雨污水再生水管线工程设计方案.docx

1、雨污水再生水管线工程设计方案雨、污水、再生水管线工程设计方案1.1.1.1现状概况及对策分析漷县镇全镇排水管线长度为41107米，其中雨水管线约12246米、污水管线约11207米、雨污合流管线约17654米。觅子店组团排水管线10140米，雨水管线1150米，污水管线1150米，雨污合流管线约7840米。张家湾牛堡屯污水管线全长38142米。由以上资料可见，除漷县镇，觅子店组团外，漷牛片区基本无雨水管线，污水管线不完善。为改善及长久维护区域水体水质，对策如下：对已建成、即将建成的雨、污水管线、排水沟渠进行排查，调查其渗漏情况，并及时整改。做好城镇和乡村的雨水收集及城镇初雨水的处理工作，实现雨

2、水管线、边沟对本区域的整体覆盖，做到有组织排水。雨水管线（渠、沟）、污水管线的建设，严格维持雨污分流体制。1.1.1.2污水管线工程污水管网是城市重要的基础设施，是提高污水处理效率，改善水环境质量的关键，根据通州区水务发展规划（2016年-2020年），结合北京市通州区人民政府文件通政发【2016】23号文件“北京市通州区人民政府关于印发通州区进一步加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动实施方案（2016年7月-2019年6月）的通知”可知，通州区2016年-2019年分别在各片区新建和扩建污水处理厂、再生水厂工程以及配套管网工程，实现城市污水处理率达到98%，乡镇污水处理率达到85%，达到

3、通州区“十三五”时期排水与再生水利用规划中的十三五规划目标。本工程拟对漷县古城区现有雨污河流排水管进行改造，新建雨、污水管道，并完善区域内的污水管网铺设。为达到该项目水质考核标注及考核目标，本工程新建雨污水管线共44.81km，具体设计如下：一、流量设计本工程污水管道管材按钢筋混凝土管设计，计算公式如下：Q=VA， 式中：Q流量（m3/s）（按面积比流量计算得出）V流速（m/s）n粗糙系数混凝土管钢筋混凝土排水管为0.013 R水力半径（m）i水力坡降A水流断面（m2）r湿周通过以上公式计算，得出相应管径、坡度、充满度污水设计流量按面积比流量计算，局部排水吐口考虑转输流量。公式为：Q=KqiF

4、 式中：Q污水设计流量 （L/s）K污水总变化系数qi面积比流量 （L/sha）F服务面积 （ha）qi=qN/86400二、污水管网管材比选排水管道必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部的水压，外部荷载包括土壤的重量静荷载，以及由于车辆运行所造成的动荷载。压力管及倒虹管一般要考虑内部水压。自流管道发生淤塞或雨水管渠系统的检查井内充水时，也可能引起内部水压。此外，为了保证排水管道在运输和施工中不致破裂，也必须使管道具有足够的强度。排水管道应具有能抵抗水中杂质的冲刷和磨损的作用，也应该具有抗腐蚀的性能；排水管渠必须不透水，以防止污水渗出或地下水渗入；排水管渠的内壁应光滑，使水流阻力尽量减小；

5、排水管渠应就地取材，并考虑到预制管件及快速施工的可能，以便尽量降低管渠的造价及运输和施工费用。现阶段在我国用于污水管道的常用管材有混凝土管和钢筋混凝土管、HDPE双壁波纹管、陶土管、金属管和玻璃钢管等新型管材。其中陶土管耐酸抗腐蚀性好，适用于排除酸性废水或管外有侵蚀性地下水的污水管道，但陶土管质脆易碎，不宜远运，不能承受内压，抗弯抗拉强度低，不宜铺设在埋深较大的地方，此外，管节短，需要较多的接口，增加施工的难度与费用，不适用于本工程。1钢筋混凝土管钢筋混凝土排水管具有密度大、重量大、粗糙系数大（n=0.014）、接头数量多、基础要求高、污水渗漏严重等缺陷。但目前承插式钢筋混凝土排水管已采用橡胶

