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浅析给水管网设计要点分析

  摘要:为了更加深刻了解给水管网设计计算原理及其相关规定,本文主要是先从对市政给水管网设计的重要性及其应用的分析入手,继而对市政给水管网设计需要注意的问题进行了讨论,事以提高市政给水管网设计的经济性
  
  引言
  市政给水管网工程设计由于在整个给水工程设计中所占的比例不大,并且远不如建筑给水系统复杂,所以在一些专业书籍中往往被忽略。但是本人认为,做好市政给水设计能够大大降低工程成本,并且对保证稳定的水质和水压有很大作用。现结合本人工作实践谈谈在市政给水管道设计中需注意的几点问题。从大范围来讲,市政给水管道工程设计首先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;然后要结合地区地理、气候特点及各地水司的运行规程等实际情况,从技术可行性、经济合理性出发综合考虑、设计。
  
  1 管材的选择
  目前市政管网的管材主要有:①承插式给水铸铁管:具有较高的强度及承压能力,有较强的耐腐蚀性,接口方便,易于施工。其缺点在于不能承受较大的动荷载及质脆。按制造工艺分为普通灰口铸铁管和球墨铸铁管,较为常用的为球墨铸铁管。②塑料管:在市政行业中应用最广的为聚乙烯管材,也就是通常说的PE 管,具有密封性能好、连接方便、良好的柔韧性、抗震和内冲击、优良的耐腐蚀性、较好的卫生性能和较长的使用寿命等优点,现在已经被广泛应用于室外给水管道安装。③复合管:主要有钢塑复合管、钢丝网骨架塑料复合管两种,该种管材克服了钢管本身存在的易生锈、腐蚀、高污染、及塑料管强度低、易变形的缺陷,整合了钢管和塑料产品的共同优点。④预应力混凝土管:混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段,预先对使用阶段的受拉区施加压应力,造成一种人为的应力状态。克服了普通钢筋混凝土管易出现裂缝不能承受内压的缺点。⑤预应力钢筒混凝土管:它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材,它充分而又综合地发挥了钢材的抗拉、易密封和混凝土的抗压、耐腐蚀,具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。
  目前在市政给水配水管网中,优先选用球墨铸铁管道,如果考虑到工程造价问题,部分区域也可选用造价较低的PE 给水管。对于市政给水输水管道,短距离、工作压力低、地质条件良好时可选用预应力混凝土管,而长距离、地质条件一般时宜选用预应力钢筒混凝土管。
  2 管径的确定
  合理经济的确定管径,不仅能够保证管网的水压,减少损耗,还能节省工程造价,是市政给水管道设计的重点。市政给水管道管径一般根据管网平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好,但随着各地城市发展速度的加快,应结合城市改造的步伐,考虑远期发展,同时照顾经济性和可靠性。对于已形成的城区或工业区,设计供水量应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。④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。
  3 管道的平面布置
  《给水工程》对于给水管网定线有这样的规定:按先大后小的原则,沿着水流方向相隔一定距离平行的布置主干管,然后相隔一定距离在主干管之间布置连接管,形成环状。一般规定主干管之间的距离是500-800 米左右,连接管之间的距离是800-1000 米左右。那么这样距离的规定是基于什么理论呢?给水管网设计的一个重要内容就是确定各管段的管径,管径的确定依据是管段中的管段流量,管段流量是以节点流量和连续性方程为依据进行分配的,节点流量是由沿线流量转换而来的。这里又提出一个新的问题,沿线流量为什么要转换成节点流量?由于管段两边用户的存在,管段需要沿途配水,由于管段沿线向外配水,所以沿着水流方向管段中的流量是减少的,根据管径是由流量来决定的,所以管径也应该是逐渐减小的,理论上最经济的管径应该是喇叭口形状(管段连续均匀配水)或者是阶梯形状(管段不连续配水),,但是,实际的管段并没有喇叭口形状的,管径也是不连续的,
  所以,仔细去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只有当其累积到一定量,足以引起管径变化的时候计算起来才有实际意义。这样,就可以不考虑实际沿线配水的情况,而把一定长度管段上的沿线流量用一个等效的流量来代替,即节点流量,这个等效代替的过程就是把沿线流量转换成节点流量。在这个解释过程中,实际上也解释了管网定线中距离的规定。管网定线距离的规定其实质是对管段长度的规定,划分设计管段时,若管段长度取值太小,该管段上的沿线流量累计值不足以引起管径的变化,计算起来没有实
  际意义,若管段长度取值太大,则沿线流量的累积值早已引起管径的变化,就应该在引起管径变化处增加节点,把该管段划分为两个设计管段。实际设计中,可能由于街道的限制无法
  增加连接管,使得单个设计管段太长,通常的做法是直接增加节点。这里仅仅讨论了管网定线时为什么要规定距离,没有讨论距离取值的合理性。
  4 管道的埋深
  以相关的规范为根据,对于管道的埋设,应结合实际情况,如冰冻情况、管材的性能、抗浮要求等来设计埋设的深度。在我国北方,对于管道的埋设,需要考虑的问题主要是冰冻线,而南方则不需要考虑这一问题。一般而言,为了节省施工成本,施工单位会将管道的埋深减少,但需要注意的是,假如所采用的管道为球墨铸铁管、PE 管等小管径的管道时,其埋设深度必须保证不低于0.7m。城市管线综合规划一般都本着“有压让无压”的原则,在实际的工作当中,市政地下管线越来越复杂,给水管线在不断穿越其他管线后,可能会造成给水管道频繁的上下起伏。这样一来,不仅会使排气增多、水头损失增大,同时还可能增加隐患点。所以在管线穿越障碍时,尽量从全段角度综合考虑,局部上返还是下返,少陡峭变化,多平缓过渡;少一些曲折,多一些顺直。这样有利于减少水头损失,保证管网末端有足够的压力。
  5 管道的附属构筑
  市政给水管道的附属构筑物比较简单,主要就是一些井室、支墩等,另外就是管道工程中涉及的小型抽升泵房及其取水口、排放口等。井室砌筑分为矩形砌筑和圆形井室砌筑。其中阀门井包括排泥井排气井等,不同的井室在砌筑上有不同的要求。在设计中要根据当时当地的实际情况选择合适的构筑物。比如说,考虑到开关阀门的需要,一般直径300mm 以上的都采用蝶阀,每个阀门井都设一个柔性伸缩接头等。这些问题都需要在设计的时候详细选择。另外就是井盖,需要根据气候,选择现浇还是预制。在寒冷的冬季,考虑到冰冻,一般不建议选择现浇。但是预制需要机械吊装,也要考虑当时当地的实际情况。
  结束语:
  综上所述,我们了解到,在市政给水管网的设计中应加强对管材的选择、管径的确定、管道的平面布置及管道的埋深等问题的深入研究,以便将市政给水管网设计的更加合理,为城市居民和工业企业提供充足、优质的水资源。
  参考文献
  [1]赵萍.浅议市政给水管网设计[J].城市建设理论研究(电子版),2011,(22)
  [2]黄刚.市政给水管网设计要点分析及应用[J].中华民居,2011,(7)

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