給排水管道抗震設計范文
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第1篇
隨著社會的發展與經濟的進步，城市的工業及人口規模不斷擴大，需水量呈現出日益增長的趨勢。在供水需求不斷增長的趨勢下，供水水源不斷向外拓展，因此市政給排水管道的輸水距離逐漸加長。在這樣的形勢下，市政給排水管道工程結構設計面臨著更嚴峻的考驗。
1工程概況
山西省朔州市神頭電廠泉水置換供水管線工程位于朔州市東北約2km處耿莊水庫至神頭電廠段。屬于國家戰略引黃北線工程的重要部分，對解決晉西北地區長期的缺水狀況有重要的意義。本地區屬海河流域桑干河水系桑干河上游，區內屬干旱半干旱氣候，四季分明，夏季干熱，春秋剛多風沙。本工程由萬家寨引黃工程北干線耿莊水庫取水，經供水管道供水至水廠，再由水廠供水至神頭電廠。擬采用PCCP供水管，管直徑1.0～1.5m，管線長11.85km
2工程地質條件
為準確反應給排水管道沿線的水文地質情況、地形地貌，必須要具備完整的地形勘探資料與水文地質勘探資料。經地勘單位勘探，主要成果如下:供水管線地處山前傾斜平原區，地形起伏不平，出露地層為第四系上更新統洪沖積低液限粉土、低液限粘土，結構較松散，其中上部低液限粉土厚6～15m，下部低液限粘土厚度大于10m，局部分布人工堆積物，主要為雜填土、建筑和生活垃圾等。供水管線改線段供水管道持力層為為上更新統洪沖積上部低液限粉土，據該層土的物理力學性質指標及標準貫入試驗指標等，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性土，地基土濕陷厚度為6.0m，濕陷等級為Ⅰ級。建議管基底部增設3∶7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。區內地下水位埋深大于15.0m，對工程無影響。供水管線區地基土對混凝土及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。
3市政給排水管道結構設計的主要內容
3．1管道結構形式
一般來說，由給排水專業來確定管道材料及結構形式，與此同時，也要綜合、全面考慮管道的用途、口徑、流量、工作環境、覆土深度、敷設方式以及經濟指標、水文地質情況等因素。自來水廠的原水及輸水管道通常屬于承壓管，往往會采用以下幾種結構:鋼、鑄鐵、玻璃鋼、PCCP管、現澆鋼筋混凝土箱涵以及PE管等;而污水廠等重力流管道通常屬于非承壓管道或者壓力較小，出于經濟性考慮，往往會采用以下幾種結構:砌體蓋板涵、混凝土、鋼筋混凝土以及現澆鋼筋混凝土箱涵;在遇到鐵路、公路、過河渠等特殊地段或特殊情況的時候，局部地段的管道壓力較大時也可以采用鋼管形式。本文工程原水主管采用PCCP管，接口形式為承插口。
3．2管道結構設計及基礎選型
以管道規格、地面荷載、覆土深度以及試驗壓力、工作壓力、地下水位為主要根據，對管道的剛度、管道的強度進行復核、計算，最終確定管道結構配筋率、管道壁厚。而對于一些必須通過進行加固才能滿強度要求、剛度要求的管道來說，可以根據計算結果，選擇合理的加固措施，比較常用的加固措施主要包括管廊包管、混凝土包管以及鋼筋混凝土包管。本文工程采用北京河山引水管業有限公司朔州分公司設計生產的PCCP標準管，采用美國壓力管協會ACPPA為ASNI/AWWAC304編制的專用軟件UDP1.6對管道進行結構計算，其中:鋼筒厚度:1.5mm;鋼絲強度:1570MPa;活荷載:汽－20級重載車;纏絲應力:75%×1570MPa。計算結果如表1所示。因此，為了減少管子覆土規格的種類，加快管子安裝進度，保證管子由于覆土而造成的質量隱患，路面下清水管路的DN1200直徑PCCP管采用120°基礎包角。
3.3管道敷設方式
