山地城市给排水工程设计若干问题探讨

2021-01-05真庄波

江西建材 2020年12期

真庄波

福建省南平市城乡规划设计研究院，福建南平 353000

0 引言

给排水工程建设是城市建设重要组成部分，近年随着国家对人饮工程及水污染治理的重视，主要给排水工程建设有城乡供水一体化建设、城区的雨、污分离改造，本文将从山地城市给排水工程特点的分析出发，结合在设计过程中发现的若干问题进行总结，给山地城市的建设部门在给排水工程的建设中提出相对合理化的建议。

1 南平地区给排水工程的特点分析

南平地区的地形比较复杂，给排水工程的特点包括：（1）南平地区的水源基本取地表水，特别在集镇和村庄区域，水源大部分取山垄地表水，水质较好，但是雨季泥沙量多，且水源来水量受季节影响较大。受山地城市地形制约，造成山地城市用地狭长布置，形成水厂多、供水规模小的特点。需水量随着人口和经济的增长逐年上升，城市不断扩张，管网末端水压小。（2）山地城市一般地势起伏、道路坡度大，管道敷设方式多种多样。管道深填、挖方基础较多，在这种地质条件下，基础处理不好，容易发生地质不均匀沉降，使管道发生不均匀沉降的状况。

由于建设时序的问题，管道没有随道路配套建设，给排水管道后期建设由于不能破路，经常沿河滩地，路边铺设，由于地形复杂管道架空敷设，埋地敷设排水管道中部分管道埋深很大，同时经常出现水流垂直跌落的情况，所以在山区城市中管道敷设是一个值得探讨的问题。

山地城市道路纵坡大，故铺设排水管道纵向坡度比较大，排水管道的流速较大，管道流速大对管道和检查井冲刷也比较大，所以山地城市排水管材的选择也较为重要［1］。

2 山地城市取水构筑物选择问题

近年来的设计过程中发现，山溪取水的采用的是坝前式取水,坝前取水是利用挡水堰形成一定的库容,在坝前设置引水管,具有结构简单,易于施工的特点，但是存在抗淤积和抗泥石流能力差的问题。由于坝前式取水的取水口一般位于挡水堰的底部,一旦挡水堰前面发生泥沙沉积,就将影响取水，雨季溪内的来水含沙量较大,同时山区取水坝一般位于深山老林中，落叶较多，取水管受到淤积体的影响严重,因而给管理维护带来巨大的困难。由于取水口一般位于山上，道路交通不方便，挡水堰内淤死,只能依靠人工进行清理,维护取水系统停水时间长,从而导致坝前式取水的运行效果和可靠性实际上很差。

根据多年的设计经验总结，经过分析研，解决山溪取水汛期挡水堰易遭淤死的问题,笔者认为可采取坝后式取水的方式，如下图1 所示：

图1 坝后式取水示意图

取水口设在坝后,坝前水满后,溪水翻过挡水堰进入坝后取水口,在取水口处设置过滤网，经原水管道输送至沉沙池，该方式需要在坝后修筑取水构筑物,但取水口位于挡水堰的后方,即使挡水堰内的泥沙淤积亦可保障正常的供水,即使雨季溪水含泥沙量大，导致挡水堰淤死,坝后式取水方式仍可以保证一段时间的正常供水,在平时树叶若掉入坝后取水位置，在水流较大的情况下，漫过前坝后，通过水流的冲击，可将树叶等轻型杂物冲开，避免取水头部受堵。经过多次工程实践,已充分验证了坝后式取水方式相对于坝前式取水方式所具有的优势,即坝后式取水方式拥有更强的抗淤积和抗泥石流的能力。

3 山地城市高位调节水池设置问题

以福建省北部地区山地城市，作为山地城市，南平市城乡给水系统的设计、建设和管理维护具有其他平原城市有所区别的地方，南平市大部分地区用地狭长布置，而部分县市由于城市逐渐往规划区边界发展，管网不断延伸，设置泵站后，部分地区无设置高位水池，导致高峰期末端水压、水量偏小，近年在管网改造后，在末端设置高位水池后，供水系统得到完善，逐渐满足供水需求，所以山地城市应充分利用地形优势，尽可能建设高位调节水池，高位水池即能满足高峰期供水末端水量不足的问题外，还可以保证供水系统中供水的压力稳定，也可以降低供水不均匀系数，从而减小供水管管径，减少工程造价。

