市政排水管道翻建设计的心得
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摘要：通过多年的设计工作履历，对排水管道翻建设计作出总结。就笔者所在城市，对设计过程中容易遇见的流量计算、管位确定、施工工艺推荐及常见问题应对措施等予以阐述、讨论。
中图分类号：TU99文献标识码： A
伴随着城市的发展与扩容，许多排水管线出现容量不够、破损或排水不畅等问题，通过百余项排水管线改造工程的经验，对排水管道翻建设计过程中应重点把握的问题做一总结。
1基础资料的收集
城市排水管道系统设计，基础资料的收集是决定设计质量、工程投资、社会与环境效果的决定性因素。由于工程位于建成区，各专业管线通常已敷设完毕。因种种原因，工程中其它管线的管位、埋深、管径等基础参数，仅通过竣工图及施工图往往不能很好的把握。这就需要展开大量的前期调查工作，既要与专业管线单位做好对接，也要现场实地考察。对于无法详细把握的数据，还应委托有相关资质的勘察单位做管线物探工作。
另外由于改造的是正在使用的排水管线，这就需要摸清每个检查井的现状，如井深、管径、是否有支管接入，接入的管径是多大、标高如何等等。只有经过大量细致的前期工作，才能有效减少设计产品的质量事故。
考虑到地下管线的复杂性，建议尽量使设计管线的管位、标高等接近改造前管道，在对地下管线情况未能完全掌握的前提下，尤为如此。管道管位应在确保不影响其它管道的前提下予以理顺。另外，由于道路交叉口，往往是各种管线交错分布最密集、最复杂的地方，因此必须要作为关键的控制节点，重点把握。通过对所做工程的回顾和总结，最易发生设计问题的地方，往往也是在道路的交叉口处。
2流量计算
流量计算是一个系统考虑的过程。设计时应该把工程置于整个片区的排水系统中去，既要结合排水现状，也要考虑远期规划。汇水面积的划分不应过大，应尽量将排水就近接出，以减小下游管道的管径，降低造价。
对于雨水管道，其计算公式如下：
Qs=q•Ψ•F
Qs:雨水设计流量
q：设计暴雨强度
Ψ：径流系数
F：汇水面积
对于设计暴雨强度q的计算，青岛市区有一套行之有效的经验公式，具体如下：
设计重新期1.5年：
q=4975/(t+23.6)
设计重现期2年：
q=6610/(t+25.7)
设计重新期3年：
q=8725/(t+28.0)
设计重新期5年：
q=12440/(t+33.2)
设计重新期10年：
q=16320/(t+34.1)
设计重现期20年：
q=22600/(t+40.7)
设计重新期50年：
q=29850/(t+43)
由于路面的硬化和覆盖，地面径流系数Ψ相应增加，导致许多原有雨水管渠无法满足现状排水需求，路面产生积水，对行人、车辆产生安全隐患。因此，设计人员在进行雨水量的计算时，还应结合地块的用地性质、远期规划等因素统筹考虑径流系数的取值。
近两年因降雨导致积水，发生了许多安全事故，合理确定暴雨重现期成为设计人员应谨慎考虑的事情，对于重要的主干道、地区或短期积水即能引起严重后果的地区，其重现期应采用3-5年，对于经济条件较好的或有特殊要求的地区宜采用上限。此外，设计人员还应注意的是在《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014年版）中，折减系数m已取消。这也体现了国家对提高雨水计算标准的重视。另外，为了提高雨水排放的安全性，一种经济的作法就是采用透水地面、生态水池、蓄流池等措施，延缓径流出流时间，以期减小设计暴雨流量，对于综合径流系数高于0.7的地区需采用相应措施改善。
对于污水管道的计算，应注意人均综合生活用水量指标的选取。应针对不同地区的经济状况及生活水平，选取不同的指标。另外人口密度的选择也应结合规划，在合理的范围内取值。
对于不满足设计流量的管渠，除扩大其断面外，还可通过改变其粗糙率来增加其流量，具体如下：
Q=A•V
Q：设计流量
A:管渠过流断面积
V：流速
其中V=（R2/3•i1/2）/n
i：水力坡降
R：水力半径
n：粗糙系数
因为混凝土管n1=0.013-0.014， HDPE、玻璃钢管等n2=0.009-0.011，所以有
Q2：Q1=A2•V2：A1•V1
=（R22/3•i21/2）/n,2：（R12/3•i11/2）/n1
若水力半径及水力坡降不变，则有
Q2：Q1= n,1：n,2=1.18-1.56
