[工程科技]城市给水管网的设计与实践

给水管网的设计与实践,要求与目的要求要求：结合实际项目，重点介绍规范的应用和设计文件的规范化编制目的：了解给水管网设计各阶段的基本任务、设计的主要内容和步骤、设计文件的组成和深度要求及规范化表达，有助于工作后快速胜任给水管网的设计工作。内容：管网设计基本方法及要点； 设计实例简介；,1、基本建设程序及设计阶段,1.1工程基本建设程序 工程建设必须严格执行基本建设程序，坚持先勘察、后设计、再施工的原则。按照基本建设程序，工程建设项目实施可分为：前期工作、建设准备、建设实施和竣工验收四个阶段。 在整个建设程序中，必须在完成上一环节后方可转入下一环节，不得任意超越。 根据住建部的规定，施工图文件未经审图机构审查批准的不得使用。,1.2设计阶段的划分,前期工作：项目建议书编报与审批、可行性研究报告编报与审批；工程设计：初步设计文件的编报与审批、施工图设计文件的编报与审查。施工交底竣工验收及设计总结, 1.3设计文件编制一般规定,项目建议书 是由项目业主或其主管部门提出的对项目需要进行可行性研究的建议性文件，是对建设项目的轮廓性设想和大致的可能性分析。一般由设计单位编制或与业主单位联合编制，由发改部门批复立项。, 1.3设计文件编制一般规定, 可行性研究报告应以批准的项目建议书为依据，主要任务是：对项目建设的必要性、经济合理性、技术可行性、实施可能性，进行综合性的研究和论证，提出推荐建设方案。可行性研究的工作成果是提出可行性研究报告，批准后的可行性研究报告是进行初步设计的依据。某些项目的可行性研究，经行业主管部门指定可简化为可行性方案设计（简称方案设计）,1.3设计文件编制一般规定,初步设计应根据批准的可行性研究报告进行编制，要明确工程规模、建设目的、投资效益、设计原则和标准，深化设计方案，确定拆迁、征地范围和数量，提出设计中存在的问题、注意事项及有关建议，其深度应能控制工程投资，满足编制施工图设计、主要设备定货、招标及施工准备的要求。初步设计文件应包括：设计说明书、设计图纸、主要工程数量、主要材料设备数量和工程概算。,1.3设计文件编制一般规定,施工图设计应根据批准的初步设计进行编制，应能满足施工、安装、加工及编制施工图预算的要求。设计文件应包括：设计说明书、设计图纸、工程数量、材料设备表、修正概算或施工图预算。 设计文件应满足施工招标、施工安装、材料设备订货、非标设备制作，据以工程验收。,1.4设计文件编制深度规定,项目建议书1、城市概况2、给水工程现状及存在问题3、项目建设的必要性4、建设条件与工程规模5、工程初步方案6、工程投资估算及资金筹措设想7、建设进度及效益初步估计附 图,1.4设计文件编制深度规定,可行性研究报告1概述1.1项目背景1.1.1简述项目背景、项目建设的必要性1.1.2简述可行性研究报告的编制过程1.1.3可研报告的结论性意见1.2编制依据1.2.1项目建议书批复1.2.2有关方针政策性依据文件1.2.3业主的委托书或合同1.2.4城市总体规划和给水专业规划1.2.5环境影响评价报告书或环评报告1.2.6工程勘察报告1.2.7采用的主要规范和标准1.3编制范围及内容,2城市概况2.1城市历史特点、行政区划2.2城市性质、人口规模及社会经济发展水平2.3自然条件，包括地形、河流湖泊、水库、气象、水文、工程地质、水文地质、地震等2.4城市供水现状及存在问题2.5城市总体规划及给水规划概况3需水量预测及供需水量平衡3.1需水量预测3.1.1预测方法及指标3.1.2预测分析与结论3.2供需平衡3.3论证工程建设规模及分期实施设想,4工程设计标准4.1设计水量、供水水质和水压目标4.2各专业主要设计标准5工程方案5.1论证分区、分压供水方案5.2论证中间加压及调蓄设施的必要性、规模及位置5.3方案比选及推荐工程方案6推荐工程方案设计6.1设计原则6.2工程建设规模及主要工程内容6.3清水输水管设计 输水方式、输水线路、长度、管径 、管材、壁厚、条数、阀门的设置、防腐方式等、穿越的主要障碍物及主要工程措施。