北方典型村庄生活污水管网设计要点探究

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（北京市市政工程设计研究总院有限公司 北京 100082）

农村污水治理是实现乡村振兴战略的重要组成部分。我国推进农村厕所革命以来，农村生活污水环境治理仍存在很多问题，如旱厕改造后的粪液粪渣未妥善处置、生活污水收集和处理设施不完善、已建成污水处理设施不正常运行［1-3］。近年来，国内学术界进行了大量研究，但现有研究大多集中在农业非点源污染，而对于生活污水、垃圾等产生的非点源污染的专项研究开展得相对较晚也较为薄弱［4-5］。农村现状合流管线大部分为平口管，合流管沟未做防渗，部分污水会慢慢下渗，从而污染地下水，大部分村庄都是靠打井取水，村民的饮用水也受到不同程度的污染。另外，一些村庄虽然设置了污水处理设施，但大部分污水管管材不满足相关规范要求，覆土较浅，导致管线破裂现象严重，污水渗漏，而且大部分污水管线管径较小，坡度未按规范实施，再加上常年不疏通清淤，因此，管内淤堵现象严重，长期以来对河道水体和周边现况环境产生严重的危害。2019年7月，中央农办、农业农村部等九部门联合印发了《关于推进农村生活污水治理的指导意见》，明确了扎实推进农村生活污水治理8个方面的重点任务［6］。生活污水管网建设是污水治理中需要建设的重点任务，如何对村庄生活污水管网的方案进行有效合理快速的设计至关重要。

1 污水管网总体设计

1.1 设计标准

1.1.1 平均日污水量

平均日污水量计算公式：Qdw=k·Qdym

式中，Qdw为平均日污水量（m3/d），k为生活污水排放系数，Qdym为平均日用水量，（m3/d）。排污系数计取可按照用水定额0.8～0.85计取。

1.1.2 最高日最高时污水量计算

Qmaxw=KzQdw/24

式中，Qmaxw为最高日最高时污水量（m3/h），Kz为综合生活污水量总变化系数，Qdw为平均日污水量（m3/d）。

1.1.3 综合生活污水量总变化系数

农村污水量变化呈现出明显的“早、晚高峰”或“早、中、晚高峰”的特征［7］。综合生活污水量总变化系数可按表1，采用内插法确定。

表1 综合生活污水量总变化系数

1.2 管径确定

1.2.1 管道水力计算

流量：Q=A×V

其中，Q为流量（m3/s），A为过流断面面积（m2），V为流速（m/s）。

流速：V=R2/3×I1/2/n

其中，V为流速（m/s），n为粗糙系数，R为水力半径（m），I为坡降。

（1）粗糙系数：粗糙系数可参考室外排水设计标准计取，一般，HDPE 管的粗糙系数n取值范围为0.009～0.011；混凝土管取0.013～0.014。

（2）流速、充满度、坡度范围：农村污水管道设计参数，流速、充满度、坡度范围可按表2 取值，管径大于300mm的宜符合GB 50014规定。

表2 农村生活污水管道设计参数要求

1.2.2 管径的确定

在确定污水管径时，如果单纯按计算流量确定，管径往往会偏小。

根据《室外排水设计标准》（GB 50014-2021），室外污水管最小设计管径为300mm，污水管设计管径在计算结果的基础上，结合其他在建农村污水治理项目经验，确定污水管管径一般为D200mm至D400mm。

1.3 管材比选

目前，应用在实际工程中的常用污水管材有钢筋混凝土管、球墨铸铁管、钢管、塑料管、玻璃纤维增强塑料夹砂管（RAM）等。

从表3可以看出，各种管材各有优缺点。合理地选择管材，对降低排水系统的造价有很大影响。鉴于村庄人口数量较少，根据污水量计算，需新建的污水管管径一般在DN400mm（含）以下，计算出的污水量及设计管径总体偏小，且道路狭窄［8］，施工场地受限。因此，一般新建的污水管道可以采用HDPE双壁波纹管；如果新建污水管管径大于D500mm以上，采用钢筋混凝土管；部分带压管道或采用拉管施工的管段可采用PE给水塑料管；顶管施工的污水管可采用钢筋混凝土钢承口管。

表3 常用管材的特性比较表

1.4 施工工艺比选

污水管道常用的施工工艺有开槽施工和非开挖施工（拉管、顶管）。鉴于设计污水管管径偏小、埋深相对较浅，主要采用开槽施工，局部穿越公路、沟渠或其他障碍物的管段，可选择顶管、拉管等非开挖施工方式。