應綜合考慮管道地面障礙物、地下障礙物以及覆土深度等因素合理選擇敷設方式。一般情況下，管道敷設方式主要包括架空、頂管以及溝埋這三種，其中溝埋式是最常用的一種管道敷設方式。在利用溝埋式難度較大的情況下，可以選擇架空、頂管等方式。管道敷設方式方式不同，管道結構設計也會有所不同。本文工程局部有穿越鐵路線障礙處采用大直徑混凝土頂管(內徑2m，原水管從其中穿過)，由鐵路部門單獨設計。
3．4抗震設計
在確定管線走向時，應盡量規避不利于抗震的地基、場地，若是必須要經過液化土地基、地震斷裂帶，則應根據管道的使用條件、重要性進行綜合考慮。對于給水管道來說，應當選擇延性良好、抗拉強度高以及抗折強度高的鋼管，此外還要密切注意進行防腐;對于排水管道來說，應當選擇鋼筋混凝土形式的管道，并采取構造措施，以盡量避免出現嚴重的損害。本文工程實例中，區域地震動峰值加速度為0.15g;本區地震動反應譜特征周期為0.4s;工程區地震抗震設防烈度為7度。綜上，在進行結構設計時，也要適當加強抗震設計。根據歷年管道地震災害調查，管道地震災害破壞絕大部分位于管道接口位置，PCCP管承插口具有較好的抗剪和變形能力，抗震性能較好。
3．5構造措施
首先，地基處理。應當將地基處理的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖包含在設計圖中，掃描矢量化要進行處理的地段的地勘資料縱斷面，并選擇合適的參考點，以給排水專業的平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖為主要根據，在地質縱斷面上放置管道基底輪廓線，然后再劃分地質單元，注明樁號、基底高程，并將地下水位以及基底以下、溝槽范圍內的土層構造標明。根據樁號劃分，確定需要處理的部分，再針對地質情況、厚度，采取相應的處理方法。本文實例工程中，樁號0+000～1+382.05地段、樁號1+382.05～11+850地段以及供水管線改線段的水管道持力層為上更新統洪沖積上部低液限粉土，地基土承載力地質建議值為80～90kPa，臨時開挖邊坡為1∶0.75～1∶1.0。地基存在的主要工程地質問題為濕陷性。因此，建議管基底部增設3∶7灰土墊層，厚0.5～1.0m，以減弱地基土的濕陷性。其次，支墩與鎮墩。對于承插接口的壓力管道來說，應當設置水平支墩、垂直支墩。根據試驗壓力、工作壓力、土的參數以及管道轉角，計算所需支墩的大小。本工程根據10S505柔性接口給水管道支墩的相關要求進行設計。
3．6預防浮管
管道施工期間多雨或者管道敷設地段的地下水位比較高，在這樣的情況下，比較容易出現浮管現象，結構設計人員需要充分考慮到這兩點因素，加強對管道抗浮穩定的重視。在進行結構設計，根據管道結構計算結果，采取抗浮措施，以預防出現浮管問題。同時，在混凝土包封管道施工過程中，應該計算混凝土對管道的浮力影響，并采取措施固定管道。
4結語
綜上所述，隨著經濟的發展，城市居民用水、商業用水不斷增加，市政給排水管道工程逐漸增多。市政給排水管道工程在建成之后，能否長期有效的充分發揮其應有效益，結構設計是否合理是非常關鍵的因素，結構設計的質量直接關系到市政給排水管道工程的經濟效益，因此，必須加強對管道結構設計的重視。
作者:劉崇武 張云飛 單位:中國市政工程西南設計研究總院有限公司
參考文獻:
第2篇
給排水管道距離比較長，有些管道要穿越城鎮密集區，有些要跨越山脈和河流，還有的會橫跨公路和鐵路，因此地形條件比較復雜，對其進行現場勘查就十分有必要。如果不及時勘查地形或者地貌情況，那么對于管道的結構設計就會考慮不全面，對于給排水工程的整體質量也會產生一定的影響。在進行現場勘查時，結構設計人員應當同給排水和概預算等專業設計人員一同參謀，并選擇合適的線路，根據當地的實際情況在施工圖紙中進行科學設計，還要注意對個別疑難地進行重點勘查和設計。現場踏勘這一工序在市政給排水管道工程結構設計中是必須可少的，而且是非常重要的工序，需要專業設計等人員積極參與，并進行選線工作，踏勘以后提出專業意見以供給排水平面設計參考，從而保證管道結構設計的科學性和規范性。
