城市给水管道工程设计探讨

2014-12-25白华清

城市建设理论研究 2014年37期

白华清

摘要：城市给水管道工程进行设计时要依据相关规定，结合实际情况，综合考虑技术可行性、经济效益性等方面，做好给水管道工程设计工作是做好民生工作的重要环节。本文首先分析了城市给水管道设计的影响因素，然后详细阐述了城市给水管道工程设计的要点，最后提出了再生水工程的设计思考。

关键词：城市；给水管道；分区；管材；平面布置；节点设计；

中图分类号：S276文献标识码： A

一、城市给水管道设计的影响因素

城市给水管道中主要包括主干管、支管和接户管几个组成部分，其中主干管的设计受到城市给水系统和给水方式的影响较大，而支管和接户管则主要受到给水服务对象的影响。具体可以进行以下分析：

（一）给水系统的影响

城市给水系统的一般需要根据不同的使用功能进行分别设计，如生产给水、消防给水、生活用水等等，不同的给水需求决定了其应当在不同的给水系统影响下进行管道的设计。所以在进行主干管的设计时，必须要根据实际情况，根据使用功能的不同决定主干管的数量，才能保证设计的科学性。

（二）给水方式的影响

给水方式一般有直接给水方式、水箱给水方式和气压给水方式等等，进行城区给水管道设计时，需要考虑到不同的地区所设置的不同的给水系统，同时根据用户对水压、水质以及水量的要求，结合外部给水管道所能够提供的水源，进行科学的设计。同时，在进行给水管道设计时，也要对用户用水的经济性方面考虑，避免造成较大的成本投入。给水方式的不同决定了给管道的设计时是否需要对给水管道进行加压，所以在进行设计之前，需要对不同地区的给水方式进行确定，据此作为给水管道设计的依据。

（三）给水服务对象的影响

城区给水管道并不是一个独立存在的系统，其与外部的市政管道是相互连接的，所以在进行给水管道的设计时，必须要对周围的给水服务对象进行综合的考虑，尤其考虑到建筑给水设施的影响，因为其对于给水管道的支管和接户管会产生较大的影响。城区建设的情况越复杂，则其在进行给水管道设计时需要考虑的因素就越多，只有保证每一处建筑给水设施都能够有效的连接，才能形成一个完整的给水系统。

二、城市给水管道工程设计的要点

（一）给水系统分区

当供水范围很大、地形高差显著、或远距离输水时，若仍采用统一的供水系统，则会出现管网末端或局部高点上的水压过小，甚至供水不能到达局部高点的问题。这时最好的方法就是进行压力分区，将高程相差不大的地点及位置相对集中的区域划分到一个供水分区。每区有独立的泵站和管网等，从技术上使管网的水压不超过水管可以承受的压力，以免损坏水管和附件，减少漏水量，同时降低供水能量费用。给水低区供到高区的加压泵站的进水池，由加压泵站二次加压向高区供水。

（二）给水管道的管材选择

目前，可用于城市供水的管材主要有球墨铸铁管、钢管、玻璃钢管、预应力钢筒混凝土（PCCP）管、PE管等。下面，分别就余下5种不同管材进行技术经济比较，见表2.2-1、2.2-2。

