旧城区市政排水管道改造优化设计研究

宋培忠　吴雪

摘要 市政排水管道是市政道路工程中的重要组成部分，随着城市现代化的发展，老旧城区市政排水管道已不能满足排水功能要求，出现管道堵塞以及雨污合排现象，对城市地下水造成污染。以昆明老旧城区为调查对象，对旧城区的排水管道布设、材料以及病害类型进行调查，分析旧城区市政管道设计存在的问题。根据调查结果及市政管道设计问题，基于海绵城市理念提出排水管道优化设计方案。

关键词 旧城区;排水管道;优化设计;雨污分流

中图分类号 TU992.05文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0058-03

引言

市政排水管道作为城市结构中的排水设施，决定了城市抵抗极端暴雨的能力[1]。对于老旧城区来说，前期设计要求较低，市政排水管道已经不能满足日常使用要求[2]。在夏季，由于环境的变化，极端暴雨天气增加，市政排水管道在设计时排水流量设计过小，造成城区市政道路积水，严重影响雨天车辆交通的运行[3]。排雨与排污管道未分开设置，易造成雨污合流，雨季出现排水管道污水上冒的现象[4]。排水管道修建使用时间过长，道路垃圾及杂物顺着排水管道井盖孔隙进入管道内部，排水管道直径较小，常年的杂物造成排水管道堵塞，排水功能下降，在雨季出现排水不畅或管道完全堵塞，杂物垃圾与雨水一起上冒产生道路积水。市政道路路面积水过多时，由于下部布设其他管道及电缆设施，造成城市断电或其他危险情况[5]。因此，老旧城区的市政排水管道改造非常重要。

1 旧城区市政排水管道病害调查

1.1 工程概况

该市政排水管道项目位于昆明市某老旧城区，昆明市属于亚热带-高原山地季风气候[6]，年平均气温为15℃左右，昼夜温差较小，但夏季多暴雨，平均年降水量为1 035 mm，雨季集中在6—8月份。该旧城区人口约为12万人，城市基础设施较为齐全，城区内存在一家工业化工厂。该旧城区市政排水管道设置于2000年，排水管道主要分为东西、南北两条主要排水主干道，其主要参数如表1所示。旧城区的排水管道均为合流制管道，排水路径主要分为南北、东西两条主干线，各方向排水汇集一起沿明渠管道排出，旧城区排污口总共设置3个。市政排水管道管径为DN500-1 600 mm，排水管网主干道总长度约为16 km，排水管道材料选用钢筋混凝土材料，管道埋设至市政道路下部2.5～5.0 m深处。

1.2 市政排水管道现状调查

旧城区市政排水管道由于使用时间长，设计流量小且为合流制排水，不能保证市政排水管道的排水功能。采用人工调查法，在6—8月份雨季，对旧城区内4个排水口以及3个排污口进行病害调查，调查结果如表2所示。

根据表2旧城区市政排水管道病害调查结果，得到排水管道病害类型主要为管道位置偏移积水、管道渗漏水、检查井变形以及回填土沉降。针对7个排水口的调查，发现旧城区的排水管道已经不能够满足居民日常生活需求，其主要原因在于设计方面。

1.2.1 管道位置偏移与积水病害

通过对旧城区7个排水口的调查结果，得到管道位置偏移与管道积水是旧城区排水管道的主要病害之一。管道的偏移与积水主要是在老旧城区施工过程中，测量设备精度不高，有一定的测量误差造成管道偏移，同样在排水管道在设计过程中，为了保证长距离的排水功能，所以设置一定的坡度加快水流排出避免积水现象。还有一方面原因，管道的设计排雨量与排污量过小，昆明市夏季多暴雨天气，降雨量达到1 035 mm，排水管道在暴雨天气由于雨水量过大，造成排水管道内大量积水不能排出导致管线偏移，并且由于旧城区对排水管道的管理较差，使得排水管道中存在大量的杂物和垃圾，杂物垃圾堵塞管道雨季造成市政管道积水上冒的现象，旧城区排水管道采用合流制排水，某一管道的堵塞会引起整个区域的管道积水，造成内涝灾害。

