提升市政道路给排水设计合理性的措施研究

宋沛辰

（北京市市政四建设工程有限责任公司，北京 100037）

0 引言

城市化的快速推进给城市给排水系统造成了一些影响，尤其是在水资源需求量不断提升的条件下，可能会因给排水系统设计不合理，导致雨水利用率大幅下降，造成水资源污染的同时进一步加剧水资源短缺的情况。

对此，市场道路给排水设计目前已经成为城市改造项目中的重要一环，不仅可以有效解决市政道路排水问题，对加强水资源保护和利用也有较强的促进作用。

1 传统市政道路存在的排水问题

近年来，国内海绵城市热潮开始升温，国家先后出台了指导海绵城市建设的指导性文件，各地在积极推行的同时也出台了相应的规范与标准。在政策与市场不断完善的过程中，我国在积极推进海绵城市建设的背景下也逐渐显露出了一些问题，主要包括以下几个方面：

一是在城市内部建设中，尤其是大规模的市政工程项目通常要结合各方面情况进行详细部署。目前，部分城市在建设规划的过程中，还未将河道、水体等纳入城市建设的规划范畴，部分城市在给排水规划设计中未对不同降水时段、降水量存在的风险进行研究，也就无法及时编制市政工程建设的指导意见，导致在市政道路给排水设计中还存在许多需要改进的问题。

二是当前针对市政道路给排水设计的标准化建设还存在一定滞后性，数据更新、具体操作等还未进行明确规定，还未出台详细的道路给排水设计标准与方法，另外在道路泄水相关的蓄水池设计、排水沟渠设计等也未出台完善的标准和规范。

三是城市道路给排水设计并非传统意义的建设项目，其承担着维护城市健康发展的重任，属于一项系统性的工程项目。在城市总体规划中，任何一个环节都需要不同专业、不同部门的有效协同，需要建立一个完善的联动机制，提高市政工程项目建设的整体效率。在专业、部门联动不足和不及时的情况下，将影响给排水设计的有效性，会对后期施工建设造成巨大阻碍。

2 市政道路给排水系统在城市运行中的作用

城市在运行过程中，无论是生产、生活都会涉及大量污水、废水的排放，同时城市地表和地下也蕴含着大量水资源，这些污水废水的排放以及水资源的运行和利用都会影响城市的正常运行。为有效规避上述因素对城市运行造成的影响，市政部门要进一步加快建设市政道路给排水系统的步伐，通过建设完善的市政道路给排水系统，为城市正常运行提供重要保障。

比如，在建设排水系统的过程中，排水系统主要由排水管道、污水处理厂以及污水处理设施等构成，其中排水管道主要承担着运输污水和废水的责任，包括了生活废水和工业废水，需要通过排水管道将污水废水运输至指定位置进行处理。污水处理厂的主要职责是对收集的废水进行净化处理，一方面要降低污水排放对水体环境造成的污染，另一方面可以加强对水资源的利用。做好市政道路给排水系统设计，可以在保证城市正常运行的基础上顺利排走污水，降低污水对城市发展产生的负面影响，强化城市内部对水资源的利用率。

3 市政道路给排水管道设计要点

3.1 给水管道设计

在市政道路给水管道设计中，要在满足城市用水需求的基础上，保证供水的安全性，实现与城市总体规划的有机结合，根据给水工程详细规划，考虑项目所在地实际情况，如区域地形、道路交通、管道敷设情况等，统筹安排，及时做好水量预测工作。在水量预测过程中，要根据项目所在地的区域规划以及市政道路周边建筑分布情况，针对不同环节的用水量进行统计，编制用水量统计表，合理对给水管道的平均供水量、最高供水量等进行计算，结合比流量、节点流量、沿线流量等指标对给水管道的流量进行计算。在对给水管道管径进行设计的过程中，需要将最高日用水量分配至道路沿线各管段，随后对各管段的流量进行计算，得出给水管道的实际直径，给水管道直径计算公式如下（1）所示。

