舊城區市政排水管道改造優化設計研究

宋培忠　吳雪

摘要 市政排水管道是市政道路工程中的重要組成部分，隨著城市現代化的發展，老舊城區市政排水管道已不能滿足排水功能要求，出現管道堵塞以及雨污合排現象，對城市地下水造成污染。以昆明老舊城區為調查對象，對舊城區的排水管道布設、材料以及病害類型進行調查，分析舊城區市政管道設計存在的問題。根據調查結果及市政管道設計問題，基于海綿城市理念提出排水管道優化設計方案。

關鍵詞 舊城區;排水管道;優化設計;雨污分流

中圖分類號 TU992.05文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0058-03

引言

市政排水管道作為城市結構中的排水設施，決定了城市抵抗極端暴雨的能力[1]。對于老舊城區來說，前期設計要求較低，市政排水管道已經不能滿足日常使用要求[2]。在夏季，由于環境的變化，極端暴雨天氣增加，市政排水管道在設計時排水流量設計過小，造成城區市政道路積水，嚴重影響雨天車輛交通的運行[3]。排雨與排污管道未分開設置，易造成雨污合流，雨季出現排水管道污水上冒的現象[4]。排水管道修建使用時間過長，道路垃圾及雜物順著排水管道井蓋孔隙進入管道內部，排水管道直徑較小，常年的雜物造成排水管道堵塞，排水功能下降，在雨季出現排水不暢或管道完全堵塞，雜物垃圾與雨水一起上冒產生道路積水。市政道路路面積水過多時，由于下部布設其他管道及電纜設施，造成城市斷電或其他危險情況[5]。因此，老舊城區的市政排水管道改造非常重要。

1 舊城區市政排水管道病害調查

1.1 工程概況

該市政排水管道項目位于昆明市某老舊城區，昆明市屬于亞熱帶-高原山地季風氣候[6]，年平均氣溫為15℃左右，晝夜溫差較小，但夏季多暴雨，平均年降水量為1 035 mm，雨季集中在6—8月份。該舊城區人口約為12萬人，城市基礎設施較為齊全，城區內存在一家工業化工廠。該舊城區市政排水管道設置于2000年，排水管道主要分為東西、南北兩條主要排水主干道，其主要參數如表1所示。舊城區的排水管道均為合流制管道，排水路徑主要分為南北、東西兩條主干線，各方向排水匯集一起沿明渠管道排出，舊城區排污口總共設置3個。市政排水管道管徑為DN500-1 600 mm，排水管網主干道總長度約為16 km，排水管道材料選用鋼筋混凝土材料，管道埋設至市政道路下部2.5～5.0 m深處。

1.2 市政排水管道現狀調查

舊城區市政排水管道由于使用時間長，設計流量小且為合流制排水，不能保證市政排水管道的排水功能。采用人工調查法，在6—8月份雨季，對舊城區內4個排水口以及3個排污口進行病害調查，調查結果如表2所示。

根據表2舊城區市政排水管道病害調查結果，得到排水管道病害類型主要為管道位置偏移積水、管道滲漏水、檢查井變形以及回填土沉降。針對7個排水口的調查，發現舊城區的排水管道已經不能夠滿足居民日常生活需求，其主要原因在于設計方面。

1.2.1 管道位置偏移與積水病害

通過對舊城區7個排水口的調查結果，得到管道位置偏移與管道積水是舊城區排水管道的主要病害之一。管道的偏移與積水主要是在老舊城區施工過程中，測量設備精度不高，有一定的測量誤差造成管道偏移，同樣在排水管道在設計過程中，為了保證長距離的排水功能，所以設置一定的坡度加快水流排出避免積水現象。還有一方面原因，管道的設計排雨量與排污量過小，昆明市夏季多暴雨天氣，降雨量達到1 035 mm，排水管道在暴雨天氣由于雨水量過大，造成排水管道內大量積水不能排出導致管線偏移，并且由于舊城區對排水管道的管理較差，使得排水管道中存在大量的雜物和垃圾，雜物垃圾堵塞管道雨季造成市政管道積水上冒的現象，舊城區排水管道采用合流制排水，某一管道的堵塞會引起整個區域的管道積水，造成內澇災害。

