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城中村给水管网工程设计探讨

  【摘要】通过对城中村供水水量、水质及运行管理现状的调查,分析了城中村供水中存在的问题。结合城中村用水及供水实际情况,探索了与城中村基本情况相适应的给水管网工程设计思路与技术措施。工程实践表明,设计中采用的措施合理,取得了良好的运行效果和社会效益。
  【关键词】城中村供水;管网设计;水质
  近年来城中村经济快速发展,居民楼、进驻企业数量不断增多,居住人口急剧膨胀,需水量激增,居民对生活饮用水水质、水量的要求越来越高,提升城中村管网供水能力的需求也越来越迫切。
  1. 城中村供水现状及存在问题
  1.1自来水使用率低引起的水质问题。有的城中村位处山脚,尽管村内给水管网已建设到栋,部分村民出于节省水费的考虑,仍然使用山泉水或地下井水,用户管同时连接储存山泉水、地下井水的蓄水池出水管与市政供水管网,这将可能引起市政管网水质污染。另外,有的村民自来水用量较低,引起自来水在管道内滞留时间过长,水质变差,部分管道在停水作业后易产生“黄水”,局部末梢管道的余氯值偏低,造成细菌滋生,甚至导致自来水产生异味。此外,新装的球墨铸铁管水泥砂浆内衬长时间与氯离子接触,产生的游离钙、硅离子与水发生水解反应,使水体pH值升高,呈碱性。
  1.2管材老旧、质量差造成水质和漏耗问题。现状给水埋地管管材均为灰口铸铁管或镀锌钢管,明设管及表组管材均采用镀锌钢管,使用年限已久,锈蚀严重,造成“黄水”、“锈水”,水质合格率低,居民用水安全无法得到保障。由于使用年限已久,管材质量差,管网破损率高,漏耗大,爆管事故时有发生,有的管道已无法修复,水资源浪费严重。
  1.3管网无规划,管径偏小,管理难度大。村内给水管多为居民自建,管网无统一规划,维护管理难度大。维修管道时无法估计停水范围,给居民用水带来不便。由于村内给水管管径多为居民根据自身使用经验选定,没有通过相关计算,对用水量增加估计不足,管径普遍偏小,水头损失大,无法满足居民对水量、水压的需求。
  1.4管道埋深不够,施工难度大。各村居民建筑均已成形,实际建设中多为给水管网改造工程,然而现有的建筑无统一的规划,建筑密集度相对较大,大部分建筑与建筑之间往往只有容一人通行的小路;另外,城中村建筑基础较浅,有的为石块砌筑,基础比较松散。因此,在狭窄小路上不能进行深管沟挖掘,有不少管道敷设深度较浅,又未采取相应的补救措施,致使在日常的运行中发现较浅的覆土厚度不能有效保护管道免受外来因素的影响,从而产生一系列问题(车辆通过频繁的道路下管道易破损等)。
  2. 城中村供水工程设计探讨
  现状城中村给水管网在各方面都存在很多问题,只有对城中村给水管网进行大规模改造新建才能从根本上解决问题,改善居民用水情况,提高人民生活质量。下面就城中村给水管网设计的几个方面进行探讨。
  2.1设计流量计算方法的选择。
  (1)目前我国城中村供水工程配水管网设计流量是按《室外给水设计规范》(GB50013-2006)第7.1.2条的规定采用“最高日最大时用水量”计算方法计算的。而在实际工程设计中采用“最高日最大时用水量”计算城中村配水管网设计流量时,发现其配水管段、节点设计流量的计算明显偏低,不能满足城中村居民在用水高峰时段的实际用水要求。造成城中村配水管网设计流量计算值偏小的主要原因是城中村供水工程具有设计规模较小、城中村居民用水定额较低、供水范围分散、配水管段较长、配水管段呈支状布置等特点,因而其比流量的计算值较小,从而导致配水管段及其节点设计流量的计算值偏低。
  (2)另外,城中村建筑物主要是以住宅为主的居住建筑,其给水系统的供水方式基本为利用村内配水管网的供水压力直接供水,根据《建筑给水排水设计规定》(GB50015-2003,2009年版,以下简称《建水规》)第3.6.1、3.6.3等条规定,其给水引入管和与其给水引入管连接的配水管的设计流量应按设计秒流量计算。居民建筑给水系统的设计秒流量一般都大于其最高日最大时设计流量,所以,城中村供水工程采用“最高日最大时用水量”计算的配水管网设计流量难以满足城中村建筑给水系统的实际用水要求。所以,对于城中村供水工程,可将其配水管网视为服务一个由多个较小居住小区组成的较大居住小区,因而可参照《建水规》相关条文规定计算其配水管网设计流量,即按“设计秒流量”计算方法计算城中村配水管网设计流量。
  (3)但不是所有城中村供水工程配水管网均可按“设计秒流量”计算其设计流量。只有当某城中村供水工程配水管网枝状布置、设计供水人数小于《建水规》表3.6.1中数值、城中村建筑物给水系统基本都是直接利用村内配水管网供水压力供水时,其配水管网设计流量才可按“设计秒流量”方法计算。另外,也可根据城中村供水工程设计供水人数分别计算其配水管网最高日最大时设计流量Qz和设计秒流量Qm,当Qm≥Qz时,该城中村配水管网的设计流量可按“设计秒流量”计算方法计算。而对于设计供水规模较大的城中村枝状配水管网,当其上游配水管段设计供水人数超过《建水规》表3.6.1中的数值(或其Qm<Qz)时,上游配水管段设计流量应按“最高日最大时用水量”计算方法计算。
