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摘要：科学合理的设计室外给水管道在整个给水工程设计中非常重要。因为它与人们的生活生产息息相关，如果设计的不合理，将会增加供水设备能耗，影响供水平衡。本人结合工作实践从其重要性和给水工程设计来谈谈室外给水管道设计体会。
关键词：科学合理 室外给水管道 设计 平面布置 管径
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
近年来随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。人们在关注房屋住宅面积、户型的同时也关注与生活便利相关的其它方面。比如交通、环境、给水、排水、燃气等，给水在这些方面中占有非常重要的位置。因此科学合理的设计室外给水管道是保障给水安全和给水持续稳定的基础。给水管道设计是否合理将直接影响居民生活质量。这就要求我们供水单位要以科学严谨的态度对待供水问题。以下是我结合本人工作实践从室外给水管道设计的重要性和室外给水工程设计两个方面来谈谈设计过程中的体会。
室外给水管道设计的重要性
科学合理的设计室外给水管道在整个给水工程设计中非常重要。因为室外给水管道工程设计,要依据室外给水设计规范、小区给水规范、施工规范、消防规范、给水排水设计手册等相关规范和手册,并结合地区地理、气候特点及当地水司的运行规程等实际情况,从技术可行性、经济合理性及节能性出发综合考虑,进行设计。
室外给水工程设计
从平面布置上看
（1）新城区给水管网布局设计比较容易，因为新城区地下没有旧管道，给水管道是新铺设，不用考虑旧管线的位置连接等问题。老城区管网改造一直是个难题，因为得综合考虑很多方面，包括是否有位置铺设新管线，改造后管网压力是否均衡，旧管网图纸是否齐全准确等等问题。因此对旧管道更新改造而进行的设计,在新管道定线前一定要调查清楚旧管线及其分支管的具体位置,并尽量不占据旧管线的原有位置,最好保证新旧管网之间有1.5m以上的间距,并且要根据原管道连接的分支管预留管件。这样在新管敷设过程中不至于必须拆旧管线,从而保证旧管线能正常供水,直至并网施工全部完成以后,再彻底废除旧管线。如果规划位置已被各类地下管线占满,布置新管线已无合适位置,不得不占据旧管线原有位置时,则必须采取临时供水措施,如我公司在建设路DN500供水管线设计过程中,由于新管线需占据原DN200旧管线的位置,旧管线势必要事先拆除,不得已沿路敷设了临时管线来解决当地居民的临时用水问题。
(2)在交通密集、道路横断面较宽路段(规范规定大于50m)以及市区输水干线管径较大的路段,应考虑铺设复线。
(3)为降低工程造价,配合市政道路改造,将管道设计在车道下。随着城市道路等级的逐渐提高,以及地下管线的复杂程度的提高,应考虑适当多预留一些接水口,以满足城市美化和生产生活的需要。
(4)供水主管道不宜开口过多,可考虑结合地下旁通式消防预留接口。
(5)如果给水管线布置在车道下面,要尽量减少在车道上做井。除必不可少的干线闸阀、排气等井外,像分支管阀门、地下旁通式消防栓等井尽量设计在人行道上。如我公司配合市政工程管理处对环城东路道路改造,将给水管道及检修阀门和排气阀井设在慢车道上,将分支管阀门、排水阀门及消火栓井设在人行道上。
(6)管径大于700mm的水平弯头应尽量避免90°。
(7)承插式管道沿曲线铺设时,DN600以下管道的借转角度不超过3°;DN700-DN800以下管道的借转角度不超过2°;DN900以上管道的借转角度不超过1°。
2、管径的选择
管径应根据设计供水量及流速确定。综合考虑管网造价与经营费用,确定经济流速,从而确定经济管径,使管网造价与经营费用之和为最小。设计时常采用平均经济流速来确定管径,当D=100mm～400mm时,平均经济流速取0.6m/s～0.9m/s;当D≥400mm时,平均经济流速取0.9m/s～1.4m/s,大管取大值,小管取小值。