二、測量和地勘要求
1.勘探點距和鉆孔深度。根據要求，勘探點要在管道的中線上布置，而且不能偏離中線太遠，最多為3m，間距一般為30-100m，根據不同的地形條件選擇不同的間距，對于地形復雜而且變化較大的地段，間距應當小些要密集一些，深度要達到埋設深度以下并在1m以上，遇到河流的話要繼續鉆，達到河床最大沖刷深度以下2-3m。
2.提供勘探成果要求。提供的勘探成果要求主要有：第一，要認真查明管道埋設深度范圍內的地層形成原因、巖石的特征以及厚度；第二，要劃分沿線地質單元；第三，要對沿線的滑坡、泥石流、坍塌等地質災害容易發生的地域范圍、發展趨勢以及對管道可能造成的影響進行深入調查；第四，要調查巖層的產狀和分化破碎程度對管道產生影響的全部斷裂帶的性質及其分布特點；第五，查明沿線井、泉的分布和水位具體情況；第六，對跨越河流的岸坡穩定性進行調查，并查明河床和兩岸地層巖性及洪水可能淹沒的范圍；第七，要查明沿線的施工條件、水文地質遺跡地下水對混凝土和金屬管道的腐蝕程度，并提供專業設計參數和建議；第八，針對開挖坡度和軟弱地基處理提供建議；第九，要對地震效應和液化進行評價。
三、管道設計內容
1.結構形式。管道的結構形式主要根據管道的用途，也就是看是用作給水還是排水，是處理污水還是雨水以及工作環境、流量、水文地質情況以及經濟指標等經過專業人員分析以后提出相對比較科學的參考意見。一般而言，承壓管道大多采用預應力鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、鋼管、鑄鐵管或者現澆鋼筋混凝土箱涵；而非承壓管大多采用混凝土管、砌體蓋板涵、鋼筋混凝土管和現澆鋼筋混凝土箱涵等。在具體的實施中根據具體情況而定，當污水管道的口徑相對比較大時，最好采用現澆鋼筋混凝土箱涵，對于過河渠、公路和鐵路等特殊地段的非承壓管也可采用光管的形式，對于比較大型的工程也會采用盾構造結構形式。
2.結構設計。根據管道的規格、地面載荷、埋置深度和地下水位等情況通過試驗來計算管道的剛度和強度，并對其進行復核，并提供管道壁厚、管道等級和結構配筋圖。對于特殊要求需要進行加固的管道，可以采用管廊、混凝土或者鋼筋混凝土包管等措施來加固。當遇到鋼管計算出的壁厚缺乏經濟性的問題時可以使用加助的方法進行處理，在具體實施中應當根據具體情況來確定指標。
3.敷設方式。對于管道的敷設方式選擇應當根據地面地下障礙物和埋置的深度來確定，一般常用溝埋式的敷設方式，另外還有上埋式、頂管和架空等方式。當使用購買時的敷設方式具有難度時，可以選擇頂管和架空等敷設方式。總之，設計結構不同對敷設方式的選擇也不同，要根據實際情況進行合理選擇。
4.抗浮穩定。在管道敷設時會遇到地下水位比較高或者施工期間連續下雨的情況，因此給排水管道結構設計人員一定要高度重視管道的抗浮穩定，根據專業計算采取相應的措施來抗浮，從而保證管道工程的質量。
5.抗震設計。在進行市政給排水管道工程結構設計時尤其要重視對抗震的設計，要盡量避開對抗震不利的場地和地基，實在無法避免的就應當根據工程的重要性進行綜合考慮。為了滿足抗震的設計要求，盡量選擇抗拉、抗折、延展性好并且強度高的鋼管，一般選擇鋼筋混凝土結構的管道，并做好鋼管的防腐蝕措施從而保證管道的質量。
四、管道結構設計中需要考慮的問題的問題
1.管道滲漏問題。市政工程給排水管道設計中應當考慮的問題之一就是管道的滲漏，管道的滲漏可能由多方面的原因造成的，概括來講，主要有兩方面原因：一方面，管道材料自身的問題，為了降低成本而使用一些不合格、砂眼和彎頭質量不過關的材料，在使用的過程中由于達不到工程規定的要求，因此很容易造成管道的滲漏；另一方面，施工的組織管理存在缺陷，在施工過程中如果不對監督施工狀況進行及時的監督，施工人員就會放松警惕，安全和質量意識就會下降，這樣就很容易造成管道接口由于缺乏嚴格密封導致管道滲漏。針對此，在今后的管道設計和施工中應當根據不同的施工環境來選取不同材料的管道，從而降低管道漏損的概率。在管道材料中經常使用球墨鑄鐵管和玻璃鋼夾紗管，這些材料具有管壁厚、環向剛度大和耐腐蝕等優勢，盡管成本比較高，但是使用壽命很長，因此成為優先選擇的材料。此外，要加強對施工過程的監督，不斷增強施工人員的質量意識，一旦出現問題要及時糾正，從而保證管道的施工質量。
