市政給排水管道工程結構設計論文

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摘要:在對市政給排水管道工程進行規劃設計的過程中，不僅要滿足相關規范的要求，密切注意設計控制要點，還要根據工程的實際情況，做到因地制宜，這就需要能動性與實踐經驗的有效結合。本篇論文主要結合實際工程對市政給排水管道工程中的結構設計進行了分析與探討。

關鍵詞:市政；給排水管道工程；結構設計

隨著社會的發展與經濟的進步，城市的工業及人口規模不斷擴大，需水量呈現出日益增長的趨勢。在供水需求不斷增長的趨勢下，供水水源不斷向外拓展，因此市政給排水管道的輸水距離逐漸加長。在這樣的形勢下，市政給排水管道工程結構設計面臨著更嚴峻的考驗。

1工程概況

山西省朔州市神頭電廠泉水置換供水管線工程位于朔州市東北約2km處耿莊水庫至神頭電廠段。屬于國家戰略引黃北線工程的重要部分，對解決晉西北地區長期的缺水狀況有重要的意義。本地區屬海河流域桑干河水系桑干河上游，區內屬干旱半干旱氣候，四季分明，夏季干熱，春秋剛多風沙。本工程由萬家寨引黃工程北干線耿莊水庫取水，經供水管道供水至水廠，再由水廠供水至神頭電廠。擬采用PCCP供水管，管直徑1.0～1.5m，管線長11.85km

2工程地質條件

為準確反應給排水管道沿線的水文地質情況、地形地貌，必須要具備完整的地形勘探資料與水文地質勘探資料。經地勘單位勘探，主要成果如下:供水管線地處山前傾斜平原區，地形起伏不平，出露地層為第四系上更新統洪沖積低液限粉土、低液限粘土，結構較松散，其中上部低液限粉土厚6～15m，下部低液限粘土厚度大于10m，局部分布人工堆積物，主要為雜填土、建筑和生活垃圾等。供水管線改線段供水管道持力層為為上更新統洪沖積上部低液限粉土，據該層土的物理力學性質指標及標準貫入試驗指標等，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性土，地基土濕陷厚度為6.0m，濕陷等級為Ⅰ級。建議管基底部增設3∶7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。區內地下水位埋深大于15.0m，對工程無影響。供水管線區地基土對混凝土及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

3市政給排水管道結構設計的主要內容

3．1管道結構形式

一般來說，由給排水專業來確定管道材料及結構形式，與此同時，也要綜合、全面考慮管道的用途、口徑、流量、工作環境、覆土深度、敷設方式以及經濟指標、水文地質情況等因素。自來水廠的原水及輸水管道通常屬于承壓管，往往會采用以下幾種結構:鋼、鑄鐵、玻璃鋼、PCCP管、現澆鋼筋混凝土箱涵以及PE管等;而污水廠等重力流管道通常屬于非承壓管道或者壓力較小，出于經濟性考慮，往往會采用以下幾種結構:砌體蓋板涵、混凝土、鋼筋混凝土以及現澆鋼筋混凝土箱涵;在遇到鐵路、公路、過河渠等特殊地段或特殊情況的時候，局部地段的管道壓力較大時也可以采用鋼管形式。本文工程原水主管采用PCCP管，接口形式為承插口。

3．2管道結構設計及基礎選型

以管道規格、地面荷載、覆土深度以及試驗壓力、工作壓力、地下水位為主要根據，對管道的剛度、管道的強度進行復核、計算，最終確定管道結構配筋率、管道壁厚。而對于一些必須通過進行加固才能滿強度要求、剛度要求的管道來說，可以根據計算結果，選擇合理的加固措施，比較常用的加固措施主要包括管廊包管、混凝土包管以及鋼筋混凝土包管。本文工程采用北京河山引水管業有限公司朔州分公司設計生產的PCCP標準管，采用美國壓力管協會ACPPA為ASNI/AWWAC304編制的專用軟件UDP1.6對管道進行結構計算，其中:鋼筒厚度:1.5mm;鋼絲強度:1570MPa;活荷載:汽－20級重載車;纏絲應力:75%×1570MPa。計算結果如表1所示。因此，為了減少管子覆土規格的種類，加快管子安裝進度，保證管子由于覆土而造成的質量隱患，路面下清水管路的DN1200直徑PCCP管采用120°基礎包角。