(1)市政给水管道管径一般根据管网差计算结果和用水量情况来确定。实际中,有些管径在若干年前已经规划,随着各地城市发展速度的加快,应结合城市改造的步伐,考虑远期發展,同时照顾经济性和可靠性。对于已形成的城区或工业区,设计供水量根据下列各种用水确定:①综合生活用水:包括居民生活用水和公共建筑用水。根据居民生活用水定额或综合生活用水定额及最高日时变化系数综合分析确定。②工业企业生产用水和工作人员生活用水:生产用水量根据生产工艺要求确定;工作人员生活用水量(含淋浴用水量)根据车间性质确定。③消防用水:消防用水量、水压及延续时间等根据现行有关规定确定。④浇洒道路和绿地用水:根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。⑤未预见水量及管网漏失水量:按最高日用水量的百分比计算。对于正在兴建的新城区或工业区,虽然已有规划,但在实际发展过程中,引进的往往与规划不一致,如在招商引资过程中,企业的性质与所在地块性质规划不吻合,用水量就会有所变化,此时可根据《城市给水工程规划规范GB50282—98》来进行估算用水量,从而确定管径。
(2)居住小区内室外给水管道管径确定,一般依据小区用户的数量、住宅类别、建筑标准、卫生器具完善程度及《建筑给水排水设计规范》、《居住小区给水排水设计规范》等规范中居民用水定额、用水量等相关内容来确定。要注意区分最大小时流量与设计秒流量的应用范围。
无论是市政给水管道还是居住小区室外给水管道都涉及到流量与管径的对应问题,应依据流量、流速按《给水排水设计手册》中的水力计算表及地方经验来确定。
3、管材的要求
(1)选择的管材必须有足够的强度,能承受各种内外荷载。
(2)选用的管材应具有很高的水密性能。供水管道是承压的管道,管道的水密性差,以至经常漏水,而增加管理费用和导致经济上的损失。同时,管网漏水严重时,也会冲刷地层引起严重事故。
(3)为降低净水厂的常年运转费,选择的管材要水力条件好,内壁不结垢、光滑、管路畅通,水头损失小。
(4)选用管材的价格相对要低,使用年限长,尽量降低工程造价,并有较高的防水和土壤的侵蚀能力。
(5)管道实际上是一个大的反应器,出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行,并且含氯水与管壁发生新的接触,产生新反应,这些反应有生物性的、感官性的以及物理性的。因此,选择的管材要既耐腐蚀,又不会向水中析出有害物质,最大限度地降低配水管网的二次污染。
(6)穿越河道、铁路和地震区时,应选用钢管。钢管埋地敷设时,管材会受到土壤、地下水的浸蚀,同时还会受到地下杂散电流的影响,使金属表面产生电化学作用而损坏金属表层,故必须采取能隔绝对管道腐蚀及减少杂散电流对管道电化作用的防腐绝缘层,以延长管道使用寿命。埋地钢管一般采用水泥砂浆内或无毒饮水漆防腐,外防腐一般采用石油沥青及环氧煤沥青,分普通级、加强级、特加强级3个等级,设计时应根据具体情况合理选择。
4、管道埋设深度
(1)根据冰冻层厚度、外部荷载、最小管顶覆土厚度等综合考虑进行设计。
(2)在设有阀门、排气等处管道的埋深,要考虑井室的形状、大小及井内阀门实际尺寸和操作尺寸。
(3)管道埋设深度不是越深越好,要考虑工程造价和将来管道维修费用。在非冰冻地区,管顶覆土厚度可采用0.8m～1.2m,在冰冻地区还要考虑冰冻厚度。
(4)在市政地下管线复杂的地段,给水管线穿越障碍时,要从全段管道综合考虑,尽量平缓、顺直过渡。
5、管道附属设施
(1)检修阀:供水主管每500m～1000m应设置一个检修阀门,主要管道和次要管道交接处的阀门设在次要管道上。
(2)伸缩节:①供水管上设置的检修阀门应加设伸缩节,当阀门需要更换时,可以减少阀门更换的时间,缩短停水区域的停水时间。②露天管道应设伸缩节。