2 污水管网方案设计

2.1 管网布置位置

污水管线主要沿村内巷道敷设，应与道路边线平行，位于巷道横断面位置，应结合现状其他管线（如给水、燃气等）断面、位置及同期建设的其他管线位置综合确定，鉴于污水管线埋深相对较深，以不影响其他管线和周边建筑物安全为宜。

2.2 管网设计埋深

管道埋深应综合规划条件、上下游管道衔接、管线交叉、冻土深度等因素统筹考虑，设计污水管线埋深一般为1.2～2.5m，局部段穿越沟渠、雨水管涵、公路等障碍物埋深约4.0～5.0m。

2.3 管网施工工艺

设计污水管道，主要采用开槽施工。局部穿越沟渠、雨水管涵、公路等障碍物管段，采用非开挖施工工艺（顶管或拉管）。

农村巷道宽度一般在1.8～2.5m，主街宽度一般在2.5～5m，且大部分村庄地下均已铺设燃气和给水管，部分村庄有少量现况合流管。对于管道埋深大于3m或街巷内街道宽度较窄的情况，采取密挡土板木支撑，避免对施工对现况房屋扰动和现况管线的破坏。

2.4 管网管材要求

高密度聚乙烯（HDPE）双壁波纹管管材公称环刚度等级SN8，接口采用承插式密封圈接口，管材各项性能指标应满足《埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第1部分：聚乙烯双壁波纹管材》（GB/T 19472.1-2004）的相关要求。

开槽施工钢筋混凝土污水管，管材采用钢筋混凝土Ⅲ级管，管材应满足《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T 1836-2009）的规定。接口均为柔性橡胶圈接口，接口做法及接口材料性能要求见图集《混凝土排水管道基础及接口》（06MS201-1）。顶管施工的钢筋混凝土管，管材采用钢筋混凝土钢承口Ⅲ级管，污水管管材应满足《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T 11836-2009）的规定，制管用钢筋混凝土强度等级不得低于C40，抗渗等级不低于S8。

局部拉管段、带压管段管材采用PE100 级聚乙烯（PE）管，接口采用电热熔接口，管材及管件应符合《给水用聚乙烯（PE）管道系统第2 部分：管材》（GB/T 13663.2-2018）、《给水用聚乙烯（PE）管道系统第3 部分：管件》（GB/T 13663.3-2018）的规定。

2.5 管网基础设计

开槽施工的钢筋混凝土管道基础均采用砂石基础，砂石基础可以选择天然级配砂石或者中、粗砂，最大粒径不大于25mm，不得采用粉细砂。采用顶管施工的钢筋混凝土钢承口管基础要求参考《混凝土排水管道基础及接口》（06MS201-1）第15页的相关内容，管道下部135°的范围内不得超挖，同时应注意，需要在顶进完成后，管道上部超挖部分才进行注浆置换。开槽施工的HDPE 双壁波纹管、聚乙烯（PE）管均采用人工砂石基础，砂垫层材料为中粗砂，不得采用粉细砂。

2.6 管网地基要求

管道及附属检查井基底土层地基承载力标准值（fka）不应小于100kPa，管线基底应坐落在符合要求的原状土层上，基底土层不满足时，应进行地基处理。

2.7 管网沟槽开挖

明挖施工时，沟槽底部的开挖宽度按《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）第4.3.2 条执行，管道两侧需要预留的工作面宽度按规范中表4.3.2 执行。沟槽深度在5m 范围内的沟槽边坡最陡坡度应根据土质类别、坡顶荷载等按《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）表4.3.3 确定。沟槽深度超过5m的基坑土方开挖、支护及降排水工程应按相关规定组织专家论证通过后方可实施。

2.8 检查井

检查井可选择圆形混凝土模块式检查井，做法选自《混凝土模块式排水检查井》（12S522）。井筒采用混凝土模块井筒，M10 水泥砂浆砌筑MU10 混凝土模块，C30、S4 高流动低收缩混凝土灌孔。踏步采用球墨铸铁双排踏步。井盖应采用双层井盖，并满足《检查井盖》（GB/T 23858-2009）和《检查井盖结构、安全技术规范》（DB11/T 147-2015）的相关要求。

3 结语

村庄污水管网设计要点主要包括设计污水量计算、污水管径与管材的选择、检查井的设计、施工工艺的选择等。其中，污水管埋深和管径较小，宜采用开槽施工，管材采用HDPE双壁波纹管（D≤500mm），橡胶圈接口。污水管线埋深一般为1.2～2.5m，局部段穿越沟渠、雨水管涵、公路等障碍物埋深约4.0～5.0m。检查井可采用模块式检查井。对于管道埋深大于3m 或街巷内街道宽度较窄的情况，采取密挡土板木支撑，避免施工对现况房屋扰动和现况管线的破坏。