簡述市政給排水管道工程的結構設計

李昭　劉文亮　楊濤

摘要：本文通過實際工程案例對市政給排水管道工程中的結構設計進行了分析與探討，以供相關設計人員參考。

關鍵詞：市政給排水；管道工程；結構設計

引言

給排水工程最重要的部分就是管道結構的設計，這是一個實踐經驗和能動性相結合的過程，在滿足相關規范要求的前提下，掌握設計的主要內容，然后根據實際情況進行施工，從而保證管道工程結構設計的經濟合理。

1.工程地質條件

為準確反應給排水管道沿線的水文地質情況、地形地貌，必須要具備完整的地形勘探資料與水文地質勘探資料。經地勘單位勘探，主要成果如下：供水管線地處山前傾斜平原區，地形起伏不平，出露地層為第四系上更新統洪沖積低液限粉土、低液限粘土，結構較松散，其中上部低液限粉土厚6～15m，下部低液限粘土厚度大于10m，局部分布人工堆積物，主要為雜填土、建筑和生活垃圾等。供水管線改線段供水管道持力層為為上更新統洪沖積上部低液限粉土，據該層土的物理力學性質指標及標準貫人試驗指標等，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1：0.75～1：1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性土，地基土濕陷厚度為6.0m，濕陷等級為I級。建議管基底部增設3：7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。區內地下水位埋深大于15.0m，對工程無影響。供水管線區地基土對混凝土及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

2.市政給排水管道結構設計的主要內容

2.1管道結構形式。一般來說，由給排水專業來確定管道材料及結構形式，與此同時，也要綜合、全面考慮管道的用途、口徑、流量、工作環境、覆土深度、敷設方式以及經濟指標、水文地質情況等因素。自來水廠的原水及輸水管道通常屬于承壓管，往往會采用以下幾種結構：鋼、鑄鐵、玻璃鋼、PCCP管、現澆鋼筋混凝土箱涵以及PE管等；而污水廠等重力流管道通常屬于非承壓管道或者壓力較小，出于經濟性考慮，往往會采用以下幾種結構：砌體蓋板涵、混凝土、鋼筋混凝土以及現澆鋼筋混凝土箱涵；在遇到鐵路、公路、過河渠等特殊地段或特殊情況的時候，局部地段的管道壓力較大時也可以采用鋼管形式。本文工程原水主管采用PCCP管，接口形式為承插口。

2.2管道結構設計及基礎選型。以管道規格、地面荷載、覆土深度以及試驗壓力、工作壓力、地下水位為主要根據，對管道的剛度、管道的強度進行復核、計算，最終確定管道結構配筋率、管道壁厚。而對于一些必須通過進行加固才能滿強度要求、剛度要求的管道來說，可以根據計算結果，選擇合理的加固措施，比較常用的加固措施主要包括管廊包管、混凝土包管以及鋼筋混凝土包管。

本文工程采用的是PCCP標準管，采用美國壓力管協會ACPPA為ASNI/AWWAC304編制的專用軟件UDPI.6對管道進行結構計算，其中：鋼筒厚度：1.5mm；鋼絲強度：1570MPa；活荷載：汽一20級重載車；纏絲應力：75%×1570MPa。計算結果如表1所示。

因此，為了減少管子覆土規格的種類，加快管子安裝進度，保證管子由于覆土而造成的質量隱患，路面下清水管路的DNl200直徑PCCP管采用120°基礎包角。

2.3管道敷設方式。應綜合考慮管道地面障礙物、地下障礙物以及覆土深度等因素合理選擇敷設方式。一般情況下，管道敷設方式主要包括架空、頂管以及溝埋這三種，其中溝埋式是最常用的一種管道敷設方式。在利用溝埋式難度較大的情況下，可以選擇架空、頂管等方式。管道敷設方式方式不同，管道結構設計也會有所不同。本文工程局部有穿越鐵路線障礙處采用大直徑混凝土頂管（內徑2m，原水管從其中穿過），由鐵路部門單獨設計。

2.4抗震設計。在確定管線走向時，應盡量規避不利于抗震的地基、場地，若是必須要經過液化土地基、地震斷裂帶，則應根據管道的使用條件、重要性進行綜合考慮。對于給水管道來說，應當選擇延性良好、抗拉強度高以及抗折強度高的鋼管，此外還要密切注意進行防腐；對于排水管道來說，應當選擇鋼筋混凝土形式的管道，并采取構造措施，以盡量避免出現嚴重的損害。本文工程實例中，區域地震動峰值加速度為0.15g；本區地震動反應譜特征周期為0.4s；工程區地震抗震設防烈度為7度。綜上，在進行結構設計時，也要適當加強抗震設計。

2.5構造措施。首先，地基處理。應當將地基處理的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖包含在設計圖中，掃描矢量化要進行處理的地段的地勘資料縱斷面，并選擇合適的參考點，以給排水專業的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖為主要根據，在地質縱斷面上放置管道基底輪廓線，然后再劃分地質單元，注明樁號、基底高程，并將地下水位以及基底以下、溝槽范圍內的土層構造標明。根據樁號劃分，確定需要處理的部分，再針對地質情況、厚度，采取相應的處理方法。本文實例工程中，樁號0+000～1+382.05地段、樁號1+382.05～11+850地段以及供水管線改線段的水管道持力層為上更新統洪沖積上部低液限粉土，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1：0.75～1：1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性。因此，建議管基底部增設3：7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。

3.結束語

總之，市政給排水管道工程結構設計的質量直接關系到市政給排水管道工程的經濟效益，因此，必須加強對管道結構設計的重視。