(3)排气阀:①排气阀设置位置:管道局最高点;管道下降坡度变大点;管道上升坡度变小点;长距离无折点上升或下降管道每隔500m～1000m设置一个排气阀;长距离水平管道每隔500m～1000m设置一个排气阀。②排气阀的口径:排气阀的口径与管道直径之比为1∶8～1∶12。③排气阀与管道连接之间应设置阀门,可避免拆换排气阀时大面积停水。
(4)排水阀和排水管:①在管道下凹处或阀门间管段最低处需设置排水阀和排水管,以便排除管内沉积物或检修时放空管道。排水管应与母管管底平接并具有一定坡度。②若地形高程允许,应直接排入河道、沟谷;如地形高程不能满足直接排放时,可建湿井或集水井,再用抽水机具将水排出。③排水管和排气阀的口径与母管道直径之比为1∶3～1∶4。
(5)消火栓:①两个消火栓之间的间距一般为100m～120m,距车行道边不大于2m,距建筑物外墙不小于5m。②冰冻深度≤400mm的地区宜设置地下式消火栓,冰冻深度≤200mm的地区宜設置地上式消火栓。
(6)阀门井:①由于管网中的附件设计在阀门井内,为了降低造价,配件和附件应布置紧凑。阀井的平面尺寸,取决于管道直径以及附件的种类和数量。但应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需的最小尺寸。井的深度由管道埋深及阀门尺寸确定。但是井底到管道承口或法兰盘底的距离至少为0.1m,法兰盘底和井壁的距离宜大于0.15m,从承口到外缘井壁的距离,应在0.3m以上,以便于接口施工。②阀门井的形式根据所安装的附件种类、大小和路面材料而定。直径较小,位于人行道上或简易路面以下的阀门,可采用阀门套筒,寒冷地区不宜采用。安装在街道下的大阀门,应采用阀门井。
(7)支墩:①当管径大于或等于300mm的管线的弯转处、三通处、水管末端的盖板上以及缩管处,都会产生拉力,接口可能因此松动脱节,而使管线漏水,因此,在这些部位须设置支墩以承受拉力和防止事故。②当管径小于300mm,且试验压力小于1MPa时,在一般土壤地区,接口本身能承受拉力,可不设支墩;在松软土壤中,要根据管道试验压力和土壤条件,计算后确定是否需要设置支墩。③当管道转弯角度小于10°时,可不设支墩。
关键词：科学合理 室外给水管道 设计 平面布置 管径
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
近年来随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。人们在关注房屋住宅面积、户型的同时也关注与生活便利相关的其它方面。比如交通、环境、给水、排水、燃气等，给水在这些方面中占有非常重要的位置。因此科学合理的设计室外给水管道是保障给水安全和给水持续稳定的基础。给水管道设计是否合理将直接影响居民生活质量。这就要求我们供水单位要以科学严谨的态度对待供水问题。以下是我结合本人工作实践从室外给水管道设计的重要性和室外给水工程设计两个方面来谈谈设计过程中的体会。
室外给水管道设计的重要性
科学合理的设计室外给水管道在整个给水工程设计中非常重要。因为室外给水管道工程设计,要依据室外给水设计规范、小区给水规范、施工规范、消防规范、给水排水设计手册等相关规范和手册,并结合地区地理、气候特点及当地水司的运行规程等实际情况,从技术可行性、经济合理性及节能性出发综合考虑,进行设计。
室外给水工程设计
从平面布置上看
（1）新城区给水管网布局设计比较容易，因为新城区地下没有旧管道，给水管道是新铺设，不用考虑旧管线的位置连接等问题。老城区管网改造一直是个难题，因为得综合考虑很多方面，包括是否有位置铺设新管线，改造后管网压力是否均衡，旧管网图纸是否齐全准确等等问题。因此对旧管道更新改造而进行的设计,在新管道定线前一定要调查清楚旧管线及其分支管的具体位置,并尽量不占据旧管线的原有位置,最好保证新旧管网之间有1.5m以上的间距,并且要根据原管道连接的分支管预留管件。这样在新管敷设过程中不至于必须拆旧管线,从而保证旧管线能正常供水,直至并网施工全部完成以后,再彻底废除旧管线。如果规划位置已被各类地下管线占满,布置新管线已无合适位置,不得不占据旧管线原有位置时,则必须采取临时供水措施,如我公司在建设路DN500供水管线设计过程中,由于新管线需占据原DN200旧管线的位置,旧管线势必要事先拆除,不得已沿路敷设了临时管线来解决当地居民的临时用水问题。