2.管道堵塞問題。市政工程給排水結構設計中應當考慮的問題還有管道的堵塞，管道堵塞也是經常發生的問題。管道一旦堵塞，污水和雨水等將得不到及時的排泄，給人們的日常生活造成很大不便。具體來講，管道內部很容易進入地面上的垃圾，經過水流的作用以后會在彎頭等處匯集，由于清理不及時，這些垃圾就會淤積起來，最終導致管道堵塞。因此針對垃圾堵塞管道的情況，在今后的給排水工程施工過程中，如果不進行安全工作那么可以用麻袋纏縛在管道的接口處，在它的上面蓋上木板，這樣垃圾就不會進入到管道內。再者如果不慎垃圾進入管道造成堵塞，要及時換管道，還應當對周圍地區的管道及時進行檢查，從而減少必要的損失；另一方面，還要優化管道的設計，可以適當增大管道的內徑，從而減少管道堵塞的發生。
第3篇
[關鍵字] 市政給排水管路、結構設計、勘察技術
市政給排水工程的質量直接關系著整個城市的給排水系統，對于城市的正常運行、道路建設、交通運輸安全的作用巨大。因此，相關的從業單位要重視市政給排水管道工程的重要性，在設計結構方案時，綜合考慮實際的工程狀況，尤其是場地周圍、氣候變化、地下管線和電纜的情況，在保證工程施工質量的同時，避免其他因素影響給排水管路工程設計方案的實施。
一 現場踏勘
市政給排水管路工程的建設距離相對較長，需要穿過城市密集區，施工場地周圍的周圍車輛對施工帶來了極大的不便，如果施工之前現場勘察工作不到位，就會對管道工程建設中可能面臨的困難估計不足，進而影響了施工質量和施工進度。在市政給排水管路工程中，要綜合考慮復雜的交通狀況和城市地下電線的分布，結構設計人員應當和給排水施工人員、專業預算人員、市政交通人員一同進行實地的工程概況勘察，了解管道線路的通過地帶的交通狀況和地質概況，必要時在施工圖上對于個別的疑難地段重新踏勘。
二 測量和地勘要求
測量和地勘要求是要準確的了解給排水管路沿線的地質狀況、地形外貌和地下水水文狀況，另外提供準確的地形和水文地質資料。
2.1 勘探點間距和鉆孔深度
勘探點的應均勻的分布在管道的中線上，不得偏離中線，同時根據的地質的變化和施工現場的狀況確定合理的間距，一般采用的間距是30到100米，對于地形較為復雜的地段，適當的縮小間距。此外鉆孔的深度要達到管道埋設深度的1m以下，到管道周圍的水位較高或者是河流周圍時，要增加鉆孔的深度，一般要求鉆孔深度在河床沖刷深度以下2―3m。
2.2 提供勘探成果要求
查明管道埋設深度內的土層的特性、地層成因、巖石厚度等，并明確劃分不同地質的分界線，同時調查的巖石強度和分化破碎程度對于給排水管道的影響，判斷巖石是否會破壞管道的結構，調查管路沿線發生土層斷裂、滑坡、崩塌、泥石流的概率以及發展趨勢，并判斷對于給排水管路的威脅指數；查明管道沿線的地下水位的水文狀況，查明垮河流岸坡的穩定性，河床兩側的底層巖石和洪峰淹沒范圍。
三 結構設計內容
3.1結構形式
管道結構的設計形式應當由給排水專業機構完成，同時在結構設計匯總參考管道的用途，對于管道中輸送的不同液體，確定是給水還是排水工程，選用不同的設計標準。而且管道的工作環境、管道的規格、輸送液體的流量、埋設深度、地下水文狀況、經濟指標等方面的因素也是結構設計中必須要考慮的因素。鑄鐵管、玻璃鋼管等；而非承壓管道采用混凝土管、鋼筋混凝土管、砌體蓋板涵、現澆鋼筋混凝土箱涵等；污水管路的結構設計選用的是大口徑的管路，而且優先使用抗腐蝕能力強的管道，如玻璃鋼管、UPVC 管、PE 管等。對于特殊的負荷承載較大的路段，要采用抗壓能力強的管道，如橋梁、河渠、公路段等局部地段非承壓管也采用鋼管等形式。
