小城镇给水排水管网设计与计算要点

《小城镇给水排水管网设计与计算》第6章小城镇给水管材及设备6.1给水管道材料及配件水管及零件是安装给水管网的主要材料，选用时应综合考虑管网中所承受的压力、敷设地点的土质情况、施工方法和可取得的材料等因素。

配输水管网的造价占整个给水工程投资的大部分，一般约为60%～80%；正确的选用管道材料，对工程质量、供水的安全可靠性及维护保养均有很大关系。

因此，给水工程技术人员必须重视和掌握水管材料的种类、性能、规格、使用经验、价格和供应情况，才能做到合理选用水管材料，做出正确的设计。

按照水管工作条件，水管性能应满足下列要求：1.有足够的强度，可以承受各种内外荷载。

2.水密性，它是保证管网有效而经济工作的重要条件。

如因管线的水密性差以至经常漏水，无疑会增加管理费用和导致经济上的损失。

同时，管网漏水严重时也会冲刷地层而引起严重事故。

3.水管内壁应光滑以减小水头损失。

4.价格较低，使用年限较长，并且有较高的防水盒土壤的侵蚀能力。

此外，水管接口应施工简便，工作可靠。

水管可分为金属管（铸铁管和钢管）和非金属管（预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管等）。

现将各种管材的性能分述如下。

6.1.1铸铁管铸铁管按材质可分为灰铸铁管和球墨铸铁管。

连续铸铁管或称灰铸铁管，有较强的耐腐蚀性，以往使用最广。

但由于连续铸管工艺的缺陷，质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，重量较大，且经常发生接口漏水，水管断裂的爆管事故，给生产带来很大的损失。

灰铸铁管的性能虽相对较差，但可用在直径较小的管道上，同时采用柔性接口，必要时可选用较大一级的壁厚，以保证供水安全。

铸铁管接口有两种形式：承插式（图6-1）和法兰式（图6-2）。

水管接头应紧密不漏水且捎带柔性，特别是沿管线的土质不均匀而有可能发生沉陷时。

承插式接口适用于埋地管线，安装时将插口插入承口内，两口之间的环形空隙用接头材料填实，接口时施工麻烦，劳动强度大。

接口材料，一般可用橡胶图、膨胀性水泥或石棉水泥，特殊情况下也可用青铅接口，目前不少单位采用膨胀性填料接口，利用材料的膨胀减轻了劳动给强度，并加快施工进度。

法兰接口的优点是接头严密，检修方便，常用来连接泵站或水塔的进、出水管。

为使接口不漏水，在两法兰盘之间嵌以3～5mm厚的橡胶垫片。

在管线转弯、分支、直径变化以及连接其他附属设备处，须采用各种标准铸铁水管配件。

例如承接分支管用丁字管和十字管；管线转弯处采用各种角度的弯管；变换管径处采用渐缩管；改变接口形式处采用短管，如连接法兰式和承接式铸铁管处用承盘短管；还有修理管线是用的配件，接消火栓用的配件等，见表6-1。

球墨铸铁管既具有灰铸铁管的许多优点，而且机械性能有很大提高，其强度是灰铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管，因此是理想的管材。

求墨铸铁管的重量较轻，很少发生爆管、渗水和漏水现象，可以减少管网漏损率和管网维修费用。

球墨铸铁管采用推入式楔形胶圈柔性接口，也可用法兰接口，施工安装方便，接口的水密性好，有适应地基变形的能力，抗震效果也好。

目前我国球墨铸铁管的产量低，产品规格少，价格也较高。

6.1.2钢管钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。

钢管的特点是能耐高压、耐振动、重量较轻、单管的长度大和接口方便，但承受外荷载的稳定性差，耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，并且造价较高。

在给水管网中，通常只在管径大和水压高处，以及因地质、地形条件限制或穿越铁路、河谷和地震地区时使用。

钢管用焊接或法兰接口。

所用配件如三通、四通、弯管和渐缩管等，有钢板卷焊而成，也可直接用标准铸铁配件连接。

6.1.3预应力和自应力钢筋混凝土管在给水工程建设中，有条件时宜以非金属管代替金属管，对于加快工程建设和节约金属材料都有现实意义。

预应力钢筋混凝土管分普通和加钢套筒两种，其特点是造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低，但重量大，不便于运输和安装。