式（1）中：D 为给水管道的直径，单位为m；q 为给水管道的管道流量，π 单位为m/s；v 为经济流速，单位为m/s。

在敷设给水管道的过程中，要结合给排水工程具体规划进行确定，在未进行规划的情况下，可以根据市政道路路面结构、周边建筑、绿化设施、排水管道等进行敷设位置设计，尽可能避免出现管道交叉的情况，降低施工以及后期养护的难度。在选择给水管道材料的过程中，需要结合提前设计的管道管径，综合考虑管道承受的水压、外部荷载等情况，通过对市政道路地质情况进行考虑，分析管道运行期间的耐久性、安全性，考虑施工、养护以及经济等要素，对管道材料进行确定。

在设计管道工艺的过程中，需要详细对项目所在地的地质情况进行调查，明确区域冻土深度，考虑管道运行期间可能承受的地面荷载，合理对给水管道的埋设深度进行计算，结合区域实际用水需求，对接户管进行合理设计，为满足区域生活用水需求提供便利。针对明设的给水管道，还需要做好保温措施，尤其是在冬季温度较低的地区，需要在给水管道上设置伸缩设施，以此实现对管道变形的调节。

另外，在给水管道设计过程中，要考虑管道后期养护和维修的需求，对阀门井进行合理设计，以此满足分段检修的需求，起到调节管道水压和水量的作用。在高处设置的管道需要设置排气井，而低处管道则需要设置泄水井。管道和阀门井等进行连接部位，要尽可能选择柔性防水套管，避免出现接口松动导致漏水情况，同时在这些软弱部位还需要设置支墩，对管道起到保护的作用。

3.2 雨水管道设计

在雨水管道设计中，要结合城市总体及雨水专项规划，结合项目所在地道路与建筑分布情况，对市政道路的雨水管道进行合理设计。在雨水管道设计过程中，应综合考虑项目所在地的地形及地质条件，合理利用现有地形对排水区域进行划分，尽可能缩小干管的长度与管径，同时要合理设置雨水口，避免雨季中因排水不畅导致道路积水影响交通安全。另外，还需要根据周边建筑物的密集程度，确定是否采用明渠排水。

在雨水管道设计中，需要重点对区域雨水流量进行计算，保证雨水管道能够满足排雨需求。需要根据项目所在城市选择暴雨强度计算公式，结合市政道路及项目所在地周边建筑分布情况，对管段及汇水面积进行合理划分，采用面积或流量叠加法对管道的雨水流量进行计算，具体公式如下（2）所示。

式（2）中：Q 为雨水流量，单位为L/s；q 为暴雨强度，单位为L/s.hm；Ψ 为径流系数；F 为汇水面积，单位为hm。

随后根据公式（3）对雨水管道的管径进行计算，如下所示。

式（3）中：A 为断水面积，单位为m；R 为水力半径，单位为m；n 为粗糙系数；I 为水力坡降（%）。

结合前期计算的雨水流量以及雨水管道管径，对管道材料进行合理选择，综合考虑项目所在地地质条件、外部荷载以及管材的抗腐蚀性等各项因素，因地制宜选择合适的雨水管材。

当前常用的雨水管材有钢筋混凝土管、HDPE 塑料管等。在对雨水管位置进行设计的过程中，要考虑市政道路下方其他管线的分布种类及分布情况，对管道位置进行合理规划，要便于施工和后期养护管理，在管道连接处设置适量雨水口。

在雨水管道工艺设计中，要结合项目所在地冻土深度及地质条件，确定管道埋设深度及管道材质，结合《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）确定雨水管道的最小设计坡度及最小管径，同时在雨水管道施工结束后需要及时开展闭水试验，避免管道出现漏水情况。

3.3 污水管道设计

在市政道路污水管道设计中，要建立在城市综合规划的基础上，尽可能实现污水管道设计与城市规划建设的协调性。结合城市地形、地质等条件，明确污水处理厂的位置及城市主要污水类型，对排污线路进行合理设计，明确污水管道的走向。针对城市内地势较平坦区域，在管道定线时要设计多种方案进行比较，设计出管道的最佳位置，尽可能控制好管道的埋设深度，尽量减少提升泵站的数量。在对污水流量进行计算的过程中，要结合道路周边建筑类型及分布情况，对管道进行合理分段，参照面积比流量计算出污水管道流量，综合考虑工业废水流量，如公式（4）所示为污水流量计算公式。

