城市給水管道工程設計探討

白華清

摘要：城市給水管道工程進行設計時要依據相關規定，結合實際情況，綜合考慮技術可行性、經濟效益性等方面，做好給水管道工程設計工作是做好民生工作的重要環節。本文首先分析了城市給水管道設計的影響因素，然后詳細闡述了城市給水管道工程設計的要點，最后提出了再生水工程的設計思考。

關鍵詞：城市；給水管道；分區；管材；平面布置；節點設計；

中圖分類號：S276文獻標識碼： A

一、城市給水管道設計的影響因素

城市給水管道中主要包括主干管、支管和接戶管幾個組成部分，其中主干管的設計受到城市給水系統和給水方式的影響較大，而支管和接戶管則主要受到給水服務對象的影響。具體可以進行以下分析：

（一）給水系統的影響

城市給水系統的一般需要根據不同的使用功能進行分別設計，如生產給水、消防給水、生活用水等等，不同的給水需求決定了其應當在不同的給水系統影響下進行管道的設計。所以在進行主干管的設計時，必須要根據實際情況，根據使用功能的不同決定主干管的數量，才能保證設計的科學性。

（二）給水方式的影響

給水方式一般有直接給水方式、水箱給水方式和氣壓給水方式等等，進行城區給水管道設計時，需要考慮到不同的地區所設置的不同的給水系統，同時根據用戶對水壓、水質以及水量的要求，結合外部給水管道所能夠提供的水源，進行科學的設計。同時，在進行給水管道設計時，也要對用戶用水的經濟性方面考慮，避免造成較大的成本投入。給水方式的不同決定了給管道的設計時是否需要對給水管道進行加壓，所以在進行設計之前，需要對不同地區的給水方式進行確定，據此作為給水管道設計的依據。

（三）給水服務對象的影響

城區給水管道并不是一個獨立存在的系統，其與外部的市政管道是相互連接的，所以在進行給水管道的設計時，必須要對周圍的給水服務對象進行綜合的考慮，尤其考慮到建筑給水設施的影響，因為其對于給水管道的支管和接戶管會產生較大的影響。城區建設的情況越復雜，則其在進行給水管道設計時需要考慮的因素就越多，只有保證每一處建筑給水設施都能夠有效的連接，才能形成一個完整的給水系統。

二、城市給水管道工程設計的要點

（一）給水系統分區

當供水范圍很大、地形高差顯著、或遠距離輸水時，若仍采用統一的供水系統，則會出現管網末端或局部高點上的水壓過小，甚至供水不能到達局部高點的問題。這時最好的方法就是進行壓力分區，將高程相差不大的地點及位置相對集中的區域劃分到一個供水分區。每區有獨立的泵站和管網等，從技術上使管網的水壓不超過水管可以承受的壓力，以免損壞水管和附件，減少漏水量，同時降低供水能量費用。給水低區供到高區的加壓泵站的進水池，由加壓泵站二次加壓向高區供水。

（二）給水管道的管材選擇

目前，可用于城市供水的管材主要有球墨鑄鐵管、鋼管、玻璃鋼管、預應力鋼筒混凝土（PCCP）管、PE管等。下面，分別就余下5種不同管材進行技術經濟比較，見表2.2-1、2.2-2。