,6.4配水管网设计 配水管网分析、配水干管的布置形式、管径及工程数量、调节设施及局部加压泵站的位置、规模等。6.5供电设计 供电电源、用电负荷、供配电系统、加压站中主要用电设备及驱动方式、电气设备选型、新技术应用、防雷与接地、消防等。6.6自控、仪表、通讯设计 控制系统工作方式、控制系统硬件配置、仪表的设置及作用、通讯设计范围和内容。6.7采暖通风与空气调节设计,7主要工程量及主要设备材料必要时，按国产设备和时口设备分列8管理机构及人员编制项目的管理机构设置、定员及人员编制（附人员编制表）。9工程用地10建设进度安排建设进度要求、建设阶段划分（附建设进度安排表）。,11投资估算及资金筹措 投资估算： 是指从筹建、施工直至建成投产的合部建设费用，包括：工程建设费用、工程建设其它费用（建设单位管理费、管道施工破路及修复费用、 加压站征地、拆迁补偿费、办公及生活家俱购置费、职工培训费、前期工作费、勘察测量费、设计费、施工图预算编制费、竣工图编制费：按设计费的8%计算、施工图审查费、招标管理费、建设监理费）、基本预备费、建设期利息、铺底流动资金 资金筹措：地方财政资金、企业自筹、银行贷款,12项目经济、社会、环境效益评价13环境保护13.1工程建设和运营期对环境的影响13.2环境影响的缓解措施14节能、节水措施及效益评估15消防、劳动保护16项目招投标要求及内容17结论及存在的问题17.1在技术、经济、效益等广大综合论证的基础上，提出工程项目的总评价和推荐方案的意见。17.2说明有待进一步研究解决的主要问题。17.3相应的非工程性措施建议以及分期建设的建议。,18附图城市总体规划用地布局图城市给水工程规划布置图总体布置图输水管道方案图输水管道水力坡降线图（重力输水）管网布置方案图加压泵站总平面图(如果有）管网平差成果图（最大时，最大时加消防，最大时加事故 ）管网近期实施方案图 19附录项目建议书批复设计委托书规划选址意见书规划用地初审许可书环评报告或环评表批复资金筹措初步方案,1.4设计文件编制深度规定,初步设计内容与深度：初步设计的内容与可研报告基本相同（较可研报告少了项目必要性论证及招投标内容），但深度加大。可研着重工程方案技术和经济的比选和可行性论证，投资只是估算；初步设计则是对可研推荐方案的进一步优化和细化，必须有具体的实施方法和措施，投资要进行概算。概算不能超出估算的10%，一般不能超出3%。文件组成：可研报告一般将方案说明、图纸和估算合为一体；而初步设计文件则分为三部分：设计说明书、工程图纸及工程概算。设计图纸：图纸数量明显增加，且输水管道和配水干管一般应出平纵断面图，加压泵站应出工艺、建筑结构和电气自控图，输水管及配水干管穿越铁路、重要公路、河道等障碍物均应出方案图。,1.4设计文件编制深度规定,施工图设计设计说明书1、设计依据1.1摘要说明初步设计批准的机关、文号、日期及主要审批内容1.2工程地质详细勘测报告摘要1.3采用的规范和标准2设计内容2.1工艺设计参照初步设计的相关章节进行简述2.2如与初步设计内容有较大的变化时，应阐明原因、依据，并对照初步设计说明更改的主要内容2.3施工安装注意事项及质量验收要求2.4采用的新技术、新材料对施工安装的特殊要求2.5运转管理注意事项2.6附录,修正概算或工程预算 修正概算 由于施工图设计内容与初步设计产生较大差异，设计应对投资进行具体核算，对初步设计概算进行修正，编制修正概算，其作用与设计概算相同。 