1.2.2 管道滲漏水病害

根據調查結果，舊城區排水管道滲漏水現象頻發，在雨季來臨時，排水管道與排污管道經常出現滲漏水現象。如圖1所示，滲漏水病害的出現主要由兩個方面引起，一方面是排水管道材料的選擇。舊城區市政排水管材為鋼筋混凝土材料，材料強度高，能夠承受的排水量與排污量較大，市政排水管道長度較長，在10 km左右鋼筋混凝土材料需要進行分段組裝，形成排水管道，但是在管道組裝接口處，組裝不牢固，有一定的縫隙易產生漏水點。并且鋼筋混凝土材料的自重較大，引起地基的不均勻沉降，沉降部分易產生管道開裂，嚴重的沉降會導致排水管道斷裂。鋼筋混凝土材料的體積穩定性較差，當排水流量過大時，產生的沖擊力易使材料出現表面損害，導致鋼筋混凝土出現露筋，鋼筋遇水產生銹蝕造成管道強度下降出現病害。另一方面是排水流量與排污流量的突然增大。隨著氣候與環境的變化，降雨量連年增加且暴雨災害頻發，給舊城區市政排水管道帶來很大壓力，鋼筋混凝土預制管道在預制過程中，不可避免地會出現細微裂縫，當水流強度過大時，在裂縫處產生應力集中現象，增大裂縫寬度、深度與長度，導致整個鋼筋混凝土管道開裂，出現管道滲漏現象。由于市政排水管道為典型的隱蔽工程，對鋼筋混凝土管道的裂縫處置困難，因此，在舊城區市政排水管道改建過程中，應該合理選擇管道材料。

1.2.3 檢查井變形

檢查井變形病害主要是市政道路路面井蓋的損壞，根據調查結果，發現7個排水井蓋均出現變形損壞，損壞形式如圖2所示。

舊城區排水管道檢查井病害產生的主要原因是，排水管道檢查井服務使用年限較長，井體整體結構不穩定，且由于材料的差異性，井口處與周邊市政道路連接有孔隙。在車輛荷載的重復作用下，井蓋周圍市政道路被進一步壓實，使得井口高度高于原地面高度。車輛在行駛過程中直接碾壓井口，增加了井體結構的受力，井體結構出現不可恢復的變形。由于井口與原路面存在高度差，車輛荷載為直接作用于井蓋上，井蓋下部為空心結構，且井蓋厚度約為20～30 cm。井蓋的承載能力不能夠抵抗車輛的重復作用，使得鋼筋混凝土井蓋碎裂，碎裂的石塊掉入排水管道之中，堵塞排水管道，井蓋損壞后，影響了居民的行駛安全。FF00264C-2302-40D8-9588-29F7ADA49B6D

1.2.4 回填土沉降

根據表2舊城區市政排水管道病害調查結果，發現回填土沉降現象在排污口處出現，且病害程度較為嚴重。因為市政排水管道的施工屬于管道施工，需要對地基進行開挖以及回填，在回填過程中，要求對回填土進行分層填筑、分層壓實，保證回填土的強度，所以井體沉降病害多發生于回填土處理地基的位置。通過對比得到，排污口處回填土沉降嚴重，這是因為污水中含有大量的金屬離子，金屬離子沿著排污管道排出，由于排水管道自身有裂縫，造成污水滲漏，滲漏的污水中含有大量的重金屬離子，造成回填土井體整體結構的不均勻沉降，易導致排水管道檢查井坍塌。

2 排水管道設計問題

根據對昆明市某舊城區市政排水管道病害調查及分析，發現舊城區排水管道設計主要存在以下幾個問題：

2.1 舊城區排水管道系統老舊，設計標準低

排水管道總體設計在2000年，設計排水管道的系統較為老舊。設計指標不能夠滿足日常生活需要，由于環境和氣候的變化，每年暴雨災害頻率上升，市政排水管道因為設計限制不能及時排水。