6、密封接口，大大降低了渗漏量。同时钢筋混凝土管具有承载力大，价格较便宜，便于工厂预制现场安装，施工进度快等优点，因此生活污水及无腐蚀的生产污水的排污管道一般采用承插式钢筋混凝土排水管。2高密度聚乙烯（HDPE）管高密度聚乙烯管包括双壁波纹管和大口径缠绕增强管。是一种以高密度聚乙烯（HDPE）材料，采用特殊工艺生产的，从管材生产工艺讲，有直接挤出成型和缠绕成型两种工艺，采用直接挤出成型工艺的结构壁管又有双壁波纹管和环形肋管两种，这两种管材的优点是整体性好、重量轻、连接方便可靠。缠绕成型的结构管壁可分为中空壁缠绕管和螺旋缠绕式“波纹管”管道，这两种管材的优点是在可以轻易生产较大口径的管材，生产能力大

7、。根据要求可制成环刚度不同的管材(抗外负载)，粗糙系数n0.01，使用环境温度3070。高密度聚乙烯双壁波纹管最大可做到DN1200，一般用在DN600DN1000，高密度聚乙烯缠绕结构壁螺旋管最大可做到DN2500，一般应用在DN1000DN1600。HDPE管具有耐磨损，耐腐蚀，阻力小，过流能力强，使用寿命50年以上，连接方便，密封性能好，不易渗漏等优点，本身良好的柔韧性及柔性接口抗不均匀沉降性能强，重量轻，施工简单，节约工期。因属柔性管道，要求回填土施工质量较高。高密度聚乙烯管可采用热熔连接、承插橡胶圈连接、承插粘接、管卡连接、法兰连接等多种连接方式。相同的高密度聚乙烯管材互相连接时，可

8、采用专用热熔工具将连接部位表面加热，直接对其进行热熔，冷却后连接成为一体。技术性能方面HDPE管具有混凝土管不可比拟的优点，主要表现在：1）、混凝土管摩阻系数n1=0.013，HDPE管摩阻系数n2=0.01由公式Q=A=/4D21/nR2/3i1/2，得出D1/D2=(n1/n2)1/2=1.14，也就是说通过相同流量的情况下，HDPE管的管径比混凝土管的管径缩小大约14%。以此为前提相比较，那么HDPE管与混凝土管价格相近。2）、HDPE管可现场卷制管材，单根管可制成单根混凝土管的若干倍长，因此HDPE管接口少，施工方便。3）、HDPE管的防腐性能要优于混凝土管。4）、HDPE管重量轻，故

9、现场施工吊装要优于混凝土管。5）、HDPE管对地质的不均匀沉降适应性强。6）、混凝土管需要混凝土基础，而HDPE管正常情况不需要混凝土基础。3玻璃纤维增强热固树脂夹砂管(玻璃钢管)玻璃钢管的特点是强度较高、重量轻、耐腐蚀、不结垢、内壁光滑阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他材质管道水头损失小、节省能耗。玻璃钢管的连接可采用承插式，并设置胶圈，安装方便。玻璃钢管相对而言其管壁较薄，为柔性管道，对基础与回填要求较高。玻璃钢管行业生产标准已颁发，施工验收标准和设计规范正处于编制中。玻璃钢管水头计算的内壁粗糙系数设计时一般取n=0.009，寿命一般为50年。但是，玻璃钢管也有其自身的缺点。首先，玻

10、璃钢管抗压强度高主要是指它的抗内压能力，而它的抗外压能力却较低，甚至需要预先压制成扁椭圆状再埋地，以承受外荷载和土压力；同时，它的接口常常渗漏；而且玻璃钢管的每m价格要大大高于钢筋混凝土管。4钢 管钢管应用历史较长使用范围较广，排水工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。螺旋焊接钢管采用卷板，利用螺旋管焊接生产线一次成型。国内已可生产DN2500mm螺旋焊接钢管。螺旋焊管受加工工艺影响，管材存在较大残余应力，这部分残余应力与管道运行期间工作应力组合后，降低了管道承受内压的能力。另外，螺旋焊接钢管的焊缝较直缝焊接管的焊缝长，这就意味着螺旋焊接钢管薄弱环节多可靠性差。但由于排水工程管道内压一般较低，即