即同样水力半径和水力坡降下，仅仅把混凝土管材换成低糙率的HDPE、玻璃钢管等管道，就可使通过的流量增大1.18-1.56倍。同理，相同条件下，若把浆砌块石渠道增加水泥砂浆抹面，可使通过流量增大约1.3倍。因此设计人员应优先考虑改变管渠的粗糙系数来提高排水流量。
3、管材的选用
排水管道的改造工程多发生于建成区，工程的开工建设，必将给周边居民的生活、出行等产生影响。为把这种影响降到最低，要求设计人员在前期设计时，应统筹予以考虑。例如在管材的选择上可选用HDPE管等。由于HDPE管道质量远轻于水泥管材，且管道较长，最短为6米一根。因此HDPE管施工可减少对大型施工机械的依赖，能有效缩短工期。此外HDPE管还有耐腐蚀、内壁光滑等优点，目前已得到广泛应用。
造价方面，笔者根据青岛市区内某排水改造工程，对管道的综合造价做了测算比较。管道埋深按2米计，地质条件良好，经济测算表如下：
注：表中造价随工程差异变动
由测算表可看出，对于小管径（≤DN500）的HPDE管道综合造价与混凝土管道相差无几。
4、其它注意事项
由于工程位于建成区，管位在设计时应考虑后续施工对交通带来的影响。尤其是交通繁忙的地段，应注意设计管位在施工开挖时，尽量确保半幅施工，不截断交通。部分重要工程，应提前将设计管位与交通部门对接，并征得同意。
随着非开挖技术的成熟和应用，对于承担重要交通任务的主次干道，可研讨非开挖技术施工，如顶管施工、胀管施工及拖拉管施工等。目前，非开挖技术在青岛市的排水改造工程中得到了较多应用，如绍兴路排水改造工程采用了托拉管施工，海伦路排水改造工程在穿越山东路时采用了胀管施工等，效果良好。
对于一些设计上的细节也应认真考虑，如管道的基础、管道接口处理、回填材料以及检查井的选型上都应谨慎把握。如管道开挖后的沟槽恢复，应采用便于施工的石粉、砂砾等，道路基层应考虑上强度快的水泥稳定碎石、水泥稳定砂等材质，以其用最快的时间保质、保量完成工程改造。
5、造价问题
由于改建工程多位于建成区，管线在正常运行中。因此要求造价人员在造价工作中应充分考虑施工时，对现状其它管线的保护费用。另外，对其它措施费也应予以妥善考虑。如笔者所遇温州路排水改造工程，因工程所在道路是青岛市重要的交通要道，施工时必须保证交通不能断流。这就使施工单位施工时不能按正常的放坡开挖沟槽，只能通过加设钢板桩、砂带等支护措施，保护开挖沟槽。因此极大的降低了施工效率，也相应的增加了施工费用。这就要求造价人员在造价工作中，一定要多跑现场，充分了解工程现状，对工程中可能发生的各种困难提前预判。对工程中可能发生的各种措施费用，工程预备费等合理计算，避免工程概算批复后，发生重新调概的问题。
6设计中常见问题处理
管线间距不满足规范要求是改造工程中常见的问题。由于受到各种因素的限制，管线之间，管线与构筑物、路缘石、乔灌木等的间距往往不能满足《城市工程管线综合规划规范》的间距要求。
为保证各类管线安全的使用，常采用设置混凝土包封、套管、管沟等形式对管线予以保护。对于采用混凝土包封处理的管道，尚应注意管材的选择，不应使用HDPE、夹砂玻璃钢管等柔性管材。
竖向上若产生冲突，宜按压力管线让重力流管线，可弯曲管线让不易弯曲管线，分支管线让主干管线，小管让大管的原则处理。若由于特殊原因无法协调其它管线改造避让的话，可采用倒虹吸或设置交汇井的方式进行临时避让，确保排水管道的正常使用。设置到虹吸或交汇井临时排水措施的管线，应在其上游第一个检查井设置沉泥措施，并加强养护，以确保其使用安全。同时建议设计人员在图纸中明确注明，要求相关部门尽快协调，在具备条件时改造交叉管线。
7、结论
对已建成排水管线的改造设计是一项复杂的、艰苦的工作，要求设计人员对工程进行大量细致的前期调查工作。由于工程的建设会对周边的民生产生影响，因此一定要严谨的论证工程建设的必要性和可行性，应尽可能选择便捷施工的工艺、技术，缩短建设周期。对于有条件通过改变粗糙系数来提高排水容量的工程，设计人员应予以优先考虑。改造工程在设计中遇到管位、竖向等问题时应积极协调、参与各相关部门的调度会议，确保管线能够尽快按规范实施。
参考文献
[1] 《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014年版）
[2] 《城市工程管线综合规划规范》GB 50289-98
[3] 《青岛市城市道路检查井通用图集(试行2012.4.1)》
[4] 《青岛市"埋地聚乙烯（HDPE）排水管道工程技术规定》
[5] 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
[6] 《给水排水设计手册》第一册、第五册