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1、室外给水管道设计一、给水系统组成给水系统主要由：原水水源取水构筑物、原水输送管、原水处理构筑物（位于自来水厂）、水量调节构筑物（清水池）、增压构筑物（加压泵站）、配水管网调结构物（高位水塔）和配水管网等七部分组成。其工作流程如下： 水源取水 原水输送 沉淀、消毒净化 输送 储存水源取水构筑物 原水输送管 自来水厂 清水池 加压 输送 储存 配水输送 加压泵站 高位水塔 配水管道 用户 水源一般选择流量稳定的河流上游，城市水源上游一定范围为城市水源保护区，该保护区内不容许任何污水排入；对地表水缺乏的城镇给水，水源一般选择深位水井，水源地一般位于水源不被污染的城镇上方，城镇人口较多一般深水井需要多
2、口才能满足城市用水要求，为便于水厂交换维修，还需要配备备用井或备用水源。深水井的特点是水质干净，水量充沛。地表水源的特点是取水方便，取水成本低，但水质较差，需要经过繁杂的水净化过程才能配送。二、给水系统1、统一系统：该系统统一按生活饮用水水质供水，为大多数城镇所采用。2、分质系统:根据不同用水对水质要求的不同，采用分系统供应。3、分压系统：根据管网压力的不同要求，如城镇中高层建筑区，要求较高的供水压力，此时可采用不同压力的供水系统。4、分区系统：按地形形成不同的供水区域。对于地形起伏较大的城镇，其高低区域采用由同一水厂分压供水的系统。5、综合给水系统：根据供水区域地形、地势、水源、供水水压等情
3、况综合以上两种或两种以上给水系统相组合形成的给水系统。这也是大面积供水采用的供水形势。三、管道水压1、管道设计水压在给水管网中能起到控制管网水压的点，称为控制点，也称供水最不利点。以最高时用水量加消防用水量作为消防校核计算流量，即管网消防设计流量。消防时控制点的最小服务水头为10m。标准大气压（1atm）=Pa=1.0*105Pa=0.1MPa=1巴(bar)1毫米汞柱=1mmHg=133.3224Pa1毫米水柱=1mmH2O=9.Pa（与所在纬度有关，纬度越大其值越大,常采用9.8）1Pa=1N/m2=10-6MPa10m水柱=0.98MPa1.0MPa给水管道常用水压有大于或等于0.1MP
4、a、0.5MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.25MPa、1.6MPa等水压。小于1.0MPa水压管道一般用作输水管道和自重流管线或供水干管，大于或等于1.0MPa水压管道一般用作给水管道和高压供水区供水管道。2、管道试压水头验收压力管道时必须对管道、接口、配件、伸缩装置以及其他附属构筑物仔细进行外观检查；复测管道的纵断面；检查管道的放气和排水条件。管道验收还需对管道的强度和严密性进行试验。管道水压的一般规定：1.当管道压力小于或等于0.1MPa时，需进行压力管道的强度和水密性试验。当管道压力小于0.1MPa时，除设计规定外，需进行无压管道的水密性试验。2.在管道进行试压、闭水试验前，应做
5、好试验水源引接以及排水疏导路线的安排。3.管道试验灌水宜从下游缓慢灌入，灌水时在试验管道上游管端顶部以及管段中的隆起点设置排气阀，以确保给水管内的空气及时排除，使水充满管道。4.在冬季进行管道试压和闭水试验时，应采取防冻措施，试验完毕后及时排空管道内积水。管道水压试验压力（MPa）管材种类工作压力P试验压力钢管PP+0.5且不应小于0.9铸铁管及球墨铸铁管0.52P0.5P+0.5预应力、自应力混凝土管0.61.5P0.6P+0.3现浇钢筋混凝土管渠0.11.5P埋地硬聚乙烯管0.11.5P,不小于0.8四、管道设备1、阀门阀门是控制管道内水流、水量、水压的重要设备，并具有紧急抢修中迅速隔离故