表2.2-1供水管材性能比较

项目钢管球墨铸铁管玻璃钢管 PCCP管 PE管

安全

可靠性最好较好较好较好较好

日常维护及接管方式配件可灵活制作，接管易有标准配件，接管易有标准配件，接管易无标准配件，不易接管无标准配件，不易接管

接口形式焊接承插胶圈承插胶圈承插胶圈热熔粘接

漏水及爆管情况不漏水

不爆管不易漏水

不易爆管不漏水

不爆管不易漏水

不易爆管不易漏水

不易爆管

埋深及承受外压可深埋及承受外压可深埋及承受外压不可深埋

受外压差可深埋及承受外压不可深埋

受外压差，韧性好

抗震性一般较好较好较好好

防腐及耐久性不耐腐蚀，内外层防腐不易做好，25年管材耐久，内衬50年，耐久 >50年管材耐久，内衬50年，耐久 >50年

对水质的影响易结垢，有影响，做内衬易结垢，有影响，做内衬不结垢，无影响无影响不结垢，无影响

能否采用顶管施工能能不能不能不能

单根有效长度（m/根） 6 12 5 12

管壁粗糙系数 0.013 0.013 0.008 0.013 0.008

生产厂家较多，质量有保证较多，质量有保证较多，质量有保证较多，质量有保证较多，质量有保证

有无部颁产品制造检验标准有有有有有

发展趋势不宜推广使用有发展前途，用于输配水不宜推广使用，不宜作为清水供水管材有发展前途，用于大口径输水有发展前途，用于输、配水

表2.2-2 供水管材价格比较

管径（mm）钢管球墨铸铁管玻璃钢管 PCCP管 PE管

100 391.26 343.57 206.05 216.89 234.76

150 438.66 385.19 276.47 291.02 315

200 543.58 477.32 370.18 389.66 421.77

300 750.75 792.15 637.30 670.84 726.13

400 1004.54 1059.29 863.61 909.06 1062.05

500 1385.41 1317.02 1185.32 907.03 1816.73

600 1667.97 1718.93 1547.04 1137.38

800 2215.61 2537.59 2283.83 1556.80

1000 2979.13 3408.14 3067.33 1916.17

注：管顶覆土1.0米，包括土建、安装及运费等，但不含路面恢复；

管材选择的综合评价应除进行技术经济分析外，还应从以下七个方面评定：

1、管材性能可靠，能承受要求的内压和外部荷载；

2、管材来源有保证，管件配套方便，运输费用低；

3、施工机具及安装容易；

4、施用年限长，维修工作量少；

5、过水能力能长期保持相同条件下，工程造价低；

6、抗震性是否良好；

7、当地的实际使用情况和习惯。

参照《四川省城镇供水排水恢复重建工程技术指导意见》，建议城市给水管材选择如下：（1）管径DN≤300宜采用聚乙烯管材(PE管)及管件,热熔或电熔接口；（2）DN400至DN1200宜采用球墨铸铁管材及管件，承插式橡胶柔性接口；（3）特殊地段应采用钢管，如过河倒虹管或架空管；穿越铁路或主要交通干线及位于地基土为液化土地段的管道；不能避开活动断裂带的埋地给水管道及其套管。钢管采用焊接连接。

（三）给水管道管径的设计

管径的设计是进行给水管道设计中的关键因素，只有确定科学的管径，才能保证管道的水压能够满足供水需要，同时降低工程成本。一般进行管径的确定时，需要根据用水量和管道平差进行计算，对于居住区的管径计算，还要考虑到住户的数量、建筑标准以及居民用水的需求等几个方面进行综合考虑；而对于工业用水，则需要结合消防、生产以及绿化等几个方面的用水量进行综合考虑。

（四）给水管道的平面布置

城市给水管道位置应符合城市规划，由规划部门出具管线红线位置后方可进行设计。给水主管道不宜设置太多的开口，以减少给水管道管件的数量，提高管道供水可靠性。一般沿街道旁和路口处设置消火栓，间距不大于120米。消火栓与用户接管点可考虑合建。如下图：

特殊情况下也可考虑平行于主管道，双边布管，敷设1条配水管线，专门用于用户接管和设置消火栓。

不同的给水管径对于管道的距离有着不同的要求，具体可参见《城市工程管线综合规划规范》。需要特别注意的是，根据《室外给水设计规范》第7.3.6条：给水管道与污水管道或输送有毒液体管道交叉时，给水管道应敷设在上面，且不应有接口重叠；当给水管道敷设在下面时，应采用钢管或钢套管，钢套管伸出交叉管的长度，每端不得小于3m，钢套管的两端应采用防水材料封闭。

（五）给水管道管道的埋深

管道的埋设深度由很多因素决定，主要包括土壤静荷载、外部动荷载、冰冻情况、抗浮要求、管材性能、阀门高度以及与其他管道交叉等。通过计算，在城市道路下，一般管顶覆土在1.2~1.5米，外部静荷载＋动荷载形成的综合土压力最小，因此给水管道埋深大多在1.5～2.5米之间。

很多情况下，施工单位为了降低工程成本会降低管道的深度，但最小埋深不应低于0.7米。敷设在有耕作要求的农田段，管顶覆土不应小于1.0米。在埋设管道时还要遵循“有压让无压”、“少曲折多顺直”、“少陡峭多平缓”，如在铺设管线遇到障碍时尽量采用管道自然坡度，实在满足不了的话就采用度数小的弯头。

（六）节点的布置

（１）消火栓

沿街道旁和路口处应设置消火栓，间距不大于120米。消火栓应以地上式为好。消火栓节点一般与用户接管点合建，减少给水管道管件的数量，以提高管道供水可靠性。

（2）阀门

城市供水管道每隔500～700米左右应设置检修用阀门。对DN≤300mm建议采用软密封管网闸阀。对DN＞300mm的管段，采用双法兰偏心蝶阀。

（3）自动复式排气阀

在管道上容易积聚空气的制高点均设置自动复式排气阀，既可自动排气，又可在管道需要检修放空时进气。对小口径给水管道（DN≤300）由于用户接管多，在正常通水情况下可起到排气作用，因此起伏不大时，可不用设置专门的排气阀。

（4）泄水阀井

在管线的低凹处、河流、沟渠边均设置有泄水阀。对小口径给水管道（DN≤300）泄水阀可利用消火栓代替，对管道进行泄水或冲洗。