市政工程管道的结构设计 李奕君

市政工程管道的结构设计李奕君

发表时间：2019-08-29T11:19:37.187Z 来源：《防护工程》2019年11期作者：李奕君陈光荣[导读] 能够有效保障给排水管道的使用寿命和运行质量，降低故障发生率，减少因给排水管道故障对水资源造成的浪费，以及给居民生活带来的不便。

中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430010

摘要：随着经济的发展，城市居民用水、商业用水不断增加，市政给排水管道工程逐渐增多。市政给排水管道工程在建成之后，能否长期有效的充分发挥其应有效益，结构设计是否合理是非常关键的因素，结构设计的质量直接关系到市政给排水管道工程的经济效益，因此，必须加强对管道结构设计的重视。

关键词：市政工程，给水排水管道，结构设计

随着社会的发展与经济的进步，城市的工业及人口规模不断扩大，需水量呈现出日益增长的趋势。在供水需求不断增长的趋势下，供水水源不断向外拓展，因此市政给排水管道的输水距离逐渐加长。在这样的形势下，市政给排水管道工程结构设计面临着更严峻的考验。市政给排水管道的结构设计十分复杂，不仅需要考虑水文地质、地形地貌等现实因素，对市政给排水管道进行科学的结构设计，能够有效保障给排水管道的使用寿命和运行质量，降低故障发生率，减少因给排水管道故障对水资源造成的浪费，以及给居民生活带来的不便。

一、概述

市政管道分为给水管道和排水管道，前者包括输送原水的管道，输送经污水处理厂处理后可用于浇洒道路、绿化、洗车和厕所冲洗水的中水管道等。后者包括输送未经处理或初步处理的生活、生产污水管道，输送截流雨水的雨水管道和雨污合流管道。城镇的给水、排水管道一般采用埋地敷设，不占用地面空间。因水体温度和环境温度产生的温差会使得管道产生纵向变形，除采用伸缩节、滑动支座和保温层外，一般也会要求输送水体的温度不大于40 ℃。

给水管道需要连接到民用、工用和公共设施的进水点，一般采用压力流管道系统，工作压力一般不小于0.5 MPa。排水管道考虑到节能和排放污水需要，一般采用重力流管道系统，遇到出口高程不能自流排放，则设置加压泵站提升水头。管材的确定需要根据管道用途、埋置深度、抗震要求、地质条件和经济指标等情况进行综合考虑。目前给水排水管道形式主要有铸铁管、钢筋混凝土管、钢管、塑料管和其他复合结构管材。

管道的连接接头是管道系统的主要组成部分，压力管道在方向转变处、支管与主管连接处必须采用弯管、三通和四通等接头，不同管材间连接处也需采用相应接头。接头必须达到与管材同样的对外荷载支撑强度，并达到不低于0.5 MPa 内压的抗渗要求。

二、市政给排水管道结构设计的内容

1、管道结构形式。一般来说，由给排水专业来确定管道材料及结构形式，与此同时，也要综合、全面考虑管道的用途、口径、流量、工作环境、覆土深度、敷设方式以及经济指标、水文地质情况等因素。自来水厂的原水及输水管道通常属于承压管，往往会采用以下几种结构:钢、铸铁、玻璃钢、PCCP管、现浇钢筋混凝土箱涵以及PE管等;而污水厂等重力流管道通常属于非承压管道或者压力较小，出于经济性考虑，往往会采用以下几种结构:砌体盖板涵、混凝土、钢筋混凝土以及现浇钢筋混凝土箱涵;在遇到铁路、公路、过河渠等特殊地段或特殊情况的时候，局部地段的管道压力较大时也可以采用钢管形式。本文工程原水主管采用PCCP管，接口形式为承插口。

2、管道结构设计及基础选型。以管道规格、地面荷载、覆土深度以及试验压力、工作压力、地下水位为主要根据，对管道的刚度、管道的强度进行复核、计算，最终确定管道结构配筋率、管道壁厚。而对于一些必须通过进行加固才能满强度要求、刚度要求的管道来说，可以根据计算结果，选择合理的加固措施，比较常用的加固措施主要包括管廊包管、混凝土包管以及钢筋混凝土包管。

3、管道敷设方式。应综合考虑管道地面障碍物、地下障碍物以及覆土深度等因素合理选择敷设方式。一般情况下，管道敷设方式主要包括架空、顶管以及沟埋这三种，其中沟埋式是最常用的一种管道敷设方式。在利用沟埋式难度较大的情况下，可以选择架空、顶管等方式。管道敷设方式不同，管道结构设计也会有所不同。

4、抗震设计。在确定管线走向时，应尽量规避不利于抗震的地基、场地，若是必须要经过液化土地基、地震断裂带，则应根据管道的使用条件、重要性进行综合考虑。对于给水管道来说，应当选择延性良好、抗拉强度高以及抗折强度高的钢管，此外还需对管道进行防腐处理;对于排水管道来说，应当选择钢筋混凝土形式的管道，并采取构造措施，以尽量避免出现严重的损害。在进行结构设计时，也要适当加强抗震设计。根据历年管道地震灾害调查，管道地震灾害破坏绝大部分位于管道接口位置，PCCP管承插口具有较好的抗剪和变形能力，抗震性能较好。

5、构造措施。首先，地基处理。应当将地基处理的平面图、纵断面图、横断面图包含在设计图中，扫描矢量化要进行处理的地段的地勘资料纵断面，并选择合适的参考点，以给排水专业的平面图、纵断面图、横断面图为主要根据，在地质纵断面上放置管道基底轮廓线，然后再划分地质单元，注明桩号、基底高程，并将地下水位以及基底以下、沟槽范围内的土层构造标明。根据桩号划分，确定需要处理的部分，再针对地质情况、厚度，采取相应的处理方法。

6、预防浮管。管道施工期间多雨或者管道敷设地段的地下水位比较高，在这样的情况下，比较容易出现浮管现象，结构设计人员需要充分考虑到这两点因素，加强对管道抗浮稳定的重视。在进行结构设计，根据管道结构计算结果，采用管顶覆土或钢筋混凝土包管等抗浮措施，以预防出现浮管问题。同时，在混凝土包封管道施工过程中，应该计算混凝土对管道的浮力影响，并采取措施固定管道。

三、市政给排水管道的结构设计要点

1、地基处理。当在软土、回填欠密实土等地基上直接敷设管道时，地基的不均匀沉降极易引发管道发生事故，因此应该严格保证地基的强度、不均匀沉降等。当在上部结构的自重及附加负载的作用下地基压缩变形过大时，尤其是和管道所能允许的不均匀沉降相比过大时，极易引发管道过量下沉，接口开裂，对管道的正常使用造成一定的不良影响。针对这种情况，有效处理管道不良地基是极为必要的。夯实、抛石挤淤、砂石挤密等是处理管道地基的过程中经常采用的方法，但是在实施这些处理方法的过程中应该严格依据建筑地基处理技术规范。同时，还应该严格依据管线的钻孔地质纵断面图进行结构设计，将管道地基处理的范围及深度等有效确定下来，通过技术、工期等综合因素比较后将科学合理的地基处理措施确定下来。