市政雨水排水系統的優化設計

邱曉瑩 QIU Xiao-ying

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

0 引言

近年來城市內澇頻頻發生，城市內澇對交通安全、城市衛生、城市生態系統造成極大的影響和破壞，同時會造成嚴重的經濟損失。而城市內澇形成的最主要原因之一即城市排水系統的不合理。市政排水系統的整體設計質量，直接影響了人們生活質量。因此，在排水系統的設計過程中，設計人員需要使用科學方法優化設計，降低不合理設計帶來的風險幾率。

1 市政雨水排水系統的改進需求

1.1 路基排水需求

市政道路的運行質量，以路面性能為集中體現。車輛行駛的平穩性與順暢性，取決于路面整體施工效果[1]。路基作為路面的基礎結構，需要控制含水比例，以干燥堅固的狀態給予路面支撐，使路面能夠承載車輛重量，減少路面形變問題，保持市政道路結構的穩定性。路基保護工作，是維護市政道路性能的關鍵措施。地下水的沖擊，成為降低路基強度的主要因素，引起路基結構發生變化，形成路基病害等問題。因此，在公路修建期間，加強路基排水設計，維護市政道路性能，較為關鍵。

1.2 路面排水需求

路面形成的積水，如果積存時間較長，未給予有效排水處理，將會滲入路面縫隙、松散土層結構中，對道路結構形成影響，同時會對交通安全產生極大的影響。因此，相關單位有必要采取積極措施，有效排除路面積水。在路面排水時，可采取中心向兩側的排水方式，減少積水滯留，維護路面材料的整體性能。在層間連接位置，如果長時間處于水浸泡狀態，在車輛持續通行的荷載作用下，積存的自由水，會轉化成動水壓力，沖擊路基結構，引起瀝青剝落，形成路面裂縫、結構松散等問題。

1.3 綠化帶排水需求

國內目前在規劃排水系統時，側重于人行、車行等道路排水設計，對于綠化帶的排水工程并未給予較高重視。綠化帶的設計，一般位于人行與車行兩條道路之間，直接影響著排水系統的整體運行質量。在環保戰略中，城區綠化帶的建設規格有所增加，圍繞綠化帶進行相應的排水系統規劃，逐漸凸顯出重要性。綠化帶的設計，不僅能夠改善城市環境，還是天然的蓄水調節系統。對于綠化帶進行排水規劃時，需要關注排水規劃的差異性。

2 市政雨水排水系統的設計方案

2.1 路基排水設計

路基作為道路的支撐結構，需要加強排水處理。路基排水項目的設計思路為：設計人員需要掌握各類路基排水設施的功能，在合適位置使用恰當的排水設施；結合區域水文、地質多種因素，合理規劃排水路線，加強區域環境勘測，回收相關資料；在實踐安裝排水設施時，給予清晰標注，確保安裝順利；對于關鍵的交通樞紐區域，合理設計排水系統，密切關注周邊建筑工程狀況，減少系統施工形成的負面影響[2]。

盲溝排水設計方法：

盲溝排水設計，主要排送地下水，合理控制地下水位。盲溝排水設計方法，可用于市政綠化區，確保綠植生長有序，減少雨水堆積，完善市政輸水網管體系。

①排水材料。盲溝設計時，使用熱可塑材料，在改性、熱熔等作用下，獲得塑料絲條，經過成形溶解，形成立體塑料網狀芯體。

②塑料盲溝的設計要點：立體網狀的空隙占比介于80%與95%之間；具有較強的抗壓性，在外界作用250kPa條件時，網狀結構壓縮比例不超過10%；具有較高的耐用性，材料柔韌性較強。

③設計方法。在長與寬均為30厘米的盲溝中，鋪設直徑為50毫米的塑料盲溝。鋪設完成時，在盲溝表層添加反濾布，在盲溝側面、底面設計隔水裝置。阻水裝置的設計方法為：以帶膜土工布為主要隔水應用，盲溝底部添加厚度為2厘米的砂漿，確保阻水效果。盲溝長度間隔[20，50]米位置，添加一個直徑為80毫米的波紋管，有效排出雨水。

