜復雜，因此在設計前期收集和調查影響管道布置和定線的各種現狀資料至關重要。（1）污水主干管一般沿污水量大、地下管線較少的道路敷設，且應符合規劃要求。因此設計前期需詳細調查和掌握排水量大的工業企業和公建情況、城市總體規劃和排水專項規劃等。（2）管道布置須充分利用地形，盡量使污水自留接入，減小管道埋深；盡量減少與各種地上、地下建構筑物交叉。（3）調查工程范圍內的已建排水工程的排水體制、污水提升泵站、污水收集管網的布局走向、管徑、服務區域面積等，充分利用原有設施。（4）污水主干管一般沿道路布置，設計前期需查明道路下現狀管線平面布置及高程，在設計中充分考慮新建管道與已建管道的銜接及現狀管線的保護。

2.污水管道設計計算

污水管道設計計算包括管徑、流量、坡度、充滿度、流速、管道銜接方式等幾個要點。（1）管徑應按遠期流量考慮，而污水量的預測應結合人口指標法、單位用地指標法、人均綜合用水量指標法等多種方法及當地城鎮發展水平、基礎設施完善程度等因素綜合考慮；（2）管道充滿度、流速、坡度一般按照現行的《室外排水設計規范》的規定，并結合當地地形、管道運行維護、與已建管道的銜接等因素，選擇最優取值；（3）管道銜接方式視實際情況而定，一般異管徑管道及同管徑坡度變陡的管道采用管頂平接，同管徑管段采用水面平接，下游管徑小于上游管徑（坡度變陡），管底平接。

3.污水管網施工工藝選擇

污水管網設計在選擇施工工藝時應根據現場施工條件、道路等級、交通流量、工程造價等因素綜合考慮，排水管道常見的施工工藝有開挖、頂管、拖拉管等。

（1） 開挖施工

開挖施工適用于各種管徑、材質的淺埋排水管道。污水管道在現狀道路下施工，對于管道埋深不大、施工場地比較開闊、開挖溝槽和施工降排水對臨近建（構）物無影響的地段采用開挖明槽敷設管道，地質情況和間距不能滿足放坡開挖條件的，可采用槽鋼、鋼板樁支護。管道基礎須落在穩定土層上，地基承載力需達到設計要求，施工前挖地質探坑了解地質情況，對不良地質進行地基加固。溝槽開挖時需做好邊坡穩定、降排水措施，盡量縮短基坑施工時間和縮短溝槽開挖段的長度，并查明溝槽附近各種管線的位置、管徑，做好保護措施。

（2）頂管施工

頂管施工一般用于大管徑污水管道的施工，頂管常用管材有鋼筋混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管等。頂管常用于地質承載力差、埋深較深、橫穿道路、河道或離建筑較近的情況，需滿足《給水排水工程頂管技術規程》（CECS 246：2008）的相關要求。頂管施工需重點考慮以下幾個因素：①頂管管位應避開障礙物和其他管線，保證安全距離；②頂管宜在黏土、粉土和砂土等土層中頂進，土體承載力應不小于30kPa；③長距離頂管須根據頂力要求設置中繼間，并考慮溫度應力影響；④頂管施工需設置頂管工作井和接收井，井的尺寸一般按滿足頂管機的工作要求設計，穿墻管止水裝置根據土層、地下水壓力等選擇盤根止水或橡膠板止水；⑤頂管對管材等級、壁厚要求較高，實際工程中需根據管徑、頂進長度、土質條件等進行綜合考慮并由相關專業進行核算。

（3）拖拉管施工

拖管施工常用于管徑DN800及以下污水管道的施工，拖拉管常用管材為PE管、鋼管等。拖拉管施工需滿足《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》（CECS 382：2014）的相關要求。需重點考慮以下幾個因素：①拖拉管管材須滿足回拖力要求，以防管道拉扁拉斷；②施工前應了解地下工程地質情況，穿越軌跡宜布置在黏土、強風化泥頁巖、中致密砂層等土層中；③穿越河道和其他地上、地下障礙物時，須保證足夠的安全距離；④需根據管徑、土質、鉆機能力等合理選擇擴孔程序；⑤導向孔鉆進、擴孔及回拖時，應及時注入適合工況的鉆進液，防止塌孔，拉管結束后及時注漿加固土體。

4.污水管道基礎處理

污水管道基礎須落在穩定地基上，一般要求管道地基承載力不低于80kPa，井室地基承載力不低于100kPa。如地基不穩定，可能造成使用期發生不均勻沉降，管道接口脫節，造成污水滲漏，影響污水處理系統正常運行，因此需采取加固措施。不良土層厚度較小時，可采用設置褥墊層法、換填法、拋石擠淤等方法；不良土層較厚時可采用水泥攪拌樁復合地基法、排水固結法等及其它樁基處理方法。地基需要特別處理時，應由結構專業進行專項設計。

5.施工中需采取的防護措施

城鎮污水管道設計時，一般要與其他管線保持規范要求的水平及垂直間距。但是在現狀道路下敷設污水管道，不可避免的與道路下的已有管線產生平面和高程上的矛盾沖突。當受施工場地、開挖面及現狀管線等因素限制難以滿足要求時，可根據實際情況采取安全防護措施。（1）當污水管道鄰近樁基礎、基坑時，可通過樹根樁、鋼板樁、攪拌樁等形成隔離帶，防止施工管道周圍的土體位移、坍塌；（2）當污水管道開挖致使其他管線暴露在基坑內時，可采用槽底磚砌墩支撐或吊索固定管線的方法對上部現狀管線進行保護；（3）當污水管道與相鄰管道無高程沖突且污水管道位于上方時，應先測算兩管道間距和交叉處的槽底地基承載力，若滿足設計和規范要求，污水管道可直接施工，否則須進行地基處理，將兩管道之間的原狀土挖除，填充中粗砂或低強度混凝土后再施工污水管道或在污水管道的基礎下增設保護墊層；（4）當污水管道與其他管線發生交叉且高程發生沖突時，可根據實際情況采用兩根或兩根以上小管徑管道代替原設計污水管道或采用倒虹管法等來避讓現狀管線；（5）拖拉管、沉井施工中，若由于超挖或坍塌造成地面沉降或土體位移，可通過注漿對土體進行填充和加固。

三、結語

城鎮污水管網設計是市政工程建設的重要階段，其質量優劣直接影響到污水收集和處理系統能否正常運轉，城鎮污水管網設計中必須做好前期資料收集和調查，結合城市規劃和現狀條件，制定最優化的設計方案，以為后期施工提供可靠的技術指導和支撐，充分發揮污水管網設計在整個工程建設中的實際效用。