施工图预算 是指工程开工之前，根据已批准并经会审后的施工图纸、施工组织设计、现行工程预算定额、工程量计算规则、材料和设备的预算单价、各项取费标准，预先计算工程建设费用的经济文件。 主要作用是：考核工程成本、确定工程造价的主要依据；是编制标底、投标文件、签订承发包合同的依据；是工程价款结算的依据 ；是施工企业编制施工计划的依据。,设计图纸主要图纸构成与初步设计基本相同，但出图范围更全，深度要求更深，特别需增加加点详图、管件大样图、附属构筑物（如顶管工作井、接收井、阀门井、支墩等）详图；设备和材料数量的统计更为精细。主要图纸如下：工程总体布置图给水管网总平面图输水管道平、纵断面设计图（必要时绘出地质柱状图）配水干管平、纵断面图平、纵断面图中还需绘出节点详图，注明各节点的管件布置及各种附属构筑物（如检修阀井、排气阀井、泄水阀井、消火栓、支墩等）的位置与桩号。穿越铁路、公路、河流、堤坝等障碍物的管段应单独绘制详图。,2、可研报告编制步骤,2.1合同评审2.2资料收集与现场调研2.3资料分析和整理2.4需水量预测及工程规模论证2.5拟定初步工程方案2.6绘制管网布置方案图，进行管网平差计算2.7统计各方案主要工程量，计算年运行费用2.8进行方案技术经济比选，确定推荐方案2.9编写可研报告说明、绘制附图、编制估算2.10汇编可研报告送审稿（初稿）2.11参加可研报告专家评审会2.12修编可研报告，提交可研报告报批稿（终稿）,2.1合同评审,明确项目业主或主管部门明确设计范围明确设计周期明确业主对项目的具体意见和特殊要求,2.2资料收集与现场调研,资料收集清单规划资料（规划国土局）1、城市总体规划说明书及基础资料汇编 2、城市总体规划图集（路网图最好为CAD图） 3、城市给水工程专项规划（如果有）城市给水现状资料（自来水供水公司）1、自来水公司供、售水量统计资料（近5-10年）2、自来水分区用水量统计资料（按水厂或加压站服务区域划分）3、用水量500-1000m3/d大用户调查资料4、给水管网现状图5、各水厂及加压站运行资料(供水范围、供水量、水压及变化情况）,工业企业自备水源调查资料（节水办）统计年鉴（统计局）统计年鉴（统计局）地形图（规划或建设局）1、1：5000-50000城市现状地形图（CAD版）；2、1：1000加压站（或高位水池）地形图、输水管沿线带状地形图；供电资料（市供电局） 加压站供电电源名称、位置、距离及电压等级；工程地质资料（业主）估算资料1、当地最新价格信息（定额站）；2、现状消毒剂单价、电价、水价，职工平均工资和福利；3、征地综合价格（规划国土部门）；,附件1、项目建议书批复（发改部门）2加压泵站（高位水池）规划选址及用地初步许可意见书（规划国土局）；3 、加压泵站初步供电意见书（市供电局）；4 、水土保持报告（水利设计院编制）；5 、环评报告或环评表及批复（环保局)6 