(2)在交通密集、道路横断面较宽路段(规范规定大于50m)以及市区输水干线管径较大的路段,应考虑铺设复线。
(3)为降低工程造价,配合市政道路改造,将管道设计在车道下。随着城市道路等级的逐渐提高,以及地下管线的复杂程度的提高,应考虑适当多预留一些接水口,以满足城市美化和生产生活的需要。
(4)供水主管道不宜开口过多,可考虑结合地下旁通式消防预留接口。
(5)如果给水管线布置在车道下面,要尽量减少在车道上做井。除必不可少的干线闸阀、排气等井外,像分支管阀门、地下旁通式消防栓等井尽量设计在人行道上。如我公司配合市政工程管理处对环城东路道路改造,将给水管道及检修阀门和排气阀井设在慢车道上,将分支管阀门、排水阀门及消火栓井设在人行道上。
(6)管径大于700mm的水平弯头应尽量避免90°。
(7)承插式管道沿曲线铺设时,DN600以下管道的借转角度不超过3°;DN700-DN800以下管道的借转角度不超过2°;DN900以上管道的借转角度不超过1°。
2、管径的选择
管径应根据设计供水量及流速确定。综合考虑管网造价与经营费用,确定经济流速,从而确定经济管径,使管网造价与经营费用之和为最小。设计时常采用平均经济流速来确定管径,当D=100mm～400mm时,平均经济流速取0.6m/s～0.9m/s;当D≥400mm时,平均经济流速取0.9m/s～1.4m/s,大管取大值,小管取小值。
(1)市政给水管道管径一般根据管网差计算结果和用水量情况来确定。实际中,有些管径在若干年前已经规划,随着各地城市发展速度的加快,应结合城市改造的步伐,考虑远期發展,同时照顾经济性和可靠性。对于已形成的城区或工业区,设计供水量根据下列各种用水确定:①综合生活用水:包括居民生活用水和公共建筑用水。根据居民生活用水定额或综合生活用水定额及最高日时变化系数综合分析确定。②工业企业生产用水和工作人员生活用水:生产用水量根据生产工艺要求确定;工作人员生活用水量(含淋浴用水量)根据车间性质确定。③消防用水:消防用水量、水压及延续时间等根据现行有关规定确定。④浇洒道路和绿地用水:根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。⑤未预见水量及管网漏失水量:按最高日用水量的百分比计算。对于正在兴建的新城区或工业区,虽然已有规划,但在实际发展过程中,引进的往往与规划不一致,如在招商引资过程中,企业的性质与所在地块性质规划不吻合,用水量就会有所变化,此时可根据《城市给水工程规划规范GB50282—98》来进行估算用水量,从而确定管径。
(2)居住小区内室外给水管道管径确定,一般依据小区用户的数量、住宅类别、建筑标准、卫生器具完善程度及《建筑给水排水设计规范》、《居住小区给水排水设计规范》等规范中居民用水定额、用水量等相关内容来确定。要注意区分最大小时流量与设计秒流量的应用范围。
无论是市政给水管道还是居住小区室外给水管道都涉及到流量与管径的对应问题,应依据流量、流速按《给水排水设计手册》中的水力计算表及地方经验来确定。
3、管材的要求
(1)选择的管材必须有足够的强度,能承受各种内外荷载。
(2)选用的管材应具有很高的水密性能。供水管道是承压的管道,管道的水密性差,以至经常漏水,而增加管理费用和导致经济上的损失。同时,管网漏水严重时,也会冲刷地层引起严重事故。
(3)为降低净水厂的常年运转费,选择的管材要水力条件好,内壁不结垢、光滑、管路畅通,水头损失小。
(4)选用管材的价格相对要低,使用年限长,尽量降低工程造价,并有较高的防水和土壤的侵蚀能力。