④盲溝設計的質控標準，如表1所示。

表1 盲溝設計的質控標準

在路基設計時有效使用盲溝，確保雨水網管設計的有效性，減少雨水堆積，提升雨水排出速度。某項目在盲溝設計調整后，排水速度可節省1h，項目盲溝設計如圖1所示。

圖1 某項目矩形盲溝設計效果圖

2.2 路面排水設計

2.2.1 行車道排水設計

現階段城區道路數量逐漸增加，在路面積水干擾下，降低了市政道路整體性能。因此，市政單位在修建排水系統時，需要關注路面積水形成的沖擊問題，加強受損項目修復，恢復路面通行性能?，F階段，用于行車道排水規劃的設計方法有兩種：其一，單坡排水方式，適用于車流量不大、降水量不高的道路，以非機動道路為主要規劃方向；其二，雙坡排水方式，主要用于市政道路，此類道路較寬，對于排水能力具有較大要求，確保路面排水順暢。在排水系統規劃時，加強單坡與雙坡的結合使用，縮短施工時間，控制工程施工量，提升排水有效性。與此同時，在車行道兩側設計雨水口，能夠提升排水速度。采取固定距離間隔設計排水口的設計方法，將雨水引進周邊湖泊，增強路面排水效果。

2.2.2 人行道排水設計

對于人行道的排水，同樣是路面排水的側重項目。人行道設計的主要功能是便于人們行走。如果人行道中含有較大量積水，對于人們出行帶來了一定安全隱患，加之在積水浸泡作用下，可能會對人行道使用性能形成影響，致使人行道表層平整性不足，降低路面美觀性。因此，在人行道進行排水規劃時，可合理利用車行道旁側的排水口、雨水口設計，提升積水排出效果。一般情況下，在人行道規劃時，在車行道旁側設計矮墻，對積水形成阻擋，使積水流向排水裝置，達成排水目標。

2.2.3 路面結構排水設計

為保障路面排水效果，在修建道路時，在基層與面層的間隔位置，使用乳化瀝青，進行密封處理[3]。當積水滲入路面時，密封層的瀝青，能夠對積水形成阻擋作用，確保路基與水隔絕。部分區域的降水量較大，在市政道路規劃時，設計人員可采取多層設計方法。

2.3 綠化帶排水設計

結合海綿城市的規劃設計思路，合理利用綠化帶的天然蓄水調節能力，對市政雨水排水系統的設計起到輔助作用。在綠化分隔區使用透水性不強的黏土，形成防水屏障，減少積水滲入路基。

2.4 市政排水系統的其他改進策略

2.4.1 提高管線平面設計的合理性

在系統平面布置時，確保定線準確性，能夠提升工程造價的控制效果。結合地勢、地形特征，控制管線的直線布設，盡量避免拐彎設計。在重力作用下，使污水直排至污水處理廠。

2.4.2 排水系統雨污分流的新建與改造

雨污分流是完善城市基礎建設、解決城市防洪內澇、消除黑臭水體的治本之策。隨著城市化進程的發展以及人民生活水平的提高，部分城市現有的雨污水管網設施已經無法滿足需求，原排水系統老化、管道堵塞、汛期排水不暢、雨水倒灌等現象層出不窮。為避免污水對河道、下水道造成污染，便于雨水的收集利用和集中管理排放，雨污分流的規劃設計應得到重視。

①在設計時雨水管線直徑不大于1500毫米時，使用中空壁纏繞形式，管道剛度增加至10kN/m。如果管徑大小超過1500毫米，使用二級承插式管，材料以鋼筋混凝土為主。在施工期間，管道采購時，應標注管頂覆土厚度。在排水管道施工期間，采取粘接方式，連接UPVC排水管線。

②雨水分流管線的改造方式：讓部分雨水流至新設的雨水管線，采取就近連接管線方式，使原有合流管線進行雨污分離，在分離位置添加污水處理管，管長高于天面至少0.6米。

③雨水口處理方法。市政雨水口在實際施工時，可使用平箅式設計方法。在雨污分離時，對原有管線進行改動，需要重新設計雨水口側面樣式，使用球墨鑄鐵箅圈進行施工，使雨水口深度不超過1米。雨水口管線直徑大小均設計為DN200，坡度設計為0.01，使用膠圈確保連接質量。管道基層添加厚度為150毫米的砂墊。

④管道交叉處理。由于污水管線添加時，極易發生管線交叉問題。在處理管線交叉問題時，在下管槽位置，添加30%的砂礫石，采取分層夯實方式，壓實強度不小于95%?；蛘咴谇捌谔砑游鬯芫€時，使用BIM技術進行碰撞驗證與管線走向優化，回避交叉問題。

2.4.3 復合管材使用

財務會計向管理會計轉型的過程中存在的最大障礙，就是沒有與其他部門建立聯系。想要解決溝通問題的第一步就是財務人員要關注自己的溝通能力。其次就企業應當通過政策的制定幫助財務部門拓寬溝通渠道，使財務部門獲得有利于企業發展的重要信息，提升財務管理水平的同時也增強了企業的行業競爭能力，有利于企業的正常運行，并且能夠對企業的發展，起到一定促進作用。