6、障管段的作用。配水管网上的阀门间距不应超过5个消火栓的布置长度；阀门主要有闸阀、截止阀、节流阀、球阀、蝶阀、旋塞阀、止回阀、安全阀、减压阀等，本次就常用阀门做一说明。闸阀:常用于管径小于或等于300mm的给水管道，不宜调整管内流量。截止阀：适用于管径小于或等于500mm的给水管道，主要用在用户家中给水管道管端，用于取水和关闭使用。蝶阀：常用于管径大于或等于300mm的给水管道，可调整管道内流量。止回阀：一般安装于对管道有防回水要求的给水管道上，如泵站出水管道，防止管道水回流打坏水泵叶片及转子。安全阀：安装于给水管道上，防止管道压力太大爆管的出现，当管道中压力大于管道设计的容许压力时，安全阀自动
7、开启泄水，减小了管内压力（一般锅炉上比较多见）。 2、管材1.钢管（SP）是目前大口径埋地管道中运用最为广泛的管材。用于城市输水管道的管径一般宜大于DN800，国内最大钢管直径达DN4000.钢管钢材一般采用Q235A.B碳素镇静钢。作为输水管道的钢管一般要求为成品管。埋地钢管容易受到腐蚀，必须对其内、外壁做防腐涂层，一般当钢管的埋地敷设长度大于500m时，还需要做阴极保护。正确选择钢管的防腐并采取阴极保护可使其使用寿命大大延长，一般能达50年左右或更长的年限。钢管一般在工厂加工，受用输及装卸条件的限制，每节钢管长度一般在10m左右，在现场衔接街头较多，由于施工质量难以达到工厂制作的质量要求，
8、往往影响钢管的使用寿命，特别是地下水位高、土壤腐蚀性强、地质条件差，对钢管的影响更大。近年来出现了扩胀成型承插式柔性接口钢管的制作及施工，较好解决了上述问题，扩胀成型承插式柔性接口钢管能适应地极不均匀沉降、管道伸缩、减少钢管温度应力的优点。该管接口有单胶圈、双胶圈及抗轴力防脱接头等。其中单胶圈管型构造简单；双胶圈管型则可对每个安装接口作独立水压测试；抗轴力防脱接头可使管道在丁字管、弯头处不做支墩，从而适应各种地形和地质条件使用。2.灰口铸铁管（CIP）灰口铸铁管有砂型离心和连续铸造两种工艺，砂型离心铸铁直管（GB 3421）中管径规格自DN200-DN1000；连续铸铁直管（GB 3422）中
9、管径规格自DN75-DN1200，均为刚性承插式直管。离心铸管早在上世纪60年代已停产，连续铸管是上世纪60-80年代广泛应用的管材。由于连续制造工艺的缺点，管材质量不够稳定，容易爆管。现在灰口铸铁管已属于淘汰产品，一般不再使用。3. 球墨铸铁管（DIP) 球墨铸铁管是选用优质生铁，采用水冷金属型模离心浇注技术，并经退火处理，获得稳定均匀的金相组织，能保持较高的延伸率，故亦称可延性铸铁管。由于其具有较高的抗拉强度和延伸率，而且具有较好的韧性、耐腐蚀、抗氧化、耐高压等优良性能，故被广泛运用于输水、输气及其他液体的输送。球墨铸铁管均采用柔性接口。按接口型式分为机械式、滑人式两种。机械接口型式又分为
10、N1型、X型和S型三种，滑人式接口型式为T 型见给水排水设计手册 材料设备（续册）第1 册。球墨铸铁直管的标准壁厚T按下式计算：T=K（0.5+0.001DN）式中T标准壁厚（mm)；DN公称口径（mm )；K系数，取8、9、10、12。按系数K取值的不同，其标准壁厚分别为K8级、K9级、K10级和K12级。球墨铸铁管外壁采用喷涂沥青或喷锌防腐，内壁衬水泥砂浆防腐。目前国内有些球墨铸铁管生产厂的产品基本上都按ISO 2531 国际标准要求生产，其最大口径达DN2200，大于国标离心铸造球墨铸铁管（GB 13295） 。由于球墨铸铁管性能好，且施工方便，不需要在现场进行焊接及防腐操作，加上产量及
