第二节　乡镇排水系统布置

污水管道系统是收集输送乡镇污水的管道及其附属构筑物。其设计依据是当地乡镇总体规划和排水系统规划。主要设计内容是在适当比例的地形图上划分排水流域;布置管道系统;计算污水设计流量;进行管道水力计算,从而确定管径、设计坡度、埋设深度;确定污水管道在道路横断面上的位置;绘制管道平面图和纵剖面图。

一、确定排水区界、划分排水流域

排水区界是污水排除系统设置的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道,它决定于乡镇规划的设计规模。

在排水区界内,一般按地形划分排水流域。在地势起伏及丘陵地区,流域分界线与分水线基本一致,每个排水流域就是由分水线围成的地区。在地势平坦的地区,可按面积的大小划分,使相邻流域的管道系统负担合理的排水面积,每个流域的污水都能自流排水。

二、管道定线和平面布置的组合

在乡镇地形图上确定污水管道的位置和走向,称为污水管道的定线。它一般按主干管、干管、支管的顺序依次进行。定线应遵循的主要原则是尽量以较短的管线和较小的管道埋深,使最大区域内的污水能自流排出。

(一)影响污水管道系统平面布置的因素

(1)乡镇地形和水文地质条件。

(2)乡镇的远景和竖向规划及修建顺序。

(3)排水体制、污水厂和出水口位置。

(4)排水量大的乡镇企业和大型公共建筑的分布情况。

(5)道路宽度和交通情况。

(6)地下管线和其他地面上下障碍物的分布情况。

(二)污水管道系统平面布置的方法

(1)根据乡镇地形特点和污水厂、出水口的位置,利用地形,先布置主干管。主干管一般布置在排水流域内较低的地带,沿集水线或河岸等低处敷设,以便干管的污水能自流汇入。

(2)干管一般沿乡镇道路布置。通常设在污水量较大、地下管线较少一侧的人行道、绿化带或慢车道下。

(3)支管的布置取决于地形和街坊建筑特征,并应便于用户接管排水。

(4)污水管道应避免穿越河道、铁路、地下建筑或其他障碍物,尽量减少与其他地下管线的交叉。

(5)尽可能顺坡排水,使管道的坡度与地面坡度一致,以减小管道的埋深。为节省工程造价和经营管理费,要尽量不设或少设中途提升泵站。

(6)管线布置要简洁,尽量节约大管道的长度。

(三)乡镇污水管道系统的平面布置形式

(1)污水干管的布置按干管与地形等高线的关系分为平行式和正交式两种。

平行式布置的特点是干管与等高线基本平行,而主干管则与等高线基本垂直,如图2 -6所示。此种形式适用于地形坡度较大的乡镇,这样可以减少管道埋深、改善管道的水力条件,避免采用过多的跌水井。

正交式布置的特点是干管与等高线基本垂直,而主干管则布置在乡镇较低的一边,与等高线基本平行,如图2-7所示。此种形式适用于地形比较平坦、向一边稍有倾斜的乡镇。

(2)污水支管的布置形式分为低边式、围坊式和穿坊式。

低边式是将支管布置在街坊地形较低的一边,如图2-8所示。它的布置特点是管线较短,在乡镇规划中使用较多。

围坊式是将支管布置在街坊四周,如图2-9所示。它适用于地势平坦的大型街坊。

穿坊式是将污水支管穿过街坊,而街坊四周不设污水支管,如图2-10所示。该布置形式的特点是管线较短,但只适用于乡镇建筑规划已确定的新村式街坊。

三、控制点的确定和泵站的设置地点

在污水排水区界内,对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。各条管道的起点大都是这条管道的控制点。这些控制点中离出水口最远最低的一点,通常是整个管道系统的控制点。该点的管道埋深,决定了整个管道系统的埋深。

确定控制点的管道埋深,一方面应根据乡镇的竖向规划,保证排水区界内各点的污水都能够排出,并考虑发展,在埋深上适当留有余地;另一方面,不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。对此通常采取加强管材强度,填土提高地面高程以保证最小覆土厚度,设置泵站提高管位等措施,减小控制点的管道埋深,从而减小整个管道系统的埋深,降低工程造价。