山地城市沿河流走向纵向发展，用地大多为狭长型布局，所在延平区亦是如此，根据历年经验，建议山地城市地形复杂，高低起伏较大，大部分用地高程较高，应采用中途供水加压泵站配合高位调节水池供水的方式，保证高峰期供水管网系统水压平衡，供水末端水量需求［2］。

4 山地城市排水管道的敷设问题

4.1 埋地敷设

山地城市开发区建设过程中，道路路基往往出现半挖半填，在布置排水管道时，应注意将柔性管布置于填方区，将刚性管布置于挖方区，且填方段应做好地基的处理，填方不大的情况下，应采用沙砾石回填做地基，填方较大情况应根据实际情况特别处理。管槽施工中，钢筋混凝土管等刚性管道的管槽同柔性管道的管槽要求基本相同，槽基底的土层密实度一般为原土夯实到90%以上的密实度，在开挖施工及排水中应注意保持土的原状结构，避免扰动或超挖基底，应做倒基槽一开挖立即进行管基施工，不得使基底暴露过久；基底设计标高以上30cm厚，不得提前挖除，应在管基施工的同时方可挖除，万一基底土壤已受扰动或超挖,必须予以夯填碎石并找平。管槽承载力需达到验收规范要求。

4.2 架空敷设

架空敷设利用管道自身的强度和刚度，将管道作为结构体，用柱、墩等做支撑。由于利用管体作为结构体对管道自身的强度及刚度(环刚度和纵向刚度)要求都较高，城市近年来大量建设污水沿江截污管道和污水压力管道，而城区里基本建成，无法开挖现状路面，所以管道基本沿江边布设，地形相当复杂，地形高低起伏，地质情况多变，经常需要架空才能穿越部分路段，近年来南平市的压力管的架空管基本采用钢管，实际应用效果良好，因若采用柔性管材采用直接架空方式则要求管体有很高的环刚度和纵向刚度，其设计最大跨度小于钢管，且硬度没钢管高，但钢管的使用中应注意钢管的外防腐。

5 山地城市排水管道的坡度与流速问题

在重力流排水管道系统的运行中管径、坡度、流速是3 个相互制约的参数，在管道设计中应在管道运行的合理性和工程造价2 个方面中寻找平衡点，使得在最低工程造价上管道运行最合理。在山地城市，由于道路纵坡很大，可充分利用大纵坡带来的坡降进行重力流排水，增加流速，减小管道断面，从而降低工程造价，所以排水管道的敷设坡度一般尽量跟道路坡度接近，但若道路纵坡过大，导致流速大大超过最大设计流速，此时应适当调小管道坡度，采取一些跌水消能措施，规范中提出管道跌水水头为1.0～2.0m时，宜设跌水井；跌水水头大于2.0m时，应设跌水井，结合近年排水设计，长距离的较大坡度的道路管道施工，且管道跌水在0～1.5m 之间时，若采用跌水井，则工程造价大，且施工进度慢，认为可采用检查井井内做沉泥槽，井底铺毛混凝土的形式解决由于跌水对检查井的破坏，施工后对排水处的回访中了解到，该种做法效果良好，未出现井被破坏的情况。

管道流速与管壁的粗糙程度有关，管材不同，其粗糙系数也不同，当管径、坡度等条件相同时，内壁较光滑的管道水流速度较大，具有较大的通水能力，当设计流量一定时，采用阻力较小的管道，可利用增大流速减小管道断面，节省工程造价。试验表明，目前市场上一些新型化学管材的耐冲刷能力甚至高于钢管，远大于钢筋混凝土管材，排水管道过去常用管材是钢筋混凝土排水管，根据国家及省建设厅要求，污水管道必须采用橡胶圈柔性接口的承插式钢筋混凝土排水管，禁止采用刚性接口的平口钢筋混凝土排水管或低标准的排水沟渠，以防止接头渗漏。近年来各种塑料排水管发展迅速，部分地区已开始采用塑料螺旋管、波纹管、缠绕管、玻璃钢夹砂管等埋地排水管［3］。