、地质灾害风险评估报告(需专业设计院编制)；7、建设资金筹措计划（自来水公司）；,资料收集注意事项资料收集清单应在提前发给业主准备；规划路网图最好为CAD版，图中应标注路名及交叉口控制高程；管网现状图最好为CAD版，输水管及配水干管及管径较大的支管必须标注管径；最好标注管材；如果时管网改扩建项目，还应了解管材工作压力及敷设年代及运行情况；自备水源资料应注明名称、设计规模、实际规模、供水人口；大用户应注明名称、用水量、接管点位置及要求最低水压；输水管带状地形图在穿越障碍物处范围应适当扩大，便于线路比选；河道、水塘底高程应标注清楚（影响穿越方案和估算）；可研附件准备需待可研初步方案确定后才能出具，一般在可研送审稿定稿前获取即可；地质勘察资料最难收集，应尽可能借用临近工程的现有资料；,现场调研征询业主及主管部门对项目建设的意见；征询规划国土部门对加压站（高位水池）选址及输水管和配水干管线路方案的意见；调查已供水但水量和水压不足区域，明确其范围；踏勘规划供水区域，大致了解区域地形、地势及地质情况；详细调查水厂送水泵房和加压泵站现状设备情况（水泵、电机型号规格、数量及位置、运行情况），分析判断是否具备改造或扩建条件；详细踏勘输水管和配水干管可能的线路，掌握沿线主要障碍物情况（地面和地下），特别是地面拆迁量和地下各类管线分布情况；踏勘时应准备必要的地图和地形图，将发现的重要情况进行现场标注，同时注意拍照备查（还可用于可研报告插图或专家评审会）；涉及用地、拆迁和管位的现场踏勘最好有业主和规划国土部门同行，可提高效率，避免反复；,2.3资料分析与整理对于收集的基础资料，应进行分类分析、整理，据此找出现状给水管网存在的问题；对于资料分析过程中发现的异常信息，应对其原因进行分析，对明显不符合常规、又难以解释原因的某些资料宜予以剔除，以保证基础资料的真实、可信；当第一次资料收集和调研所获得的资料尚不足以支持可研工作的顺利进行时，宜进行补充资料的收集和二次现场踏勘；如果某些重要资料暂时确实无法获取，其对可研方案或投资估算产生的影响，应在可研报告“结论与存在问题”章节中予以说明，并建议在下阶段设计工作中解决；,2.4需水量预测与工程规模论证,根据总规及给水规划确定设计年限；根据所掌握的资料条件，确定预测方法（一般不能少于两种）；根据现状资料核算现状用水量指标，并据此分析确定预测指标；根据规划用地、人口和确定的预测方法、预测指标测算用水量；综合多种用水量预测方法所得结果，确定用水量预测结果推荐值；根据需水量与现状供水能力间的供需平衡分析，确定新建或扩建工程规模；根据水厂布局及各水厂服务范围划分进行水量分配，确定各水厂及相应服务区域的供水规模；根据现状Kd和Kh确定设计Kd和Kh，并据此计算确定给水管网设计流量；,2.5拟定初步工程方案输水管道方案设计（城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程）设计流量：有调蓄设施/无调蓄设施；事故流量不少于70%；输水方式：根据地形条件确定：有压重力/压力，有压重力+压力输水管分期：根据分期施工条件灵活确定输水管条数：不宜少于2条（管材、地质、经济、管位）；线路选择：根据地形、地质、交通、规划，力求顺直管径确定：重力输水最小管径法，压力输水经济流速法；调流调压：重力输水富余水头过大应减压；静压对管网的影响；当一级压力输水水泵扬程过高应多级加压，配套调节池调流；各种工况校核：投产初期、夜间，避免局部高点产生负压；,穿越障碍物：堤防、铁路、河沟、公路DN600以上管道水锤防护：纵断面设计、最大水锤压力不得超过1.3-1.5倍管道工作压力，水泵反转速度不应大于额定转速的1.2倍，超转速持续时间小于2分钟；水泵机组调速、自动进排气阀数量及口径、缓闭止回阀、超压泄压阀；管材选择：重要程度、根数和长度、有无调节设施、运行方式、 管径、正常工作压力、最大水锤压力、沿线地质条件、安装条件及维护能力管道公称压力：金属管最大工作压力+安全余量0.2-0.4MPa； 非金属管安全余量适当加大；检修阀门间距：5-10km；穿越大型江河、铁路、高速处；联通管及阀门设置：3次（10km以上长距离管）钢管防腐：一般地段常规防腐，穿越大型江河、铁路、高速处加强防腐，过海或强腐蚀地段阴极保护；,配水管网设计管网布置分区给水：考虑地形高差，并联分区、串联分区；环网或树网：城镇配水管网宜设计成环状，当允许间断供水时，可设计为枝状，但应考虑将来连成环状管网的可能。