2.2 管道積水堵塞嚴重，排水功能受限

舊城區市政管理質量較低，在日常生活中存在雜物亂扔的現象，一些雜物及垃圾順勢倒入雨水管道之中，導致市政管道堵塞，雨季來臨時，排水功能受限，造成雨水管道積水嚴重，積水上冒，發出惡臭氣味。

2.3 合流制管道造成城市水體污染

市政排水管道排水方式為雨污合流，排水管道與排污管道合流制排放，流入地下水管網時，造成雨水污染，雨水資源浪費，并且污染了城市水體。

3 基于海綿城市理念處理措施

3.1 舊城區排水管道改造

舊城區排水管道的改造需要對排水流量與排污流量進行重新計算，根據計算結果預測20年后的排水量，作為設計指標。基于海綿城市理念進行市政排水管道設計，人行道采用透水磚布設，透水磚下設植物實現雨水凈化，保證進入蓄水系統的雨水潔凈。在排水管道材料設計方面，選用高強度鋼筋混凝土管道，并且在管道內壁設置防水層，防止管道內部排水滲漏，能夠提高排水管道使用年限。

3.2 生態排水渠設計

生態排水渠的設置能夠有效地解決排水管道堵塞的問題，排水渠是市政排水管道工程中最容易忽視的一部分。為了提升市政道路綠化設計的整體性，采用生態邊坡的設計方法。如圖3所示，對排水渠邊坡進行生態種植，鋪裝采用透水磚對邊坡進行鋪設，在透水磚空隙中進行植被種植，采用分層種植的方法，根據植被特性從上至下種植，底層鋪設臺灣草。這種鋪設方式能夠有效解決排水渠易堵塞的問題。以各種植被作為過濾層，將各種垃圾及雜物進行過濾，防止排水渠堵塞造成滲漏，這種設計將綠化設計與市政道路服務功能相融合，以綠色景觀作用交通服務的重要方法，并且結合生態理念，有效提高市政道路服務質量。

3.3 雨污分流系統改造

舊城區市政排水管道排水方式采用合流制排水，針對這種情況，采用雨污分流系統將雨水與污水分開處理。將原有市政合流主管網作為污水管道處理，并在市政主管網中新建雨水管道。對于工業工廠排出的污水，在工廠內部建設一條新的雨水管道，將新建雨水管道與市政雨水主管網相連接。把工程內部合流制管道作為污水處理管道，把合流制管道與市政污水主管道相連接。在舊城區原管網的基礎上實現雨污分流，該改造方案充分保留了原市政排水管道，降低了施工難度，減少了工期，提高了資源利用率。

4 結論

老舊城區市政排水管道已經不能滿足城市排水功能。以昆明市某舊城區市政排水管道為調查對象，根據市政排水管道病害調查結果，得到舊城區排水管道主要存在系統設計老舊、設計標準低、排水管道堵塞以及雨污合流，污染城市地下水資源的問題。基于海綿城市設計理念，針對老舊城區排水管道問題，提出了改造措施，完成了舊城區市政排水管道的改造。

參考文獻

[1]王梅泰. 市政給排水工程施工存在的不足及處理措施研究[J]. 建材發展導向， 2022（4）： 190-192.

[2]王廣林. 市政排水管道閉水試驗有關問題探討[J]. 黑龍江水利科技， 2021（10）： 127-129.

[3]蘇振華. 煙臺市老城區排水系統雨污分流改造工程實踐與探索[D]. 青島：青島理工大學， 2020.

[4]許雨桐. 重慶市某中心城區污水管道運行狀況調查及對策研究[D]. 重慶：重慶大學， 2019.

[5]劉玉蘭. 老舊小區雨污系統低影響改造方案設計研究[D]. 南京：東南大學， 2017.

[6]董穎. 排水管網系統改擴建優化設計研究[D]. 西安：西安理工大學， 2006.

收稿日期：2022-04-06

作者簡介：宋培忠（1988—），男，碩士，工程師，從事環境工程、市政工程設計工作。FF00264C-2302-40D8-9588-29F7ADA49B6D