1南京市市政设计研究院有限责任公司；2中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院 江苏南京 210000
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。本文通过实际工程案例对市政给排水管道工程中的结构设计进行了分析与探讨，以供相关设计人员参考。
关键词：给排水；管道；结构；设计
市政给排水管道工程关系到人们的正常生活，其不仅有利于城市防洪、排涝和水污染治理，还有利于城市水循环，实现水资源再利用，给排水工程最重要的部分就是管道结构的设计，这是一个实践经验和能动性相结合的过程，在满足相关规范要求的前提下，掌握设计的主要内容，然后根据实际情况进行施工，从而保证管道工程结构设计的经济合理。
一、前期工作
在进行给排水管道结构设计时应做好前期工作，首先进行现场勘察。在进行给排水管道施工时，一般先会铺设较长的一段路，由于地形不同，在设计时需要进行管线铺设，对于一些山区、农田、公路、河流、铁路等需要注意管线的穿越。为有效提高设计的科学性、合理性相关人员应对当地的地貌进行现场踏勘，在踏勘过程中进行选线，与此同时对给排水施工进行预算（与进行预算的相关人员一起进行）对当地的地质进行充分了解，对管线的覆盖区域进行全面了解，若是遇见一些特殊地形需要进行多次踏勘，如有需要可以进行拍照存档，一方面以后查阅。现场踏勘对于给排水管道的结构设计来说能够提供重要的参考依据，也是市政给排水管道功能最为重要的工序，所以结构专业设计人员在进行选线和踏勘时，应提出科学专业的意见。其次是勘测要求，在进行管道结构设计时，需要进行勘探部门提供较为准确管道线，水文地质，工程地质的相关资料。
二、市政给排水管道结构设计的主要内容
（一）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，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。
（二）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。
三、工程概况
某市政道路全长3.266km，道路等级为城市主干道，设计车速为40km/h，采用双向六车道。设计在道路两侧分别铺设一条雨水管道和污水管道，污水主干管采用钢管；雨水主干管采用HDPE双壁波纹管。拟建场地工程地质条件较复杂，但未发现滑坡、滑塌、泥石流及塌岸等不良地质现象，场地整体稳定性较好。拟建场地不存在饱和粉土液化和软土震陷问题。区内地下水及地基土对基础混凝土无腐蚀性，对钢筋砼中钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。
四、结构形式
在市政给排水管道的结构形式设计中，需要根据管道的用途、埋设的深度、抗震要求、地质条件和经济指标等情况进行综合的考虑。目前给排水管道形式主要有铸铁管、钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等。本文工程综合各种情况得出污水主干管采用钢管，雨水主干管采用HDPE双壁波纹管。
（一）钢管
钢管管材采用Q235-B，其质量标准应符合现行《普通碳素钢钢号和一般技术条件》规定的要求；管材不宜采用Q235沸腾钢。钢管的焊接材料应符合以下要求：手工焊接焊条采用 E43型焊条，焊条质量应该符合国家行业也标准的相关规定，选择的焊丝和焊剂应当与所选择的钢管管材相适应，同时满足国家行业标准的相关规定。钢管覆土容重≤20KN/m3；管顶最小要求覆土深度为一倍管直径且不小于0.7米，管顶最大允许覆土深度为5.0米，地面堆载10KPa；当使用条件改变时应通知设计院采取处理措施。180°人工土弧砂管基详下图1示意：
图1人工土弧砂基础
（二）HDPE双壁波纹管
所使用的 HDPE 双壁波纹管必须符合《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》CECS 164：2004。HDPE双壁波纹管环刚度不小于 8。HDPE 管覆土容重≤20KN/m3；管顶最小要求覆土深度为一倍管直径且不小于 0.7米，管顶最大允许覆土深度为 6.0米，HDPE管环刚度不小于8，地面堆载10KPa；当管道位于车行道下管顶覆土厚度小于1.0m时，此部分管道应进行砼包管加固，如下图2所示：