11、使螺旋焊接钢管存在上述问题也不影响其在排水工程中的应用。管材的选择应从工程的规模、重要性、管径及管道内工作压力的要求经济合理等方面进行综合分析后确定。由于管道工程占全部工程的投资比重较大，因此经济合理的确定管材对节省投资、方便施工、安全运行意义较大。结合该地区特点，本工程推荐采用钢筋混凝土管、HDPE管作为污水管材进行比选。表 414管材的特性比较管 材优 点缺 点钢筋混凝土管1 管材价格低廉；2 工程造价低。1 摩阻损失较大n1=0.013。2 易渗漏，外漏则污染地下水，内漏则增加污水处理厂站的进水流量。HDPE排水管1 价格高，造价高；2 整体性好，严密性好；3 耐腐蚀性能好；4 摩阻系数

12、小n2=0.01；5 施工安装方便。1 抗老化性能较差，在日光（主要是紫外光）的照射下会迅速老化；2 对温度的反应也十分敏感，温度增高时，其强度降低；3 管材抗压能力差，造价最高。尽管同等管径情况下承插式钢筋混凝土管较HDPE管综合造价低，但由于HDPE管较混凝土管的摩阻系数小，通过相同流量的情况下，HDPE管的管径比混凝土管的管径缩小约14%。以此为前提相比较，那么使用HDPE管的综合造价接近于混凝土管的综合造价。另外，HDPE管具有其他承插式钢筋混凝土管不可比拟的优点，它具有严密性好、强度高、耐腐蚀性能好、施工安装方便等特点，其使用年限可达50年以上，同时目前该地区的污水管线已大量采用HD

13、PE排水管，对HDPE排水管的施工及管理已经有成熟的经验。因此推荐采用HDPE排水作为本工程污水管材，橡胶圈接口。三、污水管道附属工程1.管道基础及支墩本工程为前期阶段，因工程地质资料提供不全，污水管基础根据沿线土质、地下水位和当地实际情况确定。在覆土厚度为2.0mH3.0m，采用120砂石基础，参见图集（04S516/09）；在覆土厚度为3.0mH4.0m，采用180混凝土基础，参见图集（04S516/11）。管道基础要求落在承载力不小于100KPa。在管道在转弯处、三通、管堵顶端等处设置支墩。2.沟槽、沟底与垫层沟槽的宽度应便于管道铺设和安装，应便于夯实机具操作和地下水排出，沟槽的最小宽度

14、b按下列公式计算确定：BD1+2S式中：b沟槽底部的最小宽度 （mm）D1管外径（mm）S管壁到沟槽的距离 （mm）（1）管壁沟槽壁的距离确定表 414 推荐的S值（mm）管道公称直径DNS300DN500200500DN900300900DN1500450（2）沟槽边坡的最陡设计坡度符合现行国家标准给水排水管道工程施工及验收规范（GB-50268）的有关规定。（3）根据沟槽的土质情况，必要时沟槽壁应设置支撑或护板。（4）当沟底遇到岩石、卵石、硬质土、软的膨胀土、不规则碎石块及浸泡土质而不宜作沟底基础时，根据实际情况挖除后做人工基础，基础厚度采用0.30.5倍管径，且不小于150mm。（5）当

15、沟底遇到地下水时，采取降水施工。（6）在管道接口处，应边铺设管道边挖工作坑；接口施工完毕后用砂或砾石回填，夯实。（7）管道的垫层按回填材料的要求使用砂或砾石，垫层厚度不小于50mm，且不大于150mm。3.检查井设计污水检查井设在管道交汇处、转弯处、管道或坡度改变较大处、跌水处以及直线管段距离较长处。本工程中采用的管道检查井间距以规范为依据，并结合现场的实际情况，排水检查井设计间距40m，沉泥井每隔100m设置一座。并在排水管线路外预留接入管线。污水检查井设计符合下列要求：（1）井口、井筒和井室的尺寸便于养护和检修，爬梯和脚窝的尺寸、位置便于检修和上下安全；（2）污水检查井井室高度根据管道埋深

