市政雨水排水系统的优化设计探讨

时间:2022-07-11 16:30:41

市政雨水排水系统的优化设计探讨

摘要:本文以市政雨水排水系统为研究视角,从路基、路面、绿化带三个方面,梳理了系统的改进需求;在路基、行车道、路面、绿化多个视角,给出了系统改进方案;探索了系统其他改进策略:提高管线平面设计的合理性、排水管网雨污分流新建与改造、积极使用复合管材、有效融合智能技术,确保排水系统设计质量。

关键词:排水系统;路面排水;绿化带排水

0引言

近年来城市内涝频频发生,城市内涝对交通安全、城市卫生、城市生态系统造成极大的影响和破坏,同时会造成严重的经济损失。而城市内涝形成的最主要原因之一即城市排水系统的不合理。市政排水系统的整体设计质量,直接影响了人们生活质量。因此,在排水系统的设计过程中,设计人员需要使用科学方法优化设计,降低不合理设计带来的风险几率。

1市政雨水排水系统的改进需求

1.1路基排水需求

市政道路的运行质量,以路面性能为集中体现。车辆行驶的平稳性与顺畅性,取决于路面整体施工效果[1]。路基作为路面的基础结构,需要控制含水比例,以干燥坚固的状态给予路面支撑,使路面能够承载车辆重量,减少路面形变问题,保持市政道路结构的稳定性。路基保护工作,是维护市政道路性能的关键措施。地下水的冲击,成为降低路基强度的主要因素,引起路基结构发生变化,形成路基病害等问题。因此,在公路修建期间,加强路基排水设计,维护市政道路性能,较为关键。

1.2路面排水需求

路面形成的积水,如果积存时间较长,未给予有效排水处理,将会渗入路面缝隙、松散土层结构中,对道路结构形成影响,同时会对交通安全产生极大的影响。因此,相关单位有必要采取积极措施,有效排除路面积水。在路面排水时,可采取中心向两侧的排水方式,减少积水滞留,维护路面材料的整体性能。在层间连接位置,如果长时间处于水浸泡状态,在车辆持续通行的荷载作用下,积存的自由水,会转化成动水压力,冲击路基结构,引起沥青剥落,形成路面裂缝、结构松散等问题。

1.3绿化带排水需求

国内目前在规划排水系统时,侧重于人行、车行等道路排水设计,对于绿化带的排水工程并未给予较高重视。绿化带的设计,一般位于人行与车行两条道路之间,直接影响着排水系统的整体运行质量。在环保战略中,城区绿化带的建设规格有所增加,围绕绿化带进行相应的排水系统规划,逐渐凸显出重要性。绿化带的设计,不仅能够改善城市环境,还是天然的蓄水调节系统。对于绿化带进行排水规划时,需要关注排水规划的差异性。

2市政雨水排水系统的设计方案

2.1路基排水设计

路基作为道路的支撑结构,需要加强排水处理。路基排水项目的设计思路为:设计人员需要掌握各类路基排水设施的功能,在合适位置使用恰当的排水设施;结合区域水文、地质多种因素,合理规划排水路线,加强区域环境勘测,回收相关资料;在实践安装排水设施时,给予清晰标注,确保安装顺利;对于关键的交通枢纽区域,合理设计排水系统,密切关注周边建筑工程状况,减少系统施工形成的负面影响[2]。盲沟排水设计方法:盲沟排水设计,主要排送地下水,合理控制地下水位。盲沟排水设计方法,可用于市政绿化区,确保绿植生长有序,减少雨水堆积,完善市政输水网管体系。①排水材料。盲沟设计时,使用热可塑材料,在改性、热熔等作用下,获得塑料丝条,经过成形溶解,形成立体塑料网状芯体。②塑料盲沟的设计要点:立体网状的空隙占比介于80%与95%之间;具有较强的抗压性,在外界作用250kPa条件时,网状结构压缩比例不超过10%;具有较高的耐用性,材料柔韧性较强。③设计方法。在长与宽均为30厘米的盲沟中,铺设直径为50毫米的塑料盲沟。铺设完成时,在盲沟表层添加反滤布,在盲沟侧面、底面设计隔水装置。阻水装置的设计方法为:以带膜土工布为主要隔水应用,盲沟底部添加厚度为2厘米的砂浆,确保阻水效果。盲沟长度间隔[20,50]米位置,添加一个直径为80毫米的波纹管,有效排出雨水。④盲沟设计的质控标准,如表1所示。在路基设计时有效使用盲沟,确保雨水网管设计的有效性,减少雨水堆积,提升雨水排出速度。某项目在盲沟设计调整后,排水速度可节省1h,项目盲沟设计如图1所示。