表2.2-1供水管材性能比較

項目 鋼管 球墨鑄鐵管 玻璃鋼管 PCCP管 PE管

安全

可靠性 最好 較好 較好 較好 較好

日常維護及接管方式 配件可靈活制作，接管易 有標準配件，接管易 有標準配件，接管易 無標準配件，不易接管 無標準配件，不易接管

接口形式 焊接 承插膠圈 承插膠圈 承插膠圈 熱熔粘接

漏水及爆管情況 不漏水

不爆管 不易漏水

不易爆管 不漏水

不爆管 不易漏水

不易爆管 不易漏水

不易爆管

埋深及承受外壓 可深埋及承受外壓 可深埋及承受外壓 不可深埋

受外壓差 可深埋及承受外壓 不可深埋

受外壓差，韌性好

抗震性 一般 較好 較好 較好 好

防腐及耐久性 不耐腐蝕，內外層防腐不易做好，25年 管材耐久，內襯50年，耐久 >50年 管材耐久，內襯50年，耐久 >50年

對水質的影響 易結垢，有影響，做內襯 易結垢，有影響，做內襯 不結垢，無影響 無影響 不結垢，無影響

能否采用頂管施工 能 能 不能 不能 不能

單根有效長度（m/根） 6 12 5 12

管壁粗糙系數 0.013 0.013 0.008 0.013 0.008

生產廠家 較多，質量有保證 較多，質量有保證 較多，質量有保證 較多，質量有保證 較多，質量有保證

有無部頒產品制造檢驗標準 有 有 有 有 有

發展趨勢 不宜推廣使用 有發展前途，用于輸配水 不宜推廣使用，不宜作為清水供水管材 有發展前途，用于大口徑輸水 有發展前途，用于輸、配水

表2.2-2 供水管材價格比較

管徑（mm） 鋼管 球墨鑄鐵管 玻璃鋼管 PCCP管 PE管

100 391.26 343.57 206.05 216.89 234.76

150 438.66 385.19 276.47 291.02 315

200 543.58 477.32 370.18 389.66 421.77

300 750.75 792.15 637.30 670.84 726.13

400 1004.54 1059.29 863.61 909.06 1062.05

500 1385.41 1317.02 1185.32 907.03 1816.73

600 1667.97 1718.93 1547.04 1137.38

800 2215.61 2537.59 2283.83 1556.80

1000 2979.13 3408.14 3067.33 1916.17

注：管頂覆土1.0米，包括土建、安裝及運費等，但不含路面恢復；

管材選擇的綜合評價應除進行技術經濟分析外，還應從以下七個方面評定：

1、管材性能可靠，能承受要求的內壓和外部荷載；

2、管材來源有保證，管件配套方便，運輸費用低；

3、施工機具及安裝容易；

4、施用年限長，維修工作量少；

5、過水能力能長期保持相同條件下，工程造價低；

6、抗震性是否良好；

7、當地的實際使用情況和習慣。

參照《四川省城鎮供水排水恢復重建工程技術指導意見》，建議城市給水管材選擇如下：（1）管徑DN≤300宜采用聚乙烯管材(PE管)及管件,熱熔或電熔接口；（2）DN400至DN1200宜采用球墨鑄鐵管材及管件，承插式橡膠柔性接口；（3）特殊地段應采用鋼管，如過河倒虹管或架空管；穿越鐵路或主要交通干線及位于地基土為液化土地段的管道；不能避開活動斷裂帶的埋地給水管道及其套管。鋼管采用焊接連接。

（三）給水管道管徑的設計

管徑的設計是進行給水管道設計中的關鍵因素，只有確定科學的管徑，才能保證管道的水壓能夠滿足供水需要，同時降低工程成本。一般進行管徑的確定時，需要根據用水量和管道平差進行計算，對于居住區的管徑計算，還要考慮到住戶的數量、建筑標準以及居民用水的需求等幾個方面進行綜合考慮；而對于工業用水，則需要結合消防、生產以及綠化等幾個方面的用水量進行綜合考慮。

（四）給水管道的平面布置

城市給水管道位置應符合城市規劃，由規劃部門出具管線紅線位置后方可進行設計。給水主管道不宜設置太多的開口，以減少給水管道管件的數量，提高管道供水可靠性。一般沿街道旁和路口處設置消火栓，間距不大于120米。消火栓與用戶接管點可考慮合建。如下圖：