11、口径的增加、管配件的配套供应等，已在国内得到广泛应用。4. 铸态球墨铸铁管铸态球墨铸铁管是一种未经退火处理的球墨铸铁管。这种管材的物理力学性能接近球墨铸铁管，但其延伸率很小，仍属刚性管。因其价格比球墨铸铁管低，曾在一些城镇给水管道中采用。由于目前还没有相应的产品行业标准，可按生产厂的企业标准采用。5.自应力混凝土管（SPCP) 自应力混凝土管采用离心工艺制造，系利用膨胀水泥的化学作用使混凝土在固化阶段产生的膨胀作用来张拉环向和纵向钢丝，使管体混凝土在环向和纵向处于受压状态。由于自应力混凝土管中钢丝的张拉是靠水泥膨胀产生的，管壁产生的预压应力值的大小与制造模具、水泥性能、管材的干湿度变化因素有关
12、，不能制定标准值，主要根据管材试验压力规定可在覆土不大于2.0m 的埋地给水管道上应用。该管道由于目前尚未制定相应的结构设计规范，因此不宜用于设计内压大于0.8MPa 、覆土大于2.0m、口径大于DN300 的给水管道工程。6. 预应力混凝土管（PCP) 预应力混凝土管有震动挤压（一阶段）工艺制造和管芯缠丝（三阶段）工艺制造两种。预应力混凝土输水管（震动挤压工艺）( GB 5695 85）中管径规格自DN400DN2000；预应力混凝土输水管（管芯缠丝工艺）（GB 569685）中管径的规格自DN400DN3000。由震动挤压（一阶段）工艺制造的管道所产生的预压应力在混凝土蒸养固结过程中的应力
13、损失达20%30%，且不稳定，故国外大多数国家已不生产和应用。在设计选材中应尽量选用管芯缠丝（三阶段）工艺管。PCP 管均为承插式胶圈柔性接头，可敷设在未扰动的土基上，施工方便。PCP 管管材价格低廉，自上世纪60 年代以来，为较多城镇给水所采用。PCP 管若在软土地基上敷设，需做好管道基础，否则易引起管道不均匀沉降，造成管道承插口处胶圈的滑脱而严重漏水或停水事故。7硬聚氯乙烯塑料管（PVCU) 硬聚氯乙烯塑料管应采用挤出成型的内外壁光滑的平壁管。常用的口径为DN20 、DN25 、DN32 、DN4O 、DNSO 、DN63 、DNllO 、DN16O 、DN2OO、DN225、DN315、
14、DN40O、DN500、DN63O共14种规格。公称压力为0.6、0.8、1.0、1.25、1.6MPa5个等级。PVCU管材的物理性能应符合下列规定：密度：1350146Okg/m3 ；维卡软化温度：不小于80；弹性模量：300OMPa；轴向线膨胀系数：0.06-0.07mm/(m）；拉伸强度40MPa。PVCU管材的优点是：化学稳定性好，不受环境因素和管道内输送介质成分的影响，耐度蚀性能好；水力性能好，管道内壁光滑，阻力系数小，不易积垢；相对于金属管材，密度小，材质轻；施工安装方便，维修容易；是目前国内替代镀锌钢管和灰口铸铁管的主要管材之一。在永久性给水管道工程中应用PVCU管材时，必须按
15、照埋地硬聚氯乙烯给水管道工程技术规程（CECS 17:2000）进行管道结构的设计计算确定采用管材规格等级，且严格按上述标准施工，确保管道质量以达到安全运行和延长使用寿命。8.聚乙烯管（PE) 聚乙烯管应采用挤出成型的内外壁光滑的平壁管。目前国内生产的给水用聚乙烯管口径从DN32至DN500 ，工作压力0.4、0.6、0.8、1.0、1.251.6MPa。PE管有PE63,PE80和PE100三种强度等级，PE63不宜用于埋地给水管道。PE管的物理性能：密度：95okg/m3。轴向线膨胀系数：0.22mm/(m）。弹性模量：600MPa。拉伸强度：25MPa。PE管的优点除具有与PVC 一U
16、管的优点外，该管属柔性管，对小口径管可用盘管供应，运输、敷设方便，连接时采用热熔对接，可将管道连接长达数百米进行弹性敷设。为此，可利用PE管的这种特性对已敷设的旧管道进行改造，也就是将PE管连续送人旧管道内作为旧管道的内衬。利用这种方法对旧管道进行改造，施工方便，价格低廉，且可不进行路面开挖。9.聚丙烯管（PP) 聚丙烯管的口径较小（DN100以下），在建筑室内冷热水供应中使用较多，PP管的物理性能：密度：900kgkg/m3。轴向线膨胀系数：0.16mm/(m）。弹性模量：900MPa。 拉伸强度：28MPa。PP 管的最大特点是耐热性优良，在短期内使用温度可达100以上（120），正常情况