2.2路面排水设计

2.2.1行车道排水设计

现阶段城区道路数量逐渐增加,在路面积水干扰下,降低了市政道路整体性能。因此,市政单位在修建排水系统时,需要关注路面积水形成的冲击问题,加强受损项目修复,恢复路面通行性能。现阶段,用于行车道排水规划的设计方法有两种:其一,单坡排水方式,适用于车流量不大、降水量不高的道路,以非机动道路为主要规划方向;其二,双坡排水方式,主要用于市政道路,此类道路较宽,对于排水能力具有较大要求,确保路面排水顺畅。在排水系统规划时,加强单坡与双坡的结合使用,缩短施工时间,控制工程施工量,提升排水有效性。与此同时,在车行道两侧设计雨水口,能够提升排水速度。采取固定距离间隔设计排水口的设计方法,将雨水引进周边湖泊,增强路面排水效果。

2.2.2人行道排水设计

对于人行道的排水,同样是路面排水的侧重项目。人行道设计的主要功能是便于人们行走。如果人行道中含有较大量积水,对于人们出行带来了一定安全隐患,加之在积水浸泡作用下,可能会对人行道使用性能形成影响,致使人行道表层平整性不足,降低路面美观性。因此,在人行道进行排水规划时,可合理利用车行道旁侧的排水口、雨水口设计,提升积水排出效果。一般情况下,在人行道规划时,在车行道旁侧设计矮墙,对积水形成阻挡,使积水流向排水装置,达成排水目标。

2.2.3路面结构排水设计

为保障路面排水效果,在修建道路时,在基层与面层的间隔位置,使用乳化沥青,进行密封处理[3]。当积水渗入路面时,密封层的沥青,能够对积水形成阻挡作用,确保路基与水隔绝。部分区域的降水量较大,在市政道路规划时,设计人员可采取多层设计方法。

2.3绿化带排水设计结合

海绵城市的规划设计思路,合理利用绿化带的天然蓄水调节能力,对市政雨水排水系统的设计起到辅助作用。在绿化分隔区使用透水性不强的黏土,形成防水屏障,减少积水渗入路基。

2.4市政排水系统的其他改进策略

2.4.1提高管线平面设计的合理性

在系统平面布置时,确保定线准确性,能够提升工程造价的控制效果。结合地势、地形特征,控制管线的直线布设,尽量避免拐弯设计。在重力作用下,使污水直排至污水处理厂。

2.4.2排水系统雨污分流的新建与改造

雨污分流是完善城市基础建设、解决城市防洪内涝、消除黑臭水体的治本之策。随着城市化进程的发展以及人民生活水平的提高,部分城市现有的雨污水管网设施已经无法满足需求,原排水系统老化、管道堵塞、汛期排水不畅、雨水倒灌等现象层出不穷。为避免污水对河道、下水道造成污染,便于雨水的收集利用和集中管理排放,雨污分流的规划设计应得到重视。①在设计时雨水管线直径不大于1500毫米时,使用中空壁缠绕形式,管道刚度增加至10kN/m。如果管径大小超过1500毫米,使用二级承插式管,材料以钢筋混凝土为主。在施工期间,管道采购时,应标注管顶覆土厚度。在排水管道施工期间,采取粘接方式,连接UPVC排水管线。②雨水分流管线的改造方式:让部分雨水流至新设的雨水管线,采取就近连接管线方式,使原有合流管线进行雨污分离,在分离位置添加污水处理管,管长高于天面至少0.6米。③雨水口处理方法。市政雨水口在实际施工时,可使用平箅式设计方法。在雨污分离时,对原有管线进行改动,需要重新设计雨水口侧面样式,使用球墨铸铁箅圈进行施工,使雨水口深度不超过1米。雨水口管线直径大小均设计为DN200,坡度设计为0.01,使用胶圈确保连接质量。管道基层添加厚度为150毫米的砂垫。④管道交叉处理。由于污水管线添加时,极易发生管线交叉问题。在处理管线交叉问题时,在下管槽位置,添加30%的砂砾石,采取分层夯实方式,压实强度不小于95%。或者在前期添加污水管线时,使用BIM技术进行碰撞验证与管线走向优化,回避交叉问题。