(5)管道实际上是一个大的反应器,出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行,并且含氯水与管壁发生新的接触,产生新反应,这些反应有生物性的、感官性的以及物理性的。因此,选择的管材要既耐腐蚀,又不会向水中析出有害物质,最大限度地降低配水管网的二次污染。
(6)穿越河道、铁路和地震区时,应选用钢管。钢管埋地敷设时,管材会受到土壤、地下水的浸蚀,同时还会受到地下杂散电流的影响,使金属表面产生电化学作用而损坏金属表层,故必须采取能隔绝对管道腐蚀及减少杂散电流对管道电化作用的防腐绝缘层,以延长管道使用寿命。埋地钢管一般采用水泥砂浆内或无毒饮水漆防腐,外防腐一般采用石油沥青及环氧煤沥青,分普通级、加强级、特加强级3个等级,设计时应根据具体情况合理选择。
4、管道埋设深度
(1)根据冰冻层厚度、外部荷载、最小管顶覆土厚度等综合考虑进行设计。
(2)在设有阀门、排气等处管道的埋深,要考虑井室的形状、大小及井内阀门实际尺寸和操作尺寸。
(3)管道埋设深度不是越深越好,要考虑工程造价和将来管道维修费用。在非冰冻地区,管顶覆土厚度可采用0.8m～1.2m,在冰冻地区还要考虑冰冻厚度。
(4)在市政地下管线复杂的地段,给水管线穿越障碍时,要从全段管道综合考虑,尽量平缓、顺直过渡。
5、管道附属设施
(1)检修阀:供水主管每500m～1000m应设置一个检修阀门,主要管道和次要管道交接处的阀门设在次要管道上。
(2)伸缩节:①供水管上设置的检修阀门应加设伸缩节,当阀门需要更换时,可以减少阀门更换的时间,缩短停水区域的停水时间。②露天管道应设伸缩节。
(3)排气阀:①排气阀设置位置:管道局最高点;管道下降坡度变大点;管道上升坡度变小点;长距离无折点上升或下降管道每隔500m～1000m设置一个排气阀;长距离水平管道每隔500m～1000m设置一个排气阀。②排气阀的口径:排气阀的口径与管道直径之比为1∶8～1∶12。③排气阀与管道连接之间应设置阀门,可避免拆换排气阀时大面积停水。
(4)排水阀和排水管:①在管道下凹处或阀门间管段最低处需设置排水阀和排水管,以便排除管内沉积物或检修时放空管道。排水管应与母管管底平接并具有一定坡度。②若地形高程允许,应直接排入河道、沟谷;如地形高程不能满足直接排放时,可建湿井或集水井,再用抽水机具将水排出。③排水管和排气阀的口径与母管道直径之比为1∶3～1∶4。
(5)消火栓:①两个消火栓之间的间距一般为100m～120m,距车行道边不大于2m,距建筑物外墙不小于5m。②冰冻深度≤400mm的地区宜设置地下式消火栓,冰冻深度≤200mm的地区宜設置地上式消火栓。
(6)阀门井:①由于管网中的附件设计在阀门井内,为了降低造价,配件和附件应布置紧凑。阀井的平面尺寸,取决于管道直径以及附件的种类和数量。但应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需的最小尺寸。井的深度由管道埋深及阀门尺寸确定。但是井底到管道承口或法兰盘底的距离至少为0.1m,法兰盘底和井壁的距离宜大于0.15m,从承口到外缘井壁的距离,应在0.3m以上,以便于接口施工。②阀门井的形式根据所安装的附件种类、大小和路面材料而定。直径较小,位于人行道上或简易路面以下的阀门,可采用阀门套筒,寒冷地区不宜采用。安装在街道下的大阀门,应采用阀门井。
(7)支墩:①当管径大于或等于300mm的管线的弯转处、三通处、水管末端的盖板上以及缩管处,都会产生拉力,接口可能因此松动脱节,而使管线漏水,因此,在这些部位须设置支墩以承受拉力和防止事故。②当管径小于300mm,且试验压力小于1MPa时,在一般土壤地区,接口本身能承受拉力,可不设支墩;在松软土壤中,要根据管道试验压力和土壤条件,计算后确定是否需要设置支墩。③当管道转弯角度小于10°时,可不设支墩。