图2满包管加固示意图
满包砼加固段，原则上每20米设变形缝一条，变形缝应留设在管节处、遇地基地质条件明显改变处、管顶覆土深度变化超过2米处，天然地基与经处理地基交接部位等应增设变形缝，变形缝处管基完全断开，缝宽30mm。
五、管道结构设计要点
（一）管槽开挖
根据工程所在地区的实际情况，管槽底净宽度需要参考管材管径、埋设深度以及工程施工工艺等因素进行确定，根据分析确定本工程管道每边净宽不应当低于 50cm。在管槽开挖施工中，需要对基地高程进行严格的控制，严禁对基地原状土层进行干扰。在管槽开挖施工中如果出现超挖或者扰动的情况，需要采用天然级配碎石换填的方法进行处理，换填之后需要将其整平夯实，要求其密实度达到规定的要求，严禁采用杂土进行回填施工。在管槽地步如果存在尖硬的物体，则必须将其清除，之后再用砂石进行回填处理。管槽开挖之后，需要及时的进行排水和降水，严禁受到水的浸泡。
（二）管槽回填
从管底基础层至管顶以上0.5m范围内的沟槽回填材料，可按表1的规定采用。沟槽应分层对称回填、夯实，每层回填高度不宜大于 0.2m。在管顶以上 0.5m 范围内不宜用夯实机具夯实。对于埋设于冲沟、河岸边及陡坡段（地面横坡大于20度），可能受到水流冲刷的管道和可能受水流冲刷、洪水淹没的管道，应沿沟槽底及两侧槽壁铺设100克长丝土工布以防止细颗粒回填随水迁移。管道埋设后，在回填土表面以不小于300mm厚干砌片石护砌，以防冲刷。埋设于冲沟沟底及河岸边的管道，管道埋设后在表面以不小于300mm厚干砌片石护砌，以防冲刷。
（三）管道基础
本工程管道采用的是土弧基础。对于普通的土质，需要在管道底部下方的原状地基上铺设一层中粗砂，厚度通常控制在10cm左右；但是如果土质状况比较差，则需要铺设一层砂砾基础层，厚度控制在20cm或以上，也可以分两层进行铺设，上层铺设中粗砂，厚度控制在5cm或以上，下层铺设碎石，厚度控制在10—15cm之间。对软土地基，当地基承载力小于设计要求或由于施工降水等原因，地基原状土被扰动而影响地基承载能力时，必须先对地基进行加固处理，在达到规定的地基承载能力后，再铺设中粗砂或砂卵石基础层。管道基础中在承插式接口、机械连接等部位的凹槽，宜在铺设管道时随铺随挖（图3）。凹槽的长度、宽度和深度可按管道接头尺寸确定。在接头完成后，应立即用中粗砂回填密实。
图3管道接口回填大样
（四）埋管抗浮设计
对于埋设于冲沟、河岸边地段，可能受到水流冲刷的管道，应保证管顶覆土高度不小于1m，并按有关规范和施工图要求分层压实。在保证管道标高不变的情况下，管道中心线平面位置可根据原地貌进行适当调整；无条件进行平面偏移时采用混凝土包管进行处理。为保证管道在使用期间的完全，由管理部门派人定期巡视。对于其它地段，管顶覆土厚度小于一倍管径或小于0.7m时，采用混凝土包管处理，以满足管道抗浮要求和增强管道抵御遭受人为破坏能力。
（五）抗震设计
在对管线的走向进行确定之前，需要尽量的避开对抗震不利的一些场地和地基，如果管线必须要通过活动断裂带，那么需要将管线尽量的与断裂带正交，并且管材需要选择延性好的钢管。如果有必要需要在管道的外部设施钢管套筒对管道进行保护。管道连接最好采用柔性连接，以此来增强管道的变形能力和抗震能力。管线穿越建筑物时，需要设置套管同时采用柔性连接，并且如果管道必须与墙体嵌同，则需要在墙外设置柔性连接。
六、结束语
在对市政给排水管道工程进行规划设计的过程中，不仅要满足相关规范的要求，密切注意设计控制要点，还要根据工程的实际情况，做到因地制宜，这就需要能动性与实践经验的有效结合。
参考文献
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论文作者:曹伟1,王洪虎2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/27
标签：管道论文; 给排水论文; 结构设计论文; 市政论文; 地基论文; 钢管论文; 管道工程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;