  2.2设置排放口,防止水源混合。
  (1)通过优化管段口径,减少供水量与需水量的差异,减少水流在管道中的滞留时间,保证了出水水质。但在实际运行过程中,仍有局部“黄水”等水质异常情况出现,分析认为这主要是用户内部管道老化所致。为确保供水水质,设计时在管道末梢设置必要的排放口,对出现“黄水”等水质异常情况的供水管线进行实施排放。根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009版)3.2.3条“城镇给水管道严禁与自备水源的供水管道直接连接”,新建给水管严禁与地下水、山水的集水池出水管连通,防止污染城镇给水管网。
  (2)为进一步防止市政管网水质污染,根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003(2009年版)第3.2.5-1条“从城镇给水管网的不同管段接出两路及两路以上的引入管,且与城镇给水管形成环状管网的小区或建筑物,在其引入管上设置倒流防止器”,村引入总管上应装有倒流防止器,为了保障居民用水水压,倒流防止器选用低阻力倒流防止器,要求过水水头不大于3m,安装详见标准图集《倒流防止器安装》(05S108)。   2.3统一规划管网,保证管道埋深。对城中村给水管网无统一规划的区域进行整体新建,一并解决管道老化破损、水质差、管理难度大等问题,充分估算城中村未来一定时期的水量增加。适当得设置控制阀门,以便于局部管道出现问题维修时控制其对相邻楼栋的影响。管道横向设计主要考虑如下:结合现状管线情况,优化现有管线布置方式,具备条件的在原管位改造更换,不具备条件的根据管道优化结果敷设于村路下。管道敷设应与楼栋基础保持一定安全距离,避免开挖敷设时对楼栋基础产生影响,保证安全。管道竖向设计主要考虑如下几个方面的问题:控制好埋深,在保证社区给水管道敷设埋深要求的前提下,尽量浅埋,以减少工程投资;与其它管线交叉时,尽量避让通过,并根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008)要求控制好安全距离。部分管段遇化粪池等无法埋设时,可局部沿墙角明装,但必须采用混凝土包封,以延长管道寿命。
  2.4合理选择管材,设置管道支墩。
  2.4.1管材选用原则:技术成熟、性能好,管道必须安全、可靠,爆管可能性低;不会污染水质,不易腐蚀,输水性能好,具备较长的使用寿命;便于施工,维护管理方便;内壁光滑,水头损失小、节省输水能耗;管材供应质量稳定、渠道畅通。故城中村给水管道一般选用HDPE给水管和球墨铸铁给水管。
  2.4.2埋地管≥de90(DN80)管道在一定距离直管段、水平或垂直向转弯处、改变管径处、三通、堵头和阀门处,均应设置支墩。PE管及管件等设置支墩做法参见05SS405-1。球墨铸铁给水管采用T型橡胶圈承插接口,管道支墩一般套用通用图集(国家建筑标准设计图集《柔性接口给水管道支墩》10S505),但是在城中村给水管网改造工程中,简单套用国标图集不能完全满足现场的实际要求,主要问题表现为:
  (1)新建管道与现状管道碰通后管道需要立即投入使用,常规的支墩实施需要一定时间的养护,不满足工程进度要求。
  (2)由于现状路面下各类管道较多,管位紧张,支墩制作过程中没有图集需要的施工空间。
  2.4.3针对以上两种实际情况,可以在参考图集的基础上进行优化设计:
  (1)在管道转角的反向受力点处先于管道施工设置锚固支墩,锚固支墩通过DN300的钢管拉杆与管道连接,解决了管道碰通后常规支墩浇筑尚未达到设计强度时管道转角的受力问题,管道常规支墩施工完毕并达到设计强度后,再截断锚固支墩与管道的连接。
  (2)在支墩后背增设永久性木桩来增加支墩后背,同时可通过计算适当减小支墩的宽度。
  3. 结束语
  在满足国家相关规范的前提下,结合城中村供水的实际情况,对城中村给水工程设计中存在的问题提出了有针对性的解决措施,有助于提高了工程设计质量,满足城中村居民对水量、水质的要求,做到安全可靠、管理方便,对提高人民生活水平具有重要意义。
  参考文献
  [1]朱锡林.村镇供水工程配水管网设计流量计算方法研究[J]. 中国给水排水,2012,(18):68~72.
  [2]杨育红. 市政给水管道柔性接口支墩优化设计[J]. 中国给水排水,2012,(16):66~67.

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