管材性能對于系統排水質量具有一定影響?，F階段，排水管道類型主要包括鋼管、復合管等。各類管材屬性具有差異性，應對各類排水工程，需要合理選用管材。在系統設計時，設計人員需要參照管道的承載性能、排水區的土壤屬性等因素，綜合選定管材，確保排水效果。多數情況下，可使用復合管，借助其材料的復合型優勢，積極應對各類環境帶來的影響，確保管材性能穩定，高效排水。

例如，雙平壁鋼塑管材，是一種新型復合排水管材，以聚乙烯為主要管道材料，加工時以“T”型為主，可采取纏繞、熔接等處理，形成管道。在鋼帶表面增設PE，制作成新型鋼塑復合管材。管材使用優勢：

①材料清潔性強。鋼塑復合管材具有較強的衛生性能，減少雨水二次污染問題。

②較強的輸水能力。鋼塑復合管材具有較高速的輸水能力，相比一般水泥管輸水速度高出30%。

③管材壽命長。使用周期為[50，100]年，遠高于水泥管的應用時限。

④環保性較強。鋼塑復合管材在生產、排水、回收各環節中，不會產生污染成分，具有材料生態性。

⑤施工便捷。鋼塑復合管材在排水管道施工時，可采取承插連接方式，確保管材的安裝質量，減少施工用時。

在市政雨水網管中，有效使用鋼塑復合管材，能夠降低施工成本，確保輸水效果。

2.4.4 智能技術融合

智能設備可有效采集各區域的降水、排水情況，便于市政排水人員及時給予排水調整策略，提升排水管理的智能性。比如，使用BIM技術，運行碰撞檢查模塊，虛擬建模分析管道設計效果，給出燃氣、電力各類管道存在的設計沖突，進行管道合理設計，進行設計方案的綜合對比，確保方案設計質量。

3 排水管網優化設計實例分析

3.1 工程概述

A工業園項目內含有2.2km長的排水管路，設計排水區域每公頃每秒流量為1.2L。水力計算的限制規則如下。①充滿度（H/D）小于等于管徑設計最高值。當管徑大小為200至300mm時，水力充滿度取值為0.55。當管徑取值為350至450mm時，水力充滿度取值為0.65。②街道位置使用的排水管道最小值取300mm，排水坡度最小值為0.003。街區、生產區范圍的排水管徑最小值設計為200mm，排水坡度最小值為0.004。③管道材質為非金屬時，排水流速最高值為5m/s，金屬材質的排水管線流速最高值為10m/s。④設計流量升高時，流速同步提升。如果設計流量值具有固定性，流速會發生遞減。坡度比例較高的管道，對接于坡度較小的管道時，位于下游區的管段排水速度不小于1.2m/s。⑤生活排污管線、工業廢污管線未獲得保溫防護時，管底設計位置等同于冰凍線加0.15m。行車路段處鋪設的排水管線，管線頂部添加的覆土層需大于0.7m。⑥排水管線相鄰位置會使用管頂平接形式，保證下游管線各處高度小于上游管線的各點高度。

3.2 待優化的排水管線參數

A工業園各處需優化的排水管線參數為：排水流量為125.91L/s，排水流速為1.46m/s，管徑取值為300-500mm，充滿度介于0.22至0.96之間，排水坡度取值為0.28至1.37。結合圖2的管徑與流速關系，對管線進行優化設計，選擇適宜管徑的最小值進行優化設計，獲取管徑取值的優化結果為400mm。

圖2 管徑長度與流速之間的關系

3.3 工程效益分析

為了解市場排水管網設計優化效果，案例工程于施工完成后，對具體施工效果進行了觀察，并評估了施工效益。

①直接投資：設計優化前，工程直接投資38.14萬元，設計優化后，直接投資減少到了26.30萬元，共減少了2.16萬元。表明，設計優化可有效降低工程的直接投資，經濟效益良好。

②管材費用：圖3管材的費用為市政排水管網施工的主要成本來源，通過對設計優化前后此項費用的對比發現，優化前，工程管材費用為20.17萬元，設計優化后，此費用降低到了17.10萬元，共降低了3.07萬元?？梢?，設計優化對管材費用的降低同樣具有積極意義。

圖3 施工優化后的排水管道結構圖

4 結論

綜上所述，城市路面雨水排水不暢，會增加城市排水設施的運行壓力。如果長時間未給予有效處理，積水對于道路、路表土壤會形成一定負面影響，縮短道路的可用時間，造成城市安全、經濟等多方面的損失。因此，在市政雨水排水系統的設計過程中，需要高度關注排水系統的整體設計，落實雨污分流的設計原則，結合海綿城市的規劃理念，合理運用新材料、新技術，通過對市政排水系統的優化設計，科學利用水資源，提升城市環境質量。