議市政給排水管道的科學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計

于海波

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

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

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，能夠確保市政給排水管道的運行質(zhì)量，對于打造城市和諧環(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)計是一項復(fù)雜工程，涉及到水文地質(zhì)、地形地貌、敷設(shè)、抗浮、抗震、造價等多方面因素，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要講究科學(xué)性，如此才能保證市政給排水管道的性價比合理。

1 實地勘察與測量

1.1 實地勘察

市政給排水管道是為整個城市進行供水、排水服務(wù)的管道系統(tǒng)，它最大的特點就是敷設(shè)距離長，需要覆蓋整個城市，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)計十分復(fù)雜，涉及到多個方面，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員聯(lián)合地質(zhì)人員、概預(yù)算人員、給排水設(shè)計人員等多方進行實地勘察，選擇最合適的管道線路，對管道擬通過區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌等情況詳細掌握，必要時需要對復(fù)雜區(qū)域進行詳細勘察。

1.2 測量要求

進行測量的首要條件是請求相關(guān)部門配合提供管道走線區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌等詳細資料，從而確保測量前準確掌握目標區(qū)域的水文地質(zhì)、地形地貌情況。在測量過程中要注意以下問題：

①測量過程要求

在對給排水管道走線區(qū)域進行測量時，要以管道為中心布設(shè)勘探點，勘探點離管道的距離不得超過3m，勘探點的疏密程度根據(jù)目標區(qū)域的地形地貌復(fù)雜程度而定，通常兩個勘探點的間距在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，可以適當縮短勘探點間距。勘探點的鉆孔深度通常要求超過管道埋深1m以上，如果管道埋設(shè)通過河流等水域，這鉆孔深度要求超過河床最大沖刷深度3m以上。

②測量結(jié)果要求

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

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計內(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)計人員和結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員共同參與，其中給排水專業(yè)設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)形式進行初步擬定，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員根據(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

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員所提供的管道壁厚、管道等級、配筋方案等，都是通過對管道的剛度和強度計算、復(fù)核所得出的，這些計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、試驗壓力等。對于一些對剛度和強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法滿足需求，就需要采取必要的加固措施來對管道進行加固。或者利用增加鋼管壁厚的方式來加強管道剛度和強度的方案不具性價比時，通常也會采取加固的方式來對管道進行加固。總而言之，是否選擇加固，需要充分考慮實際需求和方案性價比等因素。

2.3 敷設(shè)方式

在設(shè)計敷設(shè)方式時，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)計敷設(shè)方式時，都會采用溝埋式，如果溝埋式無法滿足實際需求，或很難 完成敷設(shè)工作，則可以選用頂管、架空等方式來對管道進行敷設(shè)，不同的敷設(shè)方式設(shè)計方案，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計方案作出不同調(diào)整。

2.4 抗浮穩(wěn)定

結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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)計時就需要重視管道的抗浮穩(wěn)定，設(shè)計好抗浮措施，避免浮管影響施工。

2.5 抗震設(shè)計

我國是一個多震國家，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員在對給排水管道進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要進行必要的抗震設(shè)計，抗震設(shè)計主要體現(xiàn)在三個方面，及場地選擇、管材選擇、構(gòu)造措施。

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

②管材選擇：在對管材進行選擇時，要充分考慮現(xiàn)場情況、實際需求、經(jīng)濟效益等因素，合理選擇抗拉強度、抗折強度、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。必要時可以對排水管道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行加固，避免地震破壞管道。

③構(gòu)造措施

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

3 管道監(jiān)控

當管道出現(xiàn)破損、堵塞等問題時，通常較難排查，往往需要大量的工作人員消耗大量的時間來進行檢修，所以結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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，對管道運行狀況進行監(jiān)控，其原理是：在管道中安裝大量廉價的傳感器，利用傳感器對管道內(nèi)的流速、壓力、溫度等數(shù)據(jù)進行采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給PLC系統(tǒng)進行分析，實現(xiàn)對管道的實時監(jiān)控。當某段管道出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)就能夠第一時間接收到異常數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障并分析原因，并通過對傳感器的定位來實現(xiàn)對故障段的確定。其具體運行機制是：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)對管道進行監(jiān)控，極大地縮減了定位故障段、排查故障原因的時間，提高了維修效率，能夠最大程度避免管道故障帶來的負面影響，如水資源浪費、影響居民正常生活等。

4 結(jié)束語

綜上所述，市政給排水管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計十分復(fù)雜，不僅需要考慮水文地質(zhì)、地形地貌等現(xiàn)實因素，還要考慮性價比等經(jīng)濟因素，對勘探、測量、設(shè)計、敷設(shè)、抗浮、抗震、監(jiān)管等都有嚴格要求，對市政給排水管道進行科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效保障給排水管道的使用壽命和運行質(zhì)量，降低故障發(fā)生率，減少因給排水管道故障對水資源造成的浪費，以及給居民生活帶來的不便。