市政给水排水管道设计技术分析

吴甜 旷小军 丘日东 马立洲

摘 要：合理运用管道设计技术，能够增强市政给排水管道设计方案的合理性，为后续工程建设奠定良好基础。从市政给排水管道设计过程分析出发，详细介绍管道材料设计、管道构造设计、永久作用标准值计算、可变作用标准值计算、管道承载能力极限状态分析以及管道正常使用极限状态分析等市政给水排水管道设计技术环节，以期为市政建设事业的发展提供助力。

关键词：排水管道;市政给水;管道设计

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）18-0075-03

Abstract： Reasonable use of pipeline design technology can enhance the rationality of municipal water supply and drainage pipeline design schemes， and lay a good foundation for subsequent project construction. Based on this， this article starts from the analysis of the design process of municipal water supply and drainage pipelines， and introduces in detail the pipeline material design， pipeline structure design， permanent action standard value calculation， variable action standard value calculation， limit state analysis of pipeline carrying capacity， and normal service limit of pipeline State analysis of these several technical aspects of municipal water supply and drainage pipeline design， hoping to provide assistance for the development of municipal construction.

Keywords： drainage pipeline;municipal water supply;pipeline design

市政给水排水管道设施与居民生活用水密切相关。通过合理设计管道，能够增强供水、排水系统运行的稳定性，保障居民生活质量。因此，为了改善居民用水条件，深入分析配套的市政给排水管道设计技术，积极探索有效的设计技术措施，以提高设计方案编制效果和市政给排水工程的使用性能。

1 市政给排水管道设计的重点和原则分析

为了保证市政给排水管道设计技术满足实际需求，需要明确施工各环节的主体工作，并遵循设计原则，以保证市政给排水管道投入使用后取得预期效果。

1.1 市政给排水管道设计的重点

市政给排水管道设计需要分析施工空间，合理设计地下空间，保证地下空间的利用率，同时明确施工流程。当市政给排水管道设计项目成立后，需要针对施工区域做好准备工作。第一，设计部门和施工部门需要对施工区域进行勘察测量，主要包括施工工程量、施工规模、施工的管道规格类型、管道需求数量、水文地质条件以及地下线路结构等内容。第二，进行市政给排水管道施工规划和线路设计，保证整体设计有准确充分的数据基础，同时需要注意重力流线管的设计。第三，分析市政给排水管道横向和纵向布置过程中容易出现的问题，了解掌握现有地下管线分布，进行科学协调和迁改，避免对其他管线造成影响。第四，与其他管线的权属单位和相關部门联系，征求设计意见，收集管线图纸，保证整体设计科学可行。第五，在施工图纸的绘制过程中，标注各项施工技术、设备、管道口径规格以及数量，保证整体施工与图纸相一致。

1.2 市政给排水管道设计的原则

一般情况下，城市的人口较为密集且流动性较强。交通路线附近由于长期有车辆经过，容易导致管道受压出现破裂等问题。因此，在设计市政给排水管道时需要尽量避开交通路线，以减少交通压力，以免影响人们的出行和正常生活。

在市政给排水管道设计过程中，需要科学制定施工节点，确保设计图纸与现场施工一致，同时需要各部门协调工作，保证整体工作有序推进。

设计过程中还需要注意与其他电力线路、燃气线路以及供热线路相遇的问题。一般遵循小孔管线避让大径管线、工程量小的管道施工避让工程量大的管道施工、布设不方便和检修养护需求较多的管道优先布置、自流管线优先压力管线布设、污水管道的布设深度值按照标准取最大值以及永久管线优先其他管线布设等原则。当给排水管道遇到其他管线的时候，可以通过改变管径、调整管道标高等形式进行调整，以保证整体设计的灵活性和科学性。

2 市政给排水管道设计过程分析

首先，要确定各区域的用水量和排水量，结合供排水需求、当地的地形等情况，运用专业知识与项目经验，初步设计给排水管网结构和材料选用方案。

其次，基于用水量、排水量和其他参数，计算永久作用标准值和可变作用标准值。其中，永久作用标准值是指土压力、管网自重、管内水重以及地基不均匀沉降等永久性因素对管道所产生作用力的标准值;可变作用标准值则是指地表人群荷载和地表车辆荷载等处于变化状态的因素对管道所产生作用力的标准值。按照结构设计方案，计算分析管道承载能力极限参数和正常使用极限参数，以明确管道需要达到的承载上限和正常使用时的状态参数上限，通过对比获得管道需承受的荷载作用力，即永久作用标准值和可变作用标准值。

最后，分析结构设计和材料选用方案是否合理，并及时协调不合理的部分，确保给排水管网的整体稳定性能够达到作业要求，完成设计方案的编制。

3 市政给水排水管道设计技术分析

3.1 管道材料设计

管道材料设计是管道设计技的一个重要环节。设计者需要严格按照现行规范，结合自身经验和具体情况确定管道材质，以保证设计方案的实际适用效果。目前，给排水工程建设中常用的管材包括钢管、铸铁管以及混凝土管等多种类型，分别具有不同的使用性能优势，尤其在造价上存在较大差异。因此，实际设计中设计者还要考虑经济因素，以保证设计的实用性。