预应力钢筋混凝土管在设置阀门、弯管、排气、防水等装置处，须采用钢管配件。

预应力钢筋混凝土管是在预应力钢筋混凝土管内放入钢筒，其用钢量比钢管省，价格比钢管便宜。

接口为承插式，承口环和插口环均用扁钢压制成型，与钢筒焊成一体。

自应力钢筋混凝土管的管径最大为600mm，只要质量可靠，可用在郊区或农村等水压较低的次要管线上。

6.1.4玻璃钢管玻璃钢管是一种新型管材，已在深圳、大庆、秦皇岛和北京等地广泛采用。

它耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小。

在相同使用条件下，重量只用刚才的1/4左右，是预应力钢筋混凝土管的1/10～1/5，因此便于运输和施工。

但价格较高，几乎和钢管想接近，可考虑在强腐蚀性土壤处采用。

6.1.5塑料管塑料管具有强度高、表面光滑、不易结垢、水头损失小、耐腐蚀、重量轻、加工和接口方便等优点，但是管材的强度较低，膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，例如伸缩节和活络接口。

塑料管有多种，如聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料管（ABS）、聚乙烯管（PE）和聚丙烯塑料管（PP）、硬聚氯乙烯塑料管（PVC-U）等，其中以PVC-U管的力学性能和阻燃性能好，价格较低，因此应用较广。

塑料管已在天津、沈阳、济南、青岛、成都、南通、苏州等30多个大中城市应用。

与铸铁管相比，塑料管的水力性能较好，由于管壁光滑，在相同流量和水头损失情况下，塑料管的管径可比铸铁管小；塑料管相对密度在1.40左右，比铸铁管轻，又可采用橡胶圈柔性承接口，抗震和水密性较好，不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工费用。

可以预见，塑料管将成为小城镇供水中中小口径管道的一种主要管材。

硬聚氯乙烯（PVC-U）管是一种新型管材，其工作压力宜低于2.0MPa，用户进水管的常用管径为DN25和DN50，小区内DN100～DN200，管径一般不大于DN400。