17、可在80长期使用。但PP管的脆化温度较高，尺寸收缩率大，对低温的敏感性强，随着温度的下降，力学性能的下降也很明显，从而限制了它的使用范围。同时，聚丙烯的老化性能也较差。10. ABS工程塑料管ABS是由丙烯睛、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的热塑性塑料，具有优良的综合性能。ABS管口径一般在DN15DN300，工作压力分0.4、0.6、0.8、1.0MPa。ABS管的物理性能为：密度：1020kg/m3。轴向线膨胀系数：0.11mm/(m）。弹性模量：2500MPa。拉伸强度：4OMPa。ABS管的突出优点是具有良好的机械强度和较高的抗冲击韧性，一般是PVC的5倍；使用温度范围广（-2080），该
18、产品除常温型外，还有耐热型、耐寒型树脂。该管一般采用承插式连接，采用溶剂型粘合剂粘接密封，具有施工方便、固化速度快、粘接强度高的特点。目前较多用于净水厂加药管道、快滤池大阻力集水系统管道及絮凝沉淀池的排泥管道等。3、阀门井1.阀门井输配水管道上的阀门一般应设在阀门井内。阀门井的尺寸应满足操作阀门及拆装管道阀件所需的最小尺寸。阀门井应根据所在位置的地质条件、地下水位以及功能需要进行设置。阀门井的材料一般用砖砌，需要时也可用钢筋混凝土建造。阀门井主要设计条件为： 适用于一般室外给水的手动暗杆低压（1.0MPa）闸阀，闸阀直径为DN15DN1000。 管道埋设深度（指管中心）应6m。 适用于一般土壤
19、条件：重力密度：r=1800kg/m3；内摩擦角：=30。地基承载力特征值：f0=0.1MPa 。如用于湿陷性黄土区、多年冻土区、膨胀土区、设计烈度为九度及九度以上地震区或其他特殊地区时，应根据有关规范和规程的规定进行处理。 适用于温热带及寒冷地区，当用于采暖室外计算温度低于-20 的地区时，须做保温井口或采用其他保温措施。在寒冷地区，由于阀杆头部常因拐水冻住，影响开启和关闭，故一般不采用套筒。2.排气阀井(1）在压力管道的隆起点上，应设置能自动进气和排气的阀门，用以排除管内积聚的空气，并在管道需要检修、放空时进人空气，保持排水通畅；同时，在产生水锤时可使空气自动进人，避免产生负压。(2）排气
20、阀的选用：目前用于给水工程的自动排气阀品种较多，排气阀的型号、规格及其排（进）气功能和细部构造详见 给水排水设计手册 材料设备 （续册）第1册。排气阀的类型选用应根据翰配水管的具体布置和排（进）气的要求，结合排气阀的功能进行合理选择。排气阀适用于工作压力1.0MPa的工作管道。小于 DN350的管道一般选用单口排气阀，大于DN400管道选用双口排气阀。(3）排气阀必须设置检修阀门。根据管路布置必要时可在排气阀前设置排气支管和阀门，以便于空气的紧急排放。（4）排气阀必须定期检修，经常养护，使进、排气灵活，尤其是直接用浮球密封气嘴的排气阀，在长期受压条件下易使浮球顶托密封气嘴过紧，影响浮球下落。(
21、5）排气阀必须垂直安装，要求安装处环境清洁，以防止锈蚀，方便维修，并要考虑保温防冻。地下管道的排气阀须设置在井内，排气阀井可以砖砌，也可采用钢筋混凝土。过桥管道等地面上的排气阀，应根据气候条件，采取保温措施。3.排水管及排水井(l）在管道下凹处及阀门间管段的最低处，一般须设排水管和排水阀，以便排除管内沉积物或检修时放空管道。排水管应与母管底部平接并应具有一定坡度。(2）如地形高程允许，应直接排水至河道、沟谷。如地形高程不能满足直排要求，可建湿井或集水井，再用抽水机具将水排出。排水井可根据地质条件和地下水位情况用砖砌，也可采用钢筋混凝土结构。五、 设计流量1、水源至城镇水厂或工业企业自备水厂输水