当管道埋深超过最大埋深时,应设置泵站来提高下游管道的管位,这种泵站称为中途泵站。地形复杂的乡镇,往往需要将地势较低处的污水抽升到较高地区的管道中去,这种抽升局部地区污水的泵站称为局部泵站。污水厂中的处理构筑物一般都建在地面上,而污水主干管终端的埋深都很大,因此由主干管输送来的污水需用泵抽升到处理构筑物,这种泵站称为终点泵站或总泵站。

泵站设置的具体位置应考虑环境卫生、地质、电源和施工条件等因素,并征询卫生主管部门的意见。

四、污水管道的具体位置

(一)污水管道在道路上的位置

污水管道是重力流管道,管道(尤其是干管和主干管)的埋设深度较大且有很多连接支管,若管线位置安排不当,将会造成施工和维修的困难。所以必须在各种地下设施、工程管线综合规划的基础上合理安排其在街道横断面上的空间位置。所有地下管线应尽量布置在人行道、非机动车道和绿化带下,只有在条件受限的情况下,才考虑将埋深大、修理次数较少的工程管线(如污水、雨水管)布置在机动车道下。由于污水管道难免渗漏、损坏,会对相邻的其他管线产生不利影响,或对附近建筑物、构筑物的基础造成危害,当污水管道与生活给水管道相交时,应敷设在生活给水管道的下面。污水管道与其他管线(构筑物)的最小净距,在《城市工程管线综合规划规范》(GB50289—2016)中有规定。

(二)污水管道埋设深度的确定

管道埋设深度是指管道内壁底到地面的距离。有时也可用管道外壁顶部到地面的距离,即覆土厚度表示,如图2-11所示。

为了降低造价,缩短工期,管道的埋设深度越小越好。但管道覆土厚度有一个最小限值,称为最小覆土厚度,它是为满足如下技术要求而提出的:

(1)防止冰冻膨胀而损坏管道。生活污水温度较高,即使冬天,水温也不低于4℃。此外,污水管道按一定坡度敷设,管内污水以一定的流速不断流动。因此,不必把整个污水管道都埋设在土壤冰冻线以下。《室外排水设计规范》(GB50014—2006)规定:无保温措施的管道或水温与生活污水接近的工业废水管道,管底可埋设在冰冻线以上0.15m。有保温措施或水温较高的管道,管底在冰冻线以上的距离可以加大。

(2)为了防止管壁因地面荷载而被破坏,要有一定的管顶覆土厚度。《室外排水设计规范》(GB50014—2006)规定,在车行道下,管顶最小覆土厚度不小于0.7m;在保证管道不被外部荷载损坏时,最小覆土厚度可酌情减小。

(3)必须满足道路连接管在衔接上的要求。在气候温暖的平坦地区,管道的最小覆土厚度取决于室内污水出户管的埋深。道路污水管必须承接街坊污水管,而街坊污水管又必须承接室内污水出户管。从安装技术上讲,室内污水出户管的最小埋深一般为0.55~0.65m。所以街坊污水管起端的埋深一般不小于0.60~0.70m。街道污水管起点埋深可按下式计算(图2-12):

对每一个具体管段,考虑上述三个不同的技术要求,可得到三个不同的埋深或覆土厚度值。其中最大值即为该管段允许最小覆土厚度或最小埋设深度。

除考虑管道起端的最小埋深外,尚应考虑最大埋深问题。当管道的敷设坡度大于地面坡度时,管道的埋深就会越来越大,平坦地区的乡镇更为突出。埋深越大,则工程造价愈高。管道的最大允许埋深应根据技术经济指标和施工方法确定。一般在土壤中不超过7~ 8m;在多水、流沙、石灰岩地层中不超过5m。当管道的埋深超过最大埋深时,应考虑设置中途泵站等措施,以减少管道的埋深。

五、污水管道的衔接

在污水管道中,为了满足衔接与养护管理的要求,通常设置检查井。在检查井中,必须考虑上下游管道衔接时的高程关系。管道衔接应遵循以下两个原则:

(1)尽可能提高下游管段的高程,以减少管道埋深,降低造价。

(2)避免在上游管段中形成回水造成淤积。

管道通常有水面平接和管顶平接两种衔接方法,如图2-13所示。

水面平接是指在水力计算中,使上游管段终端和下游管段起端在设计充满度条件下的水面相平,即水面标高相同。它一般用于上下游管径相同的污水管道的衔接。

管顶平接是指在水力计算中,使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。它一般用于上下游管径不相同的管道衔接。

无论采用哪种衔接方法,下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。