16、确定，一般不小于2.0m，污水检查井由流槽顶起算。（3）污水检查井井底设流槽，污水检查井流槽顶与0.85倍大管管径处相平，流槽顶部宽度满足检修要求；接入检查井的支管（接户管或连接管）数一般不超过3条。（4）检查井和阀门井井盖、井座为铸铁重型结构。（5）检查井和阀门井采用砖砌结构，采用MU10红砖，M5砂浆。4.管道施工降水对应措施本工程推荐采取导水、降排水措施，根据管道敷设方式，水文、地质情况，掌握地形、地质、水文等勘察资料，对开挖线路的地质情况、地下水位情况进行充分的分析，预先分析施工中可能遇到的各种不利因素，并提出相应的解决方案和措施。（降水主要采用明排和井点降水）降水即在基坑土方开挖之前

17、，用真空（轻型）井点、喷射井点或管井深入含水层内，用不断抽水方式使地下水位降至坑底以下，同时使土体产生固结以方便土方开挖。作出降低地下水位的设计和施工方案，保证施工人员的工作面干燥。并满足降低后的地下水位低于施工工程下底面100mm。将采取集水坑降排水、轻型井点降水及深井降水等多种降水方案，如果在实际施工过程中地质与水文条件有所变化，以上施工措施无法达到预期的施工目的，将根据实际的情况采取安全有效的措施达到施工目的。依据北京城市总体规划（2004-2020年）、通州区漷县镇总体规划以及国家和北京市有关的政策，漷县古城区及觅子店组团未来规划排水管网到2020年基本达到全覆盖。具体工程量详见下表：

18、表 415漷县古城新建污水管道一览表序号管径材质长度（m）备注1DN400HDPE215002DN600HDPE50003DN800HDPE1800合计28300图 411 漷县新建污水管线布置图表 416觅子店新建污水管道一览表序号管径材质长度（m）备注1DN400HDPE123202DN600HDPE23103DN800HDPE14704DN1000HDPE4105合计16510图 411 觅子店新建污水管线布置图1.1.1.3雨水管网工程本工程新建雨水收集管网、边沟50.2km及其配套附属设施，其目的是实现农村区域雨、污分流，提高雨水收集排放效率，达到北京市通州区排洪防涝规划中对农村防涝

19、标准的相关要求。一、流量设计1.地面集水时间t1对管道的某一设计断面来说，集水时间t由两部分组成，从汇水面积最远点流到第一个雨水口的地面集水时间t1和从雨水口流到设计断面的管内雨水流行时间t2 。其中地面集水时间 t1受地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路横坡和宽度等因素的影响，这些因素直接决定着水流沿地面或边沟的速度。此外，也与暴雨强度有关，因为暴雨强度越大水流时间越短。但在上述各因素中，地面集水时间主要决定于水流距离的长短和地面坡度。在实际应用中，要准确地计算t1值是困难的，一般不需要计算，而通常采用经验数值。室外排水设计规范规定，地面集水时间视距离长短和地形坡度而定，一般采用

20、t1 =515分钟。本次设计t1值采用1015分钟。2.设计重现期P雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气象特点等因素确定，并从技术和经济方面统一考虑。室外排水设计规范规定，设计重现期P一般采用0.53年。本次设计根据实际情况及排水总体规划，P值采用3年。3.径流系数径流系数值因汇水面积覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑物密度的分布、地面铺砌等情况的不同而异。影响径流系数值的主要因素为地面覆盖种类的透水性。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨雨型有关。根据室外排水设计规范，各种地面的值不同，根据本工程用地性质取值0.5。4、暴雨强度公式暴雨强度计算公式： (L/sha) 式中: P为设

21、计重现期，采用3.0年； t为地面集水时间，采用10-15min。二、水力计算1.管道计算本工程雨水管网采用满流计算，计算采用如下公式：Q=VAP=d式中：d管径（m） V流速（m/s） n粗糙系数 Q流量（m3/s）i水力坡度A水流断面P湿周R水力半径（m）式中n：按钢筋混凝土管考虑，取n=0.013。本次设计，控制雨水管网流速为0.64.0m/s。水流断面面积（m2）: 三.雨水管网管材比选目前用在排水管道中的管材种类有很多种，如玻璃钢管、HDPE管、钢管、钢筋混凝土管。重力流管道比较常用的有钢筋混凝土管、HDPE管。钢筋混凝土管又分为自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管。1）玻璃纤维增