配水干管定线：以最近的距离供水至主要用水区域；干管间距一般为2-3个街区（500-800m);干管间的联通管间距3-5个街区；尽量避开景观大道或商业大道，同时避开太窄的小路；管位：尽量沿现状道路或规划道路敷设；根数：路幅宽度大于40m时可考虑双侧布管，但应以一侧管道为干管，另一侧管道为支管；水压控制点选取：距离水厂较远、地势较高处、某些重要区域；配水干管管径：多水厂供水时，平行敷设的干管可采用不同管径；单水厂供水时尽量采用相同管径，避免爆管事故时供水量大幅下降；,管网平差计算节点流量分配：集中用水大户用水量采用调研数据，其它节点流量按面积比流量（或管长比流量）进行计算，有条件时适当考虑居住区、工业区和风景区的用水差别；系数取定： Kd、Kh管网简化: DN200或DN400以上的成环管道列入管网水力平差计算； 水头损失计算： 采用哈森 .威廉（HAZENWilliams）公式计算,C值系数根据管道的新旧程度及材质的不同选取;服务水头: 市中心服务水头2432m，管网末稍服务水头应不小于20m。供水管网采用生产、生活、消防合一的管网系统，设计采用低压消防制，消防时供水管网最不利点自由水头不小于10m。 经济流速：采用平均经济流速；DN100-DN400，0.6-1.0m/s；DN500以上，0.9-1.6m/s，考虑管网投资主体以及用水量增长速度的影响； 计算工况：近期最高日最大时、事故校核时、消防时及远期最高日最大时四种工况进行计算并复核,加压泵站设计设置的必要性：水压估算或初步平差计算结果；选址：余压的充分利用、用地条件；服务范围：低压区；规模确定：服务区域面积及人口分摊用水量，有条件单独测算水量；泵站扬程：加压范围内单独的平差计算结果；主要工艺设备选型；调蓄水池容积：按调蓄比例确定；附属设施设计：变配电间、加氯间、机修仓库、管理用房泵站平面及高程布置：确定用地面积及设计高程,管道附属设施设计,阀门及阀门井 管网中的阀门一般以手动暗杆为主，小管径阀门一般采用立式闸阀或蝶阀，大口径阀门一般采用卧式闸阀或蝶阀。排气阀及排气阀井 在压力管道隆起点下游端设置自动进排气阀，用以排除管内积聚的空气，并在管道需要检修、放空时进入空气，保持排水通畅；同时，产生水锤时可使空气自动进入，避免产生负压。管径小于DN400的管道一般选用单口排气阀，大于DN400的管道一般选用双口排气阀。排气阀必须垂直安装，设置检修阀门；露天安装时必须考虑相应的保温防冻措施；输水管排水阀及排水湿井 管道下凹的最低处需设排水阀，排除沉积物或检修时放空。排水管应与给水主管底平接；如地形高程允许，应直接排水至河边、沟谷，否则可建排水湿井，用潜水泵抽排。,支墩当管内水流通过承插式管道接口的弯头、丁字支管顶端、管堵顶端等处产生的外推力大于接口所能承受的拉力时，应设置支墩，以防止接口松脱。一般DN350以上的管道均需考虑设置支墩。给水干管水平敷设时应尽量避免使用90弯头；垂直敷设时，尽量避免使用45以上的弯头。,管道基础及埋设要求,一般土壤地区应尽量敷设在土壤耐压强度高，未经扰动的天然地基上。一般情况下，球墨铸铁管、钢管、塑料管的敷设可不作基础处理，将天然地基整平，管道直接敷设在未经扰动的原状土上；如遇地基极差或含岩石地区埋管时，可采用沙基础。承插式钢筋混凝土管的敷设如地基良好，也可不