中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北省武汉市 430000
摘要：市政给排水工程的质量直接影响到整个城市的发展，对城市运行、道路建设、交通安全等方面有着重大影响。市政道路给排水工程作为城市的基础设施，对保障城市的基本发展具有重要意义，人们对城市市政道路给排水工程提出了更高的要求。目前，许多地区出现了管道爆炸现象，造成居民大面积停水，城市道路出现涌水和封路现象，严重影响了居民的生活和出行。管道的安全问题越来越受到人们的重视。对于管道来说，除了符合国家标准的合格产品外，最重要的是规范施工和设计。作为一个合格的设计师，施工应该以技术为指导。
关键词：市政给排水；管道工程；结构设计
1城市给排水管道设计任务
市政给排水管道设计是整个城市总体规划设计的重要组成部分。在城市市政给排水系统设计过程中，主要设计内容包括城市内部给排水系统的总体划分、整个给排水量的推测、整个城市排水系统的科学合理确定、布局等内部给排水系统根据城市实际人口，可为不同类型的用户提供满足不同需求的水量和水质，同时承担用户排放废水的收集、运输和处理，从而消除废水中污染物对人体健康的危害，保护环境。
供水管道系统负责供水的输送、分配、压力调节和水量调节，起到保证用户用水量的作用；排水管道系统负责收集、输送，对污（废）水进行调高或调压、水量调节，起到防止环境污染、防治洪涝灾害的作用。城市给排水管道的设计关系到人们的生活质量和城市的发展。
2结构设计内容
2.1结构形式
管道结构形式主要由给排水专业确定。结构专业应根据管道用途（给排水、污水或雨水）、工作环境（承压或非承压）、口径、流量、埋深、水文地质情况、敷设方式、经济指标等，从专业角度提供参考意见。
承压管道一般采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管和现浇钢筋混凝土箱涵。混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵和现浇钢筋混凝土箱涵是常用的非承压管道。污水管管径较大时，宜采用现浇钢筋混凝土箱涵，特殊情况、特殊地段（过江通道、公路、铁路等）及局部地段也宜采用钢管。盾构结构在大型给排水管道工程中也有应用。
2.2结构设计
根据管道规格、埋深、地面荷载、地下水位、工作压力和试验压力，计算复核管道的刚度和强度，并提供管道壁厚、管道等级或结构配筋图。
对于一些必须加固以满足刚度和强度要求的管道，应根据计算采取具体的加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土外包等，当钢管计算壁厚不经济时，应采用加固方法。具体加固方式和方法应根据实际情况和经济指标确定。
2.3敷设方式
敷设方式的选择应根据埋深、地面及地下障碍物等因素确定。一般有沟埋法、上埋法、顶管法和架空敷设法。更常见的铺设方法是沟埋。当沟埋式困难时，可选择顶管和架空敷设方式。不同的铺设方法有不同的结构设计。
2.4抗浮稳定性
在一些管道敷设地段，由于地下水位较高或施工期多雨，结构设计人员应注意管道的抗浮稳定性。设计中应根据计算采取相应的抗浮措施，避免浮管现象的发生。
2.5抗震设计
2.5.1场地及管道选择
在确定管道路线时，应尽量避免场地和地基不利于抗震。如果穿越地震断层带或液化土地基是不可避免的，应根据工程的重要性和使用条件进行综合考虑。
给水管道选用抗拉强度高、抗弯强度高、延性好的钢管，并采取防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构，并采取相应的构造措施，尽量避免严重损坏。
2.5.2结构措施
承插管采用柔性连接，砌体结构的矩形和拱形无压管一般能增强整体刚度（顶板和底板为整体式），减少地震影响下的变形，提高管道的抗震性能，除砌体材料应满足砌体结构的抗震要求外，圆形排水管应设置不少于120度的混凝土管基础，管道接口应采用钢网水泥带，在液化区段采用柔性接口钢筋混凝土管；管道穿过结构时，应在管道与套管之间的缝隙中填充柔性填料；如果管道必须与墙体预埋，则应在墙体附近设置柔性连接；管道附属结构应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。
2.5.2.1地基处理
地基处理的平面图和剖面图应包括在图纸中。根据给排水专业平、纵断面图，对需要矢量化处理的断面进行地勘资料纵断面扫描，选择参考点，在地质剖面上放置管线基底等高线，划分地质单元，标明桩号及基底标高，标明沟域及基底内下层土层结构及地下水位。根据纵断面地质单元划分（车站划分），确定处理范围，并针对不同的地质条件和厚度采取相应的处理方法。具体处理方法包括：换填、抛石、压砂、水泥搅拌桩、灰砂桩、红木桩等方法。具体设计应按地基处理规范和规程进行。
2.5.2.2管道支墩和锚块
承插接头的压力管道应设置水平和垂直支墩。应根据管道角度、土壤参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的尺寸。埋地钢管不允许有支墩。
3市政给排水管道结构设计主要内容
3.1管道结构形式
一般来说，给排水专业决定了管道的材质和结构。同时，应综合考虑管道的用途、口径、流量、工作环境、覆土深度、敷设方式、经济指标、水文地质条件等因素。水厂的原水和输水管道通常为压力管道，常用的结构有：钢、铸铁、玻璃钢、PCCP管、现浇钢筋混凝土箱涵、PE管；污水厂等重力流管道一般为无压管道或压力较小，考虑到经济原因，常采用以下结构：砌体盖板涵、混凝土、钢筋混凝土和现浇钢筋混凝土箱涵；遇铁路等特殊地段时，公路、河流穿越通道等特殊情况下，局部管压较高地段也可采用管式。本工程主水管采用PCCP管，接口为承插式。
3.2管道敷设方式
敷设方式的选择应综合考虑地面障碍物、地下障碍物和覆土深度等因素。一般情况下，管道的敷设方式主要有架空敷设、顶管敷设和管沟敷设，其中管沟敷设是最常用的敷设方式。在使用沟槽困难的情况下，可选择架空和顶管。管道敷设方式不同，管道结构设计也不同。本工程部分线路跨越障碍物处采用大直径混凝土顶管（内径2m，原水管穿管），由铁路部门另行设计。
3.3抗震设计
在确定管道方向时，应尽量避免不利于抗震的地基和场地。如果需要通过液化土地基和地震断裂带，则应根据管道的使用条件和重要性综合考虑。给水管道选用延性好、抗拉强度高、抗弯强度高的钢管，并注意防腐；排水管道选用钢筋混凝土管，并采取构造措施，避免严重损坏。本文地震峰值加速度为0.15g，本区地震反应谱特征周期为0.4s，工程区抗震设防烈度为7度。因此，在进行结构设计时，应适当加强抗震设计。根据多年来对管道震害的调查，管道震害大多发生在管道接口处，PCCP管座具有较好的抗剪变形能力和抗震性能。
结语
综上所述，在市政给排水管道结构设计过程中，要结合各种因素和情况，分析管道结构设计的重点，总结合理的设计思路和方法，并从管道选型、管沟开挖、抗震抗浮设计等方面解决了管道结构设计中的一些难点问题，以保证市政给排水管道工程的结构质量。
参考文献
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