22、强热固树脂夹砂管（RPMP）玻璃纤维增强热固树脂夹砂管俗称夹砂玻璃钢管，特点是强度较高，重量轻，耐腐蚀，不结垢，内壁光滑，阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他材质管道水头损失小、节省能耗。玻璃钢管的连接采用承插式，并设置胶圈，安装很方便。玻璃钢管相对而言壁薄，为柔性管道，对基础与回填要求较高。玻璃钢管水头计算的内壁粗糙系数设计时一般取n=0.009，寿命一般为50年。但是，玻璃钢管也有它的缺点。首先，玻璃钢管抗压强度高主要是指它的抗内压能力，而它的抗外压能力却较低，有些工程要预先压制成扁椭圆状再埋地，以承受外荷载和土压力；同时，它的接口易渗漏；而且玻璃钢管的单位价格较高。2）高密度聚乙烯管

23、（HDPE）高密度聚乙烯管包括双壁波纹管和大口径缠绕增强管。高密度聚乙烯双壁波纹管管道粗糙系数较小，同等流量下管径比混凝土管小12级。管材柔韧性好，单节长，接口少，且为橡胶圈接口，抗地基沉降性能强；无需混凝土基础，且管材质量轻，施工方便；耐腐蚀、抗老化性能好，管材强度高，使用寿命长。但造价高，不适用于大口径排水管。高密度聚乙烯缠绕增强管是一种以高密度聚乙烯（HDPE）材料，采用特殊挤出工艺在热熔融状态下缠绕成管，同时熔接成整体制成的管道，管道工作内压0.2MPa，管道环刚度大于8MPa (抗外负载)，粗糙系数n0.01，使用环境温度-3070。高密度聚乙烯双壁波纹管最大可做到DN1200，一般

24、应用在DN600DN1000，高密度聚乙烯缠绕结构壁螺旋管最大可做到DN2500，一般应用在DN1000DN1600。耐磨损，耐腐蚀，阻力小，过流能力强，使用寿命50年以上，连接方便，密封性能好，不易渗漏，本身良好的柔韧性及柔性接口使其抗不均匀沉降性能强，重量轻，施工方便，节约工期。但因属柔性管道，埋地铺设施工技术要求高；管道配件不全，导致价格昂贵。具体工程使用，需注意管材的环刚度标准。3）钢管（SP）钢管应用历史较长，范围较广，排水工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。螺旋焊接钢管采用卷板，利用螺旋管焊接生产线一次成型。国内已可生产D2540mm螺旋焊接钢管。螺旋焊管受加工工艺影响，管材存在较

25、大残余应力，这部分残余应力与管道运行期间工作应力组合后，降低了管道承受内压的能力。另外，螺旋焊接管的焊缝较直缝焊管的焊缝长，这就意味着薄弱环节多，可靠性差。4）钢筋混凝土管钢筋混凝土管因制作工艺简单、造价低、较适合我国的经济状况而得到普遍应用。（1）自应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管是利用自应力水泥的膨胀力张拉钢筋，从而产生预应力的钢筋混凝土管。具有可承受内压、加工方法简单、价格便宜等优点。其管径在d100d600之间，承受内压的范围0.40.8MPa，粗糙度系数n0.0130.014，用于小口径有压流水的输送。密度大，重量大；接头数量多，基础要求高；因接口形式限制，渗漏相对较多。自应力钢筋

26、混凝土管在粘土中采用C15混凝土基础，在淤泥中采用C20钢筋混凝土基础。顶管施工时，如果地质条件较差，采用管底压密注浆加固地基。管道接口多采用承插式水泥砂浆接口。（2）预应力钢筋混凝土管（PCP）利用先张法、后张法对环向钢筋、纵向钢筋进行张拉，使混凝土内产生预应力，从而提高管材的承载力。具有节约钢材抗震性好、耐久性好、使用寿命长等特点，据生产工艺分为一阶段管、三阶段管。管径范围d800d1400，承受内压能力为0.40.8MPa，粗糙度系数n0.0130.014。多用于有压流输送。密度大，重量大；接头数量多，基础要求高；因接口形式限制，污水渗漏严重。钢筋混凝土管采用C20钢筋混凝土基础，基底遇