式（4）中：Qdr 为设计污水流量，单位为L/s；Qd 为生活污水量，单位为L/s；Qm 为工业废水量，单位为L/s。

在对污水管道管径进行计算的过程中，主要采用公式（5），如下所示。

式（5）中：A 为过水断面面积，单位为m；R 为水力半径，单位为m；n 为粗糙系数；I 为水力坡降（%）。在明确管道坡度及污水流量的基础上，可以对污水管的管道直径进行计算。

在设计污水管道位置的过程中，也需要考虑施工、养护管理等因素。另外，污水管道的位置需要和道路两侧建筑保持一定间隔，通常需要将管道设置在非机动车道下方，避免在施工、检修等工作中影响正常交通。在地下管线众多的情况下，可以考虑加大管道埋设深度，对入户支管进行合理设置，满足生活污水、工业污水排放的需求。选择管材过程中，需要综合考虑地质、外部荷载、埋设深度等条件，综合考虑经济性因素。

在污水管道工艺设计中，要结合冻土深度对管道的最小覆土深度进行计算，避免污水管道因胀冻、荷载出现损坏，同时满足道路两侧用户对污水管道的接入需求。在坡度要求无法满足污水管道自留排除需求的情况下，需要分段设计压力管。管道高处应设计排气阀，避免管道内部积气影响管道使用安全性及排水畅通性；而在管道低处应设置排水阀，避免出现地面积水的情况。

4 提升市政道路给排水设计合理性的措施

4.1 对路基排水设计进行优化

在市政道路建设中，路基、路面等属于重要的构成部分，在市政道路建设的过程中需要在路基的基础上开展给排水设计工作。需要在前期充分了解路基的情况，结合路基的不同情况制定相应的排水设计方案。

另外，还需要做好市政道路的水文地质勘察，明确城市历年平均和最大降水量，将排水设计纳入城市总体规划，将排水系统设计作为城市规划的核心工作，强化排水系统与其他系统之间的协调性，根据实际情况及时对排水系统设计进行调整。

4.2 对路面排水设计进行优化

在路面排水设计的优化中，设计人员需要从道路路面的内部及表面入手。路面排水设计的目的，主要是快速排出道路表面的水，避免在道路积水过多的情况下影响行车安全。通过进行路面排水设计，做好道路内部及道路表面的排水工作，可以有效避免地表积水过多的情况，同时也可以提高路面的稳定性，对保障行车安全有着重要意义。

在路面排水设计中，人行道排水设计是非常重要的一个环节，需要结合市政道路人行道建设的实际情况，广泛参考群众意见，对设计方案进行合理调整，最大限度减少人行道积水的情况出现，避免给人们的正常出行造成阻碍。比如，通过提高人行道渗水功能的方式，除了可以解决地面积水问题外，还可以实现对地下水的补给。

4.3 对绿化带排水设计进行优化

城市化进程中，绿化带是重要的基础设施，主要设置在道路两层，可以强化城市景观，给人们带来良好的视觉感受，切实提高城市形象。

在绿化带建成后地面很容易出现积水问题，长此以往容易对路基和路面结构造成损坏，导致市政道路使用寿命缩短，因此针对绿化带做好排水设计显得十分重要。这就需要设计人员在绿化带的两侧设置封闭墙，避免绿化带内部积水流向道路。

设计人员可以结合实际排水情况，在相应位置设置集水井和导出管，利用排水井将积水排入城市排水系统，可以有效解决绿化带的排水问题。不过该方法需要投入较高成本，在资金不充足的情况下，也可以使用碎石代替混凝土，通过添加具有较强透水性的黏土，避免绿化带中的积水向地面渗透。