为了推广应用，还需开发质量高、规格齐全的管配件和阀门。

管道接口在无水情况下可用胶粘剂粘接，承插式管可用橡胶圈柔性接口，也可用法兰连接。

塑料管在运输和缩放过程中，应防止剧烈碰撞和阳光暴晒，以防止变形和加速老化。

上述各种材料的给水管多数埋在道路下。

水管管顶的覆土深度，在不冰冻地区由外部荷载、水管强度以及与其他管线交叉情况等决定，金属管道的管顶覆土深度通常不小于0.7m。

非金属管的管顶覆土深度应大于1～1.2m，覆土必须夯实，以免受到动荷载的作用而影响水管强度。

冰冻地区的埋土深度应考虑土壤的冰冻线深度。

在土壤耐压力较高和地下水位较低处，，水管可直接埋在管沟中未扰动的天然地基上。

一般情况下，铸铁管、钢管、承插式钢筋混凝土管可以不设基础。

在岩石或半岩石地基处，管顶应垫砂铺平夯实，垫砂层厚度，金属管和塑料管至少为100mm，非金属管道不小于150～200mm。

在土壤松软的地基处，管底应有强度不小于C8的混凝土基础。

如遇流砂或通过沼泽地带，承载能力达不到设计要求时，需进行基础处理，根据一些地区的施工经验，可采用各种桩基础。

6.2给水管道附件给水管网除了水管以外还应设置各种附件，以保证管网的正常工作。

管网的附件主要有调节流量用的阀门、供应消防用水的消火栓，其他还有控制水流方向的单向阀、安装在管线高处的排气阀和安全阀等。

6.2.1阀门阀门用来调节管线中的流量或水压。

阀门的布置要数量少而调度灵活。

主要管线和次要管线交接处的阀门常设在次要管线上。

承接消火栓的水管上要安装阀门。

阀门的口径一般和水管的直径相同，但当管径较大以致阀门价格较高时，为了降低造价，可安装口径为0.8倍水管直径的阀门。

阀门内的闸门有楔形和平行式两种。

根据阀门使用时阀杆是否上下移动，可分为明杆和暗杆两种。

明杆是阀门启闭时，阀杆随之升降，因此易于掌握阀门启闭程度，适宜于安装在泵站内。

暗杆适用于安装和操作地位受到限制之处，否则当阀门开启时因阀杆上升而妨碍工作。

图6-3为一般采用的手动法兰暗杆楔式阀门，由手工启闭，用法兰连接，阀杆不上下移动，闸板为楔式。

大口径的阀门，在手工开启或启闭时，很费时间，劳动强度也大。

所以直径较大的阀门有齿轮传动装置，并在间板两侧接以旁通阀，以减小水压差，便于启闭。

开启阀门时先开旁通阀，关闭阀门时则后关旁通阀。

或者应用电动阀门以便于启闭。

安装在长距离输水管上的电动阀门，应限定开启和闭合的时间，以免因启闭过快而出现水锤现象使水管损坏。

阀（图6-4）的作用和一般阀门相同，但结构简单，开启方便，旋转90°就可全开或全关。

蝶阀宽度较一般阀门为小，但间板全开时将占据上下游管道的位置，因此不能紧贴楔式和平行式阀门旁安装。

蝶阀可用在中、低压管线上，例如水处理构筑物和泵站内。

6.2.2止回阀止回阀（图6-5）是限制压力管道中的水流朝一个方向流动的阀门。

阀门的闸板可绕轴旋转。

水流方向相反时，闸板因自重和水压作用而自动关闭。

止回阀一般安装在水压大于196kPa的泵站出水管上，防止因突然断电或其他事故时水流倒流而损坏水泵设备。

在直径较大的管线上，例如工业企业的冷却水系统中，常用多瓣阀门的单向阀，由于几个阀瓣并不同时闭合，所以能有效地减轻水锤所产生的危害。

止回阀的类型除旋转启式外，微阻缓闭止回阀和液压式缓冲止回阀还有防止水锤的作用。

6.2.3排气阀和泄水阀排气阀安装在管线的隆起部分，使管线投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排出。

平时用以排除从水中释出的气体，以免空气积在管中，以致减小过水断面和增加管线的水头损失。

长距离输水管一般随地形起伏敷设，在高处设排气阀。

一般采用的单口排气阀见图6-6，垂直安装在管线上。

排气阀口径与管线直径之比一般采用1:8～1:12。

排气阀放在单独的阀门井内，也可和其他配件何用一个阀门井。

在管线的最低点须安装泄水阀，它与排水管连接，以排除水管中的沉淀物以及检修时防空水管内的存水。

泄水阀和排水管的直径，由所需放空时间决定。

放空时间可按一定工作水头下孔口出流公式计算。

为加速排水，可根据需要同时安装进气管或进气阀。

6.2.4消火栓消火栓分地上式和地下式。

一般，前者适用于气温较低的地区，其安装情况见图6-7和图6-8。

每个消火栓的流量为10～15L/s。

地上式消火栓一般布置在交叉路口消防车可以驶近的地方。

地下式消火栓安装在阀门井内。

第7章小城镇给水管网的维护管理7.1管网技术资料的管理给水管道系统的任务就是按用户所需要的水质、水量及水压将水输送给用户。

为保证给水管道系统安全供水，保持正常的输水能力，降低经常运转费用，必须在管道系统使用期间，做好日常的养护管理工作。

7.1.1管网技术管理内容管网技术管理的主要内容有以下几个方面：1.建立健全管网的技术档案资料；2.管网渗漏的检查与修复；3.定期进行管网的测流、测压；4.管道的清洗和防腐；5.管道设备的维护和检修；6.管网的日常运行调度。

为了做好上述工作，必须熟悉管线的情况、各项设备的安装部位和性能、用户接管的地位等，以便及时处理。