1.2.2 管道渗漏水病害

根据调查结果，旧城区排水管道渗漏水现象频发，在雨季来临时，排水管道与排污管道经常出现渗漏水现象。如图1所示，渗漏水病害的出现主要由两个方面引起，一方面是排水管道材料的选择。旧城区市政排水管材为钢筋混凝土材料，材料强度高，能够承受的排水量与排污量较大，市政排水管道长度较长，在10 km左右钢筋混凝土材料需要进行分段组装，形成排水管道，但是在管道组装接口处，组装不牢固，有一定的缝隙易产生漏水点。并且钢筋混凝土材料的自重较大，引起地基的不均匀沉降，沉降部分易产生管道开裂，严重的沉降会导致排水管道断裂。钢筋混凝土材料的体积稳定性较差，当排水流量过大时，产生的冲击力易使材料出现表面损害，导致钢筋混凝土出现露筋，钢筋遇水产生锈蚀造成管道强度下降出现病害。另一方面是排水流量与排污流量的突然增大。随着气候与环境的变化，降雨量連年增加且暴雨灾害频发，给旧城区市政排水管道带来很大压力，钢筋混凝土预制管道在预制过程中，不可避免地会出现细微裂缝，当水流强度过大时，在裂缝处产生应力集中现象，增大裂缝宽度、深度与长度，导致整个钢筋混凝土管道开裂，出现管道渗漏现象。由于市政排水管道为典型的隐蔽工程，对钢筋混凝土管道的裂缝处置困难，因此，在旧城区市政排水管道改建过程中，应该合理选择管道材料。

1.2.3 检查井变形

检查井变形病害主要是市政道路路面井盖的损坏，根据调查结果，发现7个排水井盖均出现变形损坏，损坏形式如图2所示。

旧城区排水管道检查井病害产生的主要原因是，排水管道检查井服务使用年限较长，井体整体结构不稳定，且由于材料的差异性，井口处与周边市政道路连接有孔隙。在车辆荷载的重复作用下，井盖周围市政道路被进一步压实，使得井口高度高于原地面高度。车辆在行驶过程中直接碾压井口，增加了井体结构的受力，井体结构出现不可恢复的变形。由于井口与原路面存在高度差，车辆荷载为直接作用于井盖上，井盖下部为空心结构，且井盖厚度约为20～30 cm。井盖的承载能力不能够抵抗车辆的重复作用，使得钢筋混凝土井盖碎裂，碎裂的石块掉入排水管道之中，堵塞排水管道，井盖损坏后，影响了居民的行驶安全。FF00264C-2302-40D8-9588-29F7ADA49B6D

1.2.4 回填土沉降

根据表2旧城区市政排水管道病害调查结果，发现回填土沉降现象在排污口处出现，且病害程度较为严重。因为市政排水管道的施工属于管道施工，需要对地基进行开挖以及回填，在回填过程中，要求对回填土进行分层填筑、分层压实，保证回填土的强度，所以井体沉降病害多发生于回填土处理地基的位置。通过对比得到，排污口处回填土沉降严重，这是因为污水中含有大量的金属离子，金属离子沿着排污管道排出，由于排水管道自身有裂缝，造成污水渗漏，渗漏的污水中含有大量的重金属离子，造成回填土井体整体结构的不均匀沉降，易导致排水管道检查井坍塌。

2 排水管道设计问题

根据对昆明市某旧城区市政排水管道病害调查及分析，发现旧城区排水管道设计主要存在以下几个问题：

2.1 旧城区排水管道系统老旧，设计标准低

排水管道总体设计在2000年，设计排水管道的系统较为老旧。设计指标不能够满足日常生活需要，由于环境和气候的变化，每年暴雨灾害频率上升，市政排水管道因为设计限制不能及时排水。