在绿化带排水设计中，要对道路施工中所使用的铺设材料的透水性进行合理控制，确保雨水可以透过路面表层进入地下。在绿化带排水方案设计中，为充分发挥出雨水收集的效果，还需要将其设置在低于地面平均高度的位置，同时要高出绿化带区适当距离，保证排水的畅通性。

4.4 合理设计给水管网流量

当前我国面临着水资源短缺的问题，在城市发展中为进一步实现水资源优化配置，在市政道路给排水设计中，设计人员要具备较强的环保和节约意识，结合生活用水、生产用水等对给水管网的流量进行合理设计。

其中，生活用水主要是指给水管网覆盖范围内居民生活的用水，在规划设计过程中需要统计居民生活用水的平均定额，计算出最大的用水量，同时还需要加强对城市未来发展趋势的分析，将其作为计算给水管网流量的主要依据，综合考虑城市发展过程中人口数量变化、用水量趋势变化等。

针对生产用水调查分析，主要根据各大企业的生产现状及未来发展趋势，重点分析企业发展过程中对水资源的需求。同时，还需要考虑公共用水，如道路清洗、消防用水、绿化带用水等，设计人员可以结合环卫等相关部门制定的工作计划，综合考虑城市气候环境、城市绿化带建设情况等，对城市用水进行精确评估。

设计人员还需要对给水管网的漏水率进行评估，在完成给水流量计算以后，结合所选择管材，按照当地实际情况，尽可能选择地质条件适宜、坡度适宜、对交通影响小的区域进行施工，有效对给水管网的敷设线路进行优化。

4.5 城市给排水系统的规划与管理

在市政道路给排水系统规划中，相关部门要注重给水系统的完善程度，树立长远发展的目标，提前预留城市未来发展的空间，合理选择管材并确定好管径，预留充足的给水管位，避免在后期出现重复性建设的情况，同时为给水管道的养护和检修提供便利。

另外，我国要进一步加强对给水系统相关科学技术的研发，不断为给水系统工程建设提供先进技术手段支持，如海水淡化技术实现新水源开发、跨地区调水工程等。

在我国水价改革不断深化的背景下，相关部门还应当做好宣传工作，不断强化城市居民的节水意识，鼓励居民使用再生水源，严格管理高污水与高耗水企业用水情况，合理对水资源消费进行限制。

为实现市政给排水设计的合理性，需要基于市政道路给排水设计经济、技术、政策等相关方面的支持，对给排水系统现有问题及时进行解决。设计人员在给排水设计中要做好实地调查工作，详细掌握有利于给排水设计顺利开展的数据信息，编制合理的给排水设计方案，结合不同城市未来发展目标，不断对给排水设计进行优化。为进一步提高市政道路给排水设计的合理性，除了要考虑给排水系统的排污与供水能力外，还应当注重给排水工程建设及运行的节能环保性，通过优化设计的方式严格对施工建设中的资源投入进行控制，做好污染防治工作，合理进行规划施工，最大限度发挥给排水系统的功能，减少给排水系统运行过程中的养护经费的超量投入。

在实际设计中，设计人员需要加强对现代化信息技术的应用，比如应用BIM 技术可以在前期设计阶段对给排水系统的运行进行可视化模拟，提前发现施工阶段和运行维护阶段存在的问题，提前制定有效解决对策，最大限度发挥市政道路给排水系统在城市发展中的作用。

5 结语

综上所述，在城市总体规划中，市政道路给排水设计发挥着重要作用，有助于满足城市供水和排污的需求，在城市内部属于重要的基础设施。倘若市政道路给排水设计缺少合理性，可能会对城市生产、生活造成严重影响，不利于城市居民对美好生活的期盼，尤其是在道路排水不通畅的情况下，很容易造成路面积水，严重影响车辆行驶的安全性，同时会威胁居民的生命安全。对此，相关部门要进一步提高对市政道路给排水设计的重视程度，认识到提高给排水设计合理性的价值，加大现代信息技术手段在设计中的应用力度，保证给排水设计的合理性，最大限度发挥给排水系统在城市发展中的作用。