2.4.3复合管材使用管材性能

对于系统排水质量具有一定影响。现阶段,排水管道类型主要包括钢管、复合管等。各类管材属性具有差异性,应对各类排水工程,需要合理选用管材。在系统设计时,设计人员需要参照管道的承载性能、排水区的土壤属性等因素,综合选定管材,确保排水效果。多数情况下,可使用复合管,借助其材料的复合型优势,积极应对各类环境带来的影响,确保管材性能稳定,高效排水。例如,双平壁钢塑管材,是一种新型复合排水管材,以聚乙烯为主要管道材料,加工时以“T”型为主,可采取缠绕、熔接等处理,形成管道。在钢带表面增设PE,制作成新型钢塑复合管材。管材使用优势:①材料清洁性强。钢塑复合管材具有较强的卫生性能,减少雨水二次污染问题。②较强的输水能力。钢塑复合管材具有较高速的输水能力,相比一般水泥管输水速度高出30%。③管材寿命长。使用周期为[50,100]年,远高于水泥管的应用时限。④环保性较强。钢塑复合管材在生产、排水、回收各环节中,不会产生污染成分,具有材料生态性。⑤施工便捷。钢塑复合管材在排水管道施工时,可采取承插连接方式,确保管材的安装质量,减少施工用时。⑥管壁拉伸性能优异。钢塑复合管材的真实拉伸性能,等同于材料性能检测结果的二倍。在环境较为恶劣的条件下,此种复合管材能够有效应对地层沉降问题。因此,在施工时,可采取非开挖施工方式。在市政雨水网管中,有效使用钢塑复合管材,能够降低施工成本,确保输水效果。

2.4.4智能技术融合

智能设备可有效采集各区域的降水、排水情况,便于市政排水人员及时给予排水调整策略,提升排水管理的智能性。比如,使用BIM技术,运行碰撞检查模块,虚拟建模分析管道设计效果,给出燃气、电力各类管道存在的设计冲突,进行管道合理设计,进行设计方案的综合对比,确保方案设计质量。

3排水管网优化设计实例分析

3.1工程概述

A工业园项目内含有2.2km长的排水管路,设计排水区域每公顷每秒流量为1.2L。水力计算的限制规则如下。①充满度(H/D)小于等于管径设计最高值。当管径大小为200至300mm时,水力充满度取值为0.55。当管径取值为350至450mm时,水力充满度取值为0.65。②街道位置使用的排水管道最小值取300mm,排水坡度最小值为0.003。街区、生产区范围的排水管径最小值设计为200mm,排水坡度最小值为0.004。③管道材质为非金属时,排水流速最高值为5m/s,金属材质的排水管线流速最高值为10m/s。④设计流量升高时,流速同步提升。如果设计流量值具有固定性,流速会发生递减。坡度比例较高的管道,对接于坡度较小的管道时,位于下游区的管段排水速度不小于1.2m/s。⑤生活排污管线、工业废污管线未获得保温防护时,管底设计位置等同于冰冻线加0.15m。行车路段处铺设的排水管线,管线顶部添加的覆土层需大于0.7m。⑥排水管线相邻位置会使用管顶平接形式,保证下游管线各处高度小于上游管线的各点高度。

3.2待优化的排水管线参数

A工业园各处需优化的排水管线参数为:排水流量为125.91L/s,排水流速为1.46m/s,管径取值为300-500mm,充满度介于0.22至0.96之间,排水坡度取值为0.28至1.37。结合图2的管径与流速关系,对管线进行优化设计,选择适宜管径的最小值进行优化设计,获取管径取值的优化结果为400mm。

3.3工程效益分析

为了解市场排水管网设计优化效果,案例工程于施工完成后,对具体施工效果进行了观察,并评估了施工效益。①直接投资:设计优化前,工程直接投资38.14万元,设计优化后,直接投资减少到了26.30万元,共减少了2.16万元。表明,设计优化可有效降低工程的直接投资,经济效益良好。②管材费用:图3管材的费用为市政排水管网施工的主要成本来源,通过对设计优化前后此项费用的对比发现,优化前,工程管材费用为20.17万元,设计优化后,此费用降低到了17.10万元,共降低了3.07万元。可见,设计优化对管材费用的降低同样具有积极意义。

4结论

综上所述,城市路面雨水排水不畅,会增加城市排水设施的运行压力。如果长时间未给予有效处理,积水对于道路、路表土壤会形成一定负面影响,缩短道路的可用时间,造成城市安全、经济等多方面的损失。因此,在市政雨水排水系统的设计过程中,需要高度关注排水系统的整体设计,落实雨污分流的设计原则,结合海绵城市的规划理念,合理运用新材料、新技术,通过对市政排水系统的优化设计,科学利用水资源,提升城市环境质量。

参考文献:

[1]盛晗.市政排水管网优化策略研究[J].安徽建筑,2021,28(08):134,141.

[2]卢洁.市政排水管网规划和优化设计[J].居舍,2021(19):87-88.

[3]张成远.市政排水管网的维护和管理[J].科技风,2021(08):104-105.

作者:邱晓莹 单位:中国城市建设研究院有限公司