特殊情況下也可考慮平行于主管道，雙邊布管，敷設1條配水管線，專門用于用戶接管和設置消火栓。

不同的給水管徑對于管道的距離有著不同的要求，具體可參見《城市工程管線綜合規劃規范》。需要特別注意的是，根據《室外給水設計規范》第7.3.6條： 給水管道與污水管道或輸送有毒液體管道交叉時，給水管道應敷設在上面，且不應有接口重疊；當給水管道敷設在下面時，應采用鋼管或鋼套管，鋼套管伸出交叉管的長度，每端不得小于3m，鋼套管的兩端應采用防水材料封閉。

（五）給水管道管道的埋深

管道的埋設深度由很多因素決定，主要包括土壤靜荷載、外部動荷載、冰凍情況、抗浮要求、管材性能、閥門高度以及與其他管道交叉等。通過計算，在城市道路下，一般管頂覆土在1.2~1.5米，外部靜荷載＋動荷載形成的綜合土壓力最小，因此給水管道埋深大多在1.5～2.5米之間。

很多情況下，施工單位為了降低工程成本會降低管道的深度，但最小埋深不應低于0.7米。敷設在有耕作要求的農田段，管頂覆土不應小于1.0米。在埋設管道時還要遵循“有壓讓無壓”、“少曲折多順直”、“少陡峭多平緩”，如在鋪設管線遇到障礙時盡量采用管道自然坡度，實在滿足不了的話就采用度數小的彎頭。

（六）節點的布置

（１）消火栓

沿街道旁和路口處應設置消火栓，間距不大于120米。消火栓應以地上式為好。消火栓節點一般與用戶接管點合建，減少給水管道管件的數量，以提高管道供水可靠性。

（2）閥門

城市供水管道每隔500～700米左右應設置檢修用閥門。對DN≤300mm建議采用軟密封管網閘閥。對DN＞300mm的管段，采用雙法蘭偏心蝶閥。

（3）自動復式排氣閥

在管道上容易積聚空氣的制高點均設置自動復式排氣閥，既可自動排氣，又可在管道需要檢修放空時進氣。對小口徑給水管道（DN≤300）由于用戶接管多，在正常通水情況下可起到排氣作用，因此起伏不大時，可不用設置專門的排氣閥。

（4）泄水閥井

在管線的低凹處、河流、溝渠邊均設置有泄水閥。對小口徑給水管道（DN≤300）泄水閥可利用消火栓代替，對管道進行泄水或沖洗。

（5）閥門井

給水管線中所有閥門處均應設有閥門井，其結構需根據閥門井地質條件，采用鋼筋混凝土閥門井。

（七）給水管道施工方式及選擇

a、常用方法簡介

常用給水管道施工方法有頂管、鋼板樁撐護壁、大開挖三種。

1) 頂管

頂管主要用于管道埋深較大或有障礙物時的管道施工。如穿越鐵路、穿越主要干道等時，應采取頂管施工，以避免對交通、環境等造成過大的影響。

2) 鋼板樁撐護壁

鋼板樁撐護壁施工方式的臨時占地小，土方開挖量較小，施工速度快，對地下水和流砂的發生也有一定的防治作用。但鋼板樁價格昂貴，還要配備相應的打樁機械，或者采用挖土機械輔助打設，將增加機械設備臺班費。板樁撐使管道的鋪設也較為不便。

3) 大開挖施工

大開挖施工由于要根據土質條件放置邊坡，因此施工的臨時占地較大，土方開挖量也較大，而且施工操作不當還有產生崩塌的危險。但大開挖施工簡便易行，技術要求相對較低。據《實用給水排水工程施工手冊》表9.2-4溝槽的最陡邊坡規定：軟土經井點降水后，且坡頂無荷載時邊坡為1:1。

b、施工方式選擇

對管道大開挖和打鋼板樁撐護兩種施工方式進行了比較。比較結果表明，盡管大開挖放置邊坡較寬，但仍比打鋼板樁經濟。

綜合各種施工方式的優缺點等因素，有施工條件的路段，一般采用大開挖施工方案；在場地狹窄、道路邊或有障礙物的特殊地段采用打鋼板樁撐護施工方案；穿越現狀道路時，視具體情況，可盡量采用頂管施工。

參考文獻

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