2.2 管道积水堵塞严重，排水功能受限

旧城区市政管理质量较低，在日常生活中存在杂物乱扔的现象，一些杂物及垃圾顺势倒入雨水管道之中，导致市政管道堵塞，雨季来临时，排水功能受限，造成雨水管道积水严重，积水上冒，发出恶臭气味。

2.3 合流制管道造成城市水体污染

市政排水管道排水方式为雨污合流，排水管道与排污管道合流制排放，流入地下水管网时，造成雨水污染，雨水资源浪费，并且污染了城市水体。

3 基于海绵城市理念处理措施

3.1 旧城区排水管道改造

旧城区排水管道的改造需要对排水流量与排污流量进行重新计算，根据计算结果预测20年后的排水量，作为设计指标。基于海绵城市理念进行市政排水管道设计，人行道采用透水砖布设，透水砖下设植物实现雨水净化，保证进入蓄水系统的雨水洁净。在排水管道材料设计方面，选用高强度钢筋混凝土管道，并且在管道内壁设置防水层，防止管道内部排水渗漏，能够提高排水管道使用年限。

3.2 生态排水渠设计

生态排水渠的设置能够有效地解决排水管道堵塞的问题，排水渠是市政排水管道工程中最容易忽视的一部分。为了提升市政道路绿化设计的整体性，采用生态边坡的设计方法。如图3所示，对排水渠边坡进行生态种植，铺装采用透水砖对边坡进行铺设，在透水砖空隙中进行植被种植，采用分层种植的方法，根据植被特性从上至下种植，底层铺设台湾草。这种铺设方式能够有效解决排水渠易堵塞的问题。以各种植被作为过滤层，将各种垃圾及杂物进行过滤，防止排水渠堵塞造成渗漏，这种设计将绿化设计与市政道路服务功能相融合，以绿色景观作用交通服务的重要方法，并且结合生态理念，有效提高市政道路服务质量。

3.3 雨污分流系统改造

旧城区市政排水管道排水方式采用合流制排水，针对这种情况，采用雨污分流系统将雨水与污水分开处理。将原有市政合流主管网作为污水管道处理，并在市政主管网中新建雨水管道。对于工业工厂排出的污水，在工厂内部建设一条新的雨水管道，将新建雨水管道与市政雨水主管网相连接。把工程内部合流制管道作为污水处理管道，把合流制管道与市政污水主管道相连接。在旧城区原管网的基础上实现雨污分流，该改造方案充分保留了原市政排水管道，降低了施工难度，减少了工期，提高了资源利用率。

4 结论

老旧城区市政排水管道已经不能满足城市排水功能。以昆明市某旧城区市政排水管道为调查对象，根据市政排水管道病害调查结果，得到旧城区排水管道主要存在系统设计老旧、设计标准低、排水管道堵塞以及雨污合流，污染城市地下水资源的问题。基于海绵城市设计理念，针对老旧城区排水管道问题，提出了改造措施，完成了旧城区市政排水管道的改造。

參考文献

[1]王梅泰. 市政给排水工程施工存在的不足及处理措施研究[J]. 建材发展导向， 2022（4）： 190-192.

[2]王广林. 市政排水管道闭水试验有关问题探讨[J]. 黑龙江水利科技， 2021（10）： 127-129.

[3]苏振华. 烟台市老城区排水系统雨污分流改造工程实践与探索[D]. 青岛：青岛理工大学， 2020.

[4]许雨桐. 重庆市某中心城区污水管道运行状况调查及对策研究[D]. 重庆：重庆大学， 2019.

[5]刘玉兰. 老旧小区雨污系统低影响改造方案设计研究[D]. 南京：东南大学， 2017.

[6]董颖. 排水管网系统改扩建优化设计研究[D]. 西安：西安理工大学， 2006.

收稿日期：2022-04-06

作者简介：宋培忠（1988—），男，硕士，工程师，从事环境工程、市政工程设计工作。FF00264C-2302-40D8-9588-29F7ADA49B6D