3.2結構設計
根據管道施工中管道規格、埋設深度、地面承載力等工程條件，嚴格計算管道的強度和剛度，同時提供管道壁厚、管道等級、結構配筋圖，對于特殊要求的管道，要進行加固處理，保證其強度和剛度符合實際的工程使用，并根據實際情況選用加固措施，確定加固的位置和程度，在給排水管道中，常采用的加固措施是混凝土包管。
3.3敷設方式
敷設方式的選擇應當結合埋置深度、地面地下障礙物確定，通常采用的敷設方式有：溝埋式、上埋式、頂管及架空等，當工程的不便于采用溝埋式敷設方式時，可以用頂管和架空方式，總之，施工方式的選擇要參照實際工程狀況。
3.4抗浮穩定
部分市政給排水管路施工中，會出現地下水位較高的情況，尤其是在施工期間降水較多或者施工地區的氣候多雨等，管道敷設的地段會出現漂浮現象，嚴重影響了管路施工的質量。因此在結構設計中要重視抗浮措施，避免這一現象的出現。
3.5抗震設計
3.5.1 場地和管材的選擇
在結構設計中，管路基線的選擇要盡量避開抗震性能不足的場地、地基，減少對管路結構完整性的破壞，如果是不可避免，則必須要對這一地段的地基進行特殊處理，同時選用抗震性強、抗拉性強、延展性強的管道，并做好管道的防腐蝕工作，避免由于土層振動、位移對管路結構產生影響。
3.5.2 構造措施
在管道結合處設置柔性連接，砌體材料要滿足管道結構要求的抗震強度，增強整體的抗震性能和結構剛度，減少地震的影響形變。對于圓形給排水管設置不小于120度的混凝土管基，管道接口采用鋼絲網水泥帶，管道穿越構筑物時應在管道與套管的縫隙內填充柔性填料。
3.5.3 地基處理
對于特殊地段的地基處理至關重要，首先要測定地段的工程參數，畫出地基處理的平、縱斷面圖，注明樁號、基底高程、溝槽范圍、地下水位等，確定需要處理的地基范圍，然后根據測量的數據，根據不同的地質情況和厚度采用合理的處理方法，如：換填、拋石擠淤、砂石擠密、水泥攪拌樁、灰砂樁、木麻黃樁等方法。
四 給排水管道設計中的其他問題
除了加強市政給排水管路的結構設計工作，還要采取一些措施，避免給排水管路中出現堵塞現象，具體的措施如下：
4.1在用戶管線出口建立格柵
工程建設中出現的纖維、塑料等沉積物、懸浮物、漂浮物的存在給管道建設、維修、疏通等作業帶來了極大的困難，特別是抽升泵站中如果進入漂浮物就會造成水泵葉輪堵塞、磨損損壞現象的發生，雖然已經采取了減小格柵條之間的間距 ，但是還是不能避免更小的雜質進入。為了解決上述問題，建議在庭院或住宅小區的管道出口處設置簡易人工攔污格柵，定期進行清理、清掏，從源頭上控制漂浮物進入市政管網，以減輕市政管網維護管理的工作量。
4.2在檢查井井底設置沉淀池
要革新傳統的檢查井方法，將井底改為沉淀式，井底下沉 30～50 cm。這樣中的沉積物多數會沉積在檢查井中，不至于流入下游管段，只要定期清掏檢查井內的沉積物即可，減少了管道維護作業的工作量。這種做法也可用于雨水檢查井。
4.3在檢查井內設置閘槽
給排水管路中的流量和流速均較大，對管道的維修工作帶來諸多不便，為了方便維護作業，建議干管的管道交匯處檢查井、轉彎處檢查井或直線段的每隔一定距離的檢查井內根據需要設置閘槽，利用閘槽控制水流的流量，當有施工需要時，便利用閘槽切斷給排水管路的水流，為維修施工帶方便。
五 總結
市政給排水工程質量好壞直接影響到了整個城市的發展狀況，對城市運作、道路建設、交通安全等多個方面都有顯著的作用，但是在實際的工程中，市政給排水管道建設中存在著較多的結構問題，所以在工程結構設計中，要綜合考慮施工周圍環境、地下電網鋪設等因素，保證管道結構設計的科學性，全面性。以上是本人的粗淺之見，由于本人知識水平有限，文中如有不當之處還望不吝賜教。
[參考文獻]
[1] 童新國.給排水管道工程中的結構設計[J].工程結構與施工技術，2008年12月.