3.2 管道结构设计

在管道设计技术中，需要结合实际情况，运用专业知识和项目经验，遵循现行规范，编制出初步的管道结构设计方案，再通过后续的验算、分析对方案进行调整，以保证设计方案的质量。在设计给排水管道结构时，若管道为圆形，可将连接结构设计为柔性结构。但是，如果管道需要敷设在地震区，则要参考相应的抗震设计规范进行连接结构设计。当管道为混凝土材质且为矩形时，应当设置变形缝，缝距应大于25 m，并做好防水措施，如设置止水带等。若采用钢管或铸铁管材，则需要额外设置一个厚度保持在2 mm以上的防腐蚀构造，即管道总厚度为设计厚度与防腐构造层厚度之和，使管道能够更好地抵御腐蚀，增强设计效果[1]。

3.3 永久作用标准值计算

在管道设计技术中，永久作用标准值计算是一个重要的技术环节。设计者需要通过该环节计算永久性因素对给排水管道的作用参数，然后以此为依据确定管道的用料和结构，使管道系统能够有效抵御永久性的作用力，防止管道出现严重受损问题而影响其作业稳定性[2]。

一般来说，市政给排水管道主要采用埋地安装。因此，土压力是一项重要的永久作用因素，设计者需要进行相应的作用标准值计算。对于垂直方向的土压力，设计者可以直接根据管道的具体埋设方式和条件，按照现行规范进行取值;对于侧向的土压力，当埋深高于地下水位高度时，需要按照式（1）进行土压力计算;当埋深低于地下水位高度，则应按照式（2）进行计算。

因为管道内水的重量也会对管道产生作用力，所以需要确定水重标准值。根据现行规程，可以直接取水的重力密度力10 kN/m3，用排水、用水量估值计算得出水重标准值。如果管道敷设区域地表的道路地基稳定性较差，则还要计算该道路地基的不均匀沉降作用标准值，并遵循配套的基础设计标准和规范进行计算取值。此外，当所用的管道为混凝土管时，需要额外计算一项预应力标准值。这里钢筋张拉控制力减去张拉工艺的各项损失即为张拉控制应力值[3]。

3.4 可变作用标准值计算

设计技术中，待永久性作用标准值计算完毕后，还要完成可变作用标准值计算，以明确管道结构所需承受的可变因素作用力，为后续的管道材质和结构设计提供依据。可变因素包括地面人群荷载、地面堆积荷載、地面车辆荷载、管内静水压强、管内真空压强以及温度应力等[4]。其中，人群荷载标准值为4 kN/m2;堆积荷载为10 kN/m2;对于车辆荷载，可结合实际环境分析其对地下管道的影响，并遵循现行规程要求进行计算;管道静水压强标准值则需要根据管道材质和工作压强，按照表1取值计算;对于真空压强标准值，根据现行规范直接取0.05 MPa;温度应力主要源于安装时焊接、熔接等连接施工时引发的闭合温度作用，因此计算时需要按照现行规范，结合具体情况进行取值计算。

3.5 管道承载能力极限状态分析

在设计技术操作中，待标准值计算完毕后，需以永久和可变两种标准值为基础数据，通过建立管道结构计算分析模型，得出在承载力极限状态下管道的结构抗力强度，然后将结构抗力强度与作用标准值对比，评估管道结构是否能够抵御其所需承受的作用力，以及时发现并调整设计不合理的部分，确保管道设计方案能够正常投入使用。

一般来说，在计算分析模型建设中，极限状态表达式为：

式（3）中：[γo]为管道重要性系数，需根据表2进行取值;[S]为作用效应组合值;[R]为管道结构抗力强度值。

3.6 管道正常使用极限状态分析

在设计技术中，正常使用极限状态分析的主要作用是以计算分析的方式评估管道系统在正常使用条件下的形变、裂缝展开宽度以及抗裂度是否能够达到使用标准，由此全面检查整体设计方案的合理性，并得出具体的设计方案优化需求，以便设计者有针对性地采取优化措施，增强设计技术的实施效果。在此过程中，设计者需要运用之前计算的作用标准值，根据管道材质，按照现行规范中给出的计算公式进行计算分析，以实现对设计方案正常使用效果的量化分析，从而为方案的优化和改进提供依据[5]。

4 结语

有效落实各项给排水管道设计技术措施，能够提升市政工程建设效果。在市政工程中，采取合适的设计技术措施确立给排水设计方案，可以降低管道体系故障损坏情况出现概率，增强给排水管网作业的可靠性，为后续的工程施工提供便利，从而获得更好的市政给排水施工效果，促进市政设施建设事业的优化发展。

参考文献：

[1]蒋奇.市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术[J].四川水泥，2021（7）：260-261.

[2]陈妙乐.浅谈市政工程给排水管网建设存在的问题与对策[J].智能城市，2021（12）：47-48.

[3]郭艳梅.试析市政给排水设计中输水方式的选择及管网分区方案的确定[J].居业，2021（6）：9-10.

[4]李霞.市政给水排水管道设计技术措施分析[J].中华建设，2021（7）：88-89.

[5]倪晓伦，赵建伟.浅谈市政给水排水管道设计技术措施[J].科技创新导报，2012（12）：108.