浅析排水管网工程在城镇丘陵地区的规划设计

浅析排水管网工程在城镇丘陵地区的规划设计

【摘要】由于独特的地形地质条件，丘陵地区排水管道系统与平原地区存在一定差异。本文分析了丘陵地区排水管网的特点，提出了丘陵地区排水管网规划时在平面布置、管材选择、水力条件、埋深、检查井设置等方面需要注意的问题及相应解决措施。

【关键词】丘陵；排水；管网规划

0 前言

市政排水管道系统是现代化城市不可缺少的重要市政基础设施，也是城市水污染防治和排涝防洪的骨干工程。根据住房与城乡建设部的目标，我国于2015年底城市污水处理率将达到85%[1]。为达到该目标，许多丘陵、山区地带城市加大了基础建设的力度。丘陵地区地质条件复杂、地形高差起伏大，雨、污水排水管道必须根据当地特点进行规划设计。

1 丘陵地区排水管网特点分析

丘陵地区一般指相对高差在200m以下，地形高低起伏，但坡度较缓，由连续的低矮山丘组成的地区。丘陵地区的地貌特点使得当地的排水管网规划具有如下特点。

1.1 地形高差起伏较大，为节约开发投入，区域内道路一般尽量顺原地形确定标高，势必造成道路起伏不定，地块与道路标高相差较大。这种情况对压力管道影响不是很大，但对于主要依靠重力流排水的雨、污水排水管道布置则带来了许多困难，规划时必须根据地形特点设计排水方案，合理确定管道参数。

1.2 地质条件复杂多变，陡坎洼地较多，部分地区冲沟交错，表土较浅，表土下多为风化岩石。规划时应考虑地质条件，合理选定管道管材、接口方式、附属设施等。

2 丘陵地区排水管网规划要点

2.1 管道定线与平面布置

正确的定线是合理、经济设计污水管道系统的先决条件。管道定线的主要原则是：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。一般原则包括：干管应设在整个排水区域较低的地方，并减少与河道、山谷、铁路等交叉；干管不宜辐射在交通要道下；支管根据地形及街坊建筑特征定线等等。但在丘陵地区，污水管网的平面布置还有一些独特的经验。

丘陵地区道路纵坡一般变化幅度较大，很多时候管道敷设在道路下或路旁绿

化带内并不是最好的选择。路军等人[1]在宜昌市夷陵区市政排水管网设计中采用了在山体上打锚杆，将管道悬挂在山体上通过山谷的方案，仅需管道四百余米就代替了绕行山谷时需要的两公里管道，使得一次性投资减少了近40万元；在管道经过山体处采用了开隧道铺设管线的方案，比绕行山体节约管道两公里多，不仅在投资上节省，而且在技术上也合理可行；毛威敏[2]在上海市长宁区中小河道截污纳管工程中大范围采用了河道内敷设截污管道的方案，使在常规情况下无法敷设的截污管得到了实施，取得了较好的效果。从以上可以看出，丘陵地区特殊条件下排水管道的平面布置并无固定的解决途径，规划师在定线时应针对不同地区的不同条件，选用不同的工程措施，使规划方案达到或接近最优。

2.2 管材选择

一般而言，排水规划中并不需要确定管道的材质，但由于不同材质的管道具有不同的特征参数，适用于不同的地形及地质条件，对工程造价的影响也比较大。因此规划师有必要了解不同管材的各项特征，在规划中对需使用特殊管材的地方进行说明。目前国内常用的排水管道包括钢筋混凝土管、玻璃钢夹砂管、塑料管（主要为UPVC管及HDPE管）以及金属管（主要为铸铁管、钢管），各种管道的技术性能如表1所示。

钢筋混凝土管道具有价格低廉、工艺成熟、抗压性好、基本不受温度影响等优点，目前丘陵地区的排水管道以钢筋混凝土管为主；玻璃钢夹砂管、塑料管等新型管道虽然有价格较贵、环刚度底、耐久性差等缺点，但其水力条件较好、施工也很方便，随着各种新型管材的研发及自身成本的降低，会有广阔的市场前景；金属管道则适用于对机械强度有特殊要求的情况。

表 1 常用排水管材主要经济技术性能比较[4-5]

2.3 水力条件设计

由于地形缘故，丘陵地区道路常有平坡、反坡出现，在排水管道与道路反坡时，需要尽量减小管道坡度以提高管道埋深。排水管道需按照一定坡度敷设的原因是为了保持管内的最小流速，防止管道堵塞。对排水管道进行水力计算时一般采用谢才公式确定流速[6]，如式（1）所示：

v=■？誗R■？誗I■（1）

式中，v——流速（m/s）；

n——管壁粗糙系数；

R——水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（m）；

I——水力坡度（及水面坡度，等于管底坡度）。

从式（1）可以看出，要减小水力坡度，可以减小最小流速v，减小管壁粗糙系数n，或增大水力半径R。

根据相关规范[7]，污水管道在设计充满度下的最小流速应为0.6m/s，但吴树生[8]在研究成果中指出，按不淤流速0.4m/s来控制设计坡度是可行的，并指出我国张家口、太原、北京、上海、保定等地的污水管道均有0.4～0.5m/s流速的运行情况，无不良反映。因此采用不淤流速0.4m/s来控制设计坡度可以一定程度上降低管道坡度。根据表1，水力半径R与管道管径正相关，因此适当放大管径可提高水力半径，从而降低管道设计坡度。

2.4 埋深控制

根据相关规范[7]，排水管道管顶最小覆土深度宜为人行道下0.6m，车行道下0.7m。在实际设计过程中，考虑给水、燃气、电力等管线在竖向空间的协调，雨水管道理想覆土一般在1.5～2.0m，污水管道理想覆土一般在2.5～3.0m为宜。

为减少土方量，丘陵地区的竖向规划中往往会出现某段道路路面标高高于相邻地块标高的情况。此时不应为了使地块内雨、污水自流排入管道而降低本段管道埋深，否则会降低整个系统的管道埋深，增加工程造价。.这些地块内雨、污水可通过其它地块或公共绿地敷设至能接入排水管处再行接入，若确实无法接入，则需将雨、污水用泵提升后强排至市政排水管网。强排时一般采用重力排水的方式将地块内雨、污水排至地势较低处的集水坑中，再利用潜污泵将水提升至道路下的排水管道；也可采用家庭污水提升器作为建筑底层排水的解决办法[9]，不但可达到强排效果，而且节省了建筑造价和运行费用。

2.5 检查井设置

相关规范中规定了排水管道上检查井的设置原则，即应设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。在丘陵地区应在填方和挖方交界处应设置检查井，以免使用过程中因填方段沉降大而造成排水管道拉裂，导致管道漏水。

3 小结

丘陵地区的地貌地质具有显著特点，其排水管网规划设计也有其特殊性。规划师应根据当地具体条件的对排水方案进行比选优化，合理确定排水方向及原则，根据地形坡度确定管径、坡度、检查井间距及街坊预留管，尽量达到节约投资、减小施工难度、便于日常管理维护的目的，使排水系统设计尽量完善合理。

【参考文献】

[1]路军，武照远，王旭阳，等.几个特殊设计方案在丘陵地区排水工程中的应用[J]. 中国科技财富，2009（4）.