22、管渠的设计流量，应按最高日平均供水量加自用水量确定。当长距离输水时设计流量还应加上沿线损失水量。2、向管网输水的设计流量，当管网内有调节构筑物时，应按最高日平均时用水条件下，由水厂或自备水厂所负担供应的水量确定， 当无调节构筑物时，应按最高日最高时供水量确定。最高日平均时流量：QT=QR/24；最高日最高时流量：QS=KSQR/24；用水变化系数QS=1.31.6。QR最高日设计总用水量；QR=生活区最高日生活用水量+工业企业用水+市政用水+管网损失水量+未预见水量+消防用水量；水量等于供水区域对应人数、面积等乘以最高日用水定额。 3、上述输水管渠，当负有消防给水任务时，应分别包括消防补充流量
23、或消防流量。4、配水管网应按最高日最高时用水量及设计水压进行计算，并应分别按下列三种情况和要求进行校核： 发生消防时的流量和水压要求； 最大传输时的流量和水压要求； 最不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求。六、 输配水管道1、管道基础应根据地质条件确定。对地基松软或不均匀沉降地段，管道基础或地基应采取加固措施，管道接口应采用柔性接口。2、最冷月平均气温低于-5的地区，外露的贮水或水处理构筑物以及地下管道的进、出口段，不得采用砖砌结构。3、管网内的主要干、支线连接处应设有阀门。阀门两侧管道上应设置柔性接口，不符合要求时，应增设。4、承插式管道的下列部位，应设有柔性接口。穿越铁路及其他重要交通
24、干线两侧； 主要干、支线上的三通、四通，大于45度的弯头等附件与直线管段连接处；管道与泵房、水池等建筑物连接处。不符合上述要求时，应增设。5、对重要的给水输水管及配水干线，凡采用承插式管道的直线管段，应在一定长度内设有柔性接口，柔性接口的间距，应按国家现行工程抗震设计规范进行抗震验算确定。七、 管道水力计算1、输水管管径1满流或压力流时管径：D=(m)Q管道流量；Ve经济流速；2压力输水管道的经济流量：Qe=(L/S)D管道直径；m、分别为水头损失中公式i= 中的指数f经济因数2、输配水管的水头损失计算1沿程水头损失：hi=ilL计算管段长度；i单位管长水头损失；2局部水头损失：h2=H2局部
25、水头阻力；局部阻力系数；V局部水头损失的计算流速。管道设计控制点的给水水压等于管道设计起点处得给水水压加上（下坡时）高差减去水头损失。八、 管道埋深及基础给水干道需布设于排水管道上方，建议给水管道埋设于冻土线以下，机动车道下管顶覆土大于1.1m，干管应深埋，应选用环刚度大的管材。首先根据现场水文、地质情况选择管道基础，再开挖并处理管道地基，管沟尺寸应符合给排水管道构筑物中管道及处设计要求。管道基础选择要求详见给排水设计图集（湿陷性场地给水应选择湿陷性给排水标准图集）管沟回填参照埋地塑料管施工06MS201-2第16页九、 给水管道设计流程1、核查规划中本设计给水管道管位、管径、水压、接管位置、
26、接管管径等给水资料；2、道路全线考虑地下管线位置完成项目管线综合图；3、跟据道路平面图布设平面管线及其构筑物（阀门井、消火栓井、湿井、支管连接）；4、根据道路纵断面图平面布设给水管线构筑物（排气阀井、泄水井、止回阀）；5、给水构筑物、排水构筑物复核布置位置，并调整；6、绘制给水管道纵断面图；7、选择给水管道基础设计并完成给水管沟大样图；8、依照给水管道平面图，根据沿线给水支管连接请况、干管情况绘制阀门井节点图；9、根据给水管道平面图、阀门井节点图和管沟大样图计算给水管道工程数量表；10、核算本给水管道最不利供水点处得给水水压和管径能否满足设计要求和规范要求。备注:在设计过程中每完成相应的设计设计图纸，立即复核，以防导致下阶段设计工作的错误。