27、淤泥时，须作特殊处理。顶管施工时，如果地质较差，采用管底压密注浆加固地基。预应力钢筋混凝土管接口采用橡胶圈子母口承插式接口，施工简单。在本次工程设计中，管材的选择应从工程的规模、重要性、对管道直径及压力的要求、工程地质、外荷载状况、工程的后期要求、资金的控制等方面进行综合分析比较后确定。由于管道建设所占投资的比重很大，且因管材选用不当造成事故或增加不必要资金的实例也较多，因此合理经济确定管材的选用对节省投资、方便施工、安全运行意义很大。通过综合的技术经济比较，钢筋混凝土管作为在我国应用最为广泛的一种管材，它造价低，施工简便，若再辅以一定的防腐措施，使用年限可以达到50年以上，结合于永片区的经济

28、状况和地质情况等条件，本工程推荐采用钢筋混凝土排水管。四、雨水管道设计1.最小管径为了使管道内雨水保持稳定流动，不致淤积，并为便于养护清淤，并参考现状雨水管径，规划区内道路雨水管最小管径确定为d800，雨水口与检查井连接管管径确定为d300。2.设计坡度为尽量减少管道埋深，干管设计坡度一般采用相应管径设计充满度下最小设计流速控制的最小坡度。雨水支管设计一般也采用最小坡度，对于地形坡度较大的支管，可采用较大的坡度。本工程为雨水管道，设计充满度按满流考虑。结合现状地势起伏较小特点，设计计算取合理范围内偏小的坡度。3.管道起点埋深为满足街坊管道在衔接上的要求，本设计中，管道起点最小埋深确定为2.0m

29、，在局部地区管道起点最小埋深可视情况略微减小。4.管道衔接排水管采用混凝土条形基础。检查井内上下游干管衔接采用管顶平接。支管接入应采用管顶平接或跌水接入。跌落水头大于1米时，设跌水井消能；跌落水头小于1米时，只在检查井中做成斜坡，不需做跌水设施。5.沟槽、沟底与垫层沟槽宽度确定沟槽的宽度应便于管道铺设和安装，应便于夯实机具操作和地下水排出，沟槽的最小宽度b按下列公式计算确定：bD1+2S 式中：b沟槽底部的最小宽度（mm）D1管外径（mm）S管壁到沟槽的距离（mm）管壁沟槽壁的距离确定表 416 推荐的S值（mm）管道公称直径DNS500DN10005001000DN15006001500DN

30、3000800沟槽边坡的最陡设计坡度符合现行国家标准供水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）的有关规定。根据沟槽的土质情况，必要时沟槽壁应设置支撑或护板。当土壤承载力为8100kPa和非岩石时，采用原状土作为基础；当土壤承载力为570kPa时，采用经夯实后的原土作为基础，夯实密度应达到95。当沟底遇到岩石、卵石、硬质土、软的膨胀土、不规则碎石块及浸泡土质而不宜作沟底基础时，根据实际情况挖除后做人工基础，基础厚度采用0.30.5倍管径，且不小于150mm。当沟底遇到地下水时，采取降水施工。在管道接口处，应边铺设管道边挖工作坑；接口施工完毕后用砂或砾石回填，夯实。管道的垫层按回填材料的要求使用砂或砾石，垫层厚度不小于50mm，且不大于150mm。6.管道附属构筑物采用矩形钢筋混凝土检查井。雨水口均采用双篦雨水口，检查井采用球墨铸铁井圈及箅子（防盗型）。7.雨水管道设计郭牛片区整体地势为北高南低，雨水铺设主要沿现有街路，根据高水集中排放，低水低排和分散直接的原则，保证雨水管渠能利用自然地形坡度布置，以最短的距离靠重力流将雨水排入附近河流水体中。同时设置初期雨水弃流过滤装置以及雨水调蓄回用等设施。经计算，漷牛片区工程具体工程量详见下表：表 415漷县古城新建雨水管道一览表序号管径材质长度（m）