3.3管道敷設方式

應綜合考慮管道地面障礙物、地下障礙物以及覆土深度等因素合理選擇敷設方式。一般情況下，管道敷設方式主要包括架空、頂管以及溝埋這三種，其中溝埋式是最常用的一種管道敷設方式。在利用溝埋式難度較大的情況下，可以選擇架空、頂管等方式。管道敷設方式方式不同，管道結構設計也會有所不同。本文工程局部有穿越鐵路線障礙處采用大直徑混凝土頂管(內徑2m，原水管從其中穿過)，由鐵路部門單獨設計。

3．4抗震設計

在確定管線走向時，應盡量規避不利于抗震的地基、場地，若是必須要經過液化土地基、地震斷裂帶，則應根據管道的使用條件、重要性進行綜合考慮。對于給水管道來說，應當選擇延性良好、抗拉強度高以及抗折強度高的鋼管，此外還要密切注意進行防腐;對于排水管道來說，應當選擇鋼筋混凝土形式的管道，并采取構造措施，以盡量避免出現嚴重的損害。本文工程實例中，區域地震動峰值加速度為0.15g;本區地震動反應譜特征周期為0.4s;工程區地震抗震設防烈度為7度。綜上，在進行結構設計時，也要適當加強抗震設計。根據歷年管道地震災害調查，管道地震災害破壞絕大部分位于管道接口位置，PCCP管承插口具有較好的抗剪和變形能力，抗震性能較好。

3．5構造措施

首先，地基處理。應當將地基處理的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖包含在設計圖中，掃描矢量化要進行處理的地段的地勘資料縱斷面，并選擇合適的參考點，以給排水專業的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖為主要根據，在地質縱斷面上放置管道基底輪廓線，然后再劃分地質單元，注明樁號、基底高程，并將地下水位以及基底以下、溝槽范圍內的土層構造標明。根據樁號劃分，確定需要處理的部分，再針對地質情況、厚度，采取相應的處理方法。本文實例工程中，樁號0+000～1+382.05地段、樁號1+382.05～11+850地段以及供水管線改線段的水管道持力層為上更新統洪沖積上部低液限粉土，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性。因此，建議管基底部增設3∶7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。其次，支墩與鎮墩。對于承插接口的壓力管道來說，應當設置水平支墩、垂直支墩。根據試驗壓力、工作壓力、土的參數以及管道轉角，計算所需支墩的大小。本工程根據10S505柔性接口給水管道支墩的相關要求進行設計。

3．6預防浮管

管道施工期間多雨或者管道敷設地段的地下水位比較高，在這樣的情況下，比較容易出現浮管現象，結構設計人員需要充分考慮到這兩點因素，加強對管道抗浮穩定的重視。在進行結構設計，根據管道結構計算結果，采取抗浮措施，以預防出現浮管問題。同時，在混凝土包封管道施工過程中，應該計算混凝土對管道的浮力影響，并采取措施固定管道。

4結語

綜上所述，隨著經濟的發展，城市居民用水、商業用水不斷增加，市政給排水管道工程逐漸增多。市政給排水管道工程在建成之后，能否長期有效的充分發揮其應有效益，結構設計是否合理是非常關鍵的因素，結構設計的質量直接關系到市政給排水管道工程的經濟效益，因此，必須加強對管道結構設計的重視。

作者:劉崇武 張云飛 單位:中國市政工程西南設計研究總院有限公司

參考文獻:

［1］廖鵬，鄧治昌．市政給排水管道工程設計階段的造價控制分析［J］．門窗，2014(09)．

［2］王來寶．市政給排水管道施工質量控制要點分析［J］．中小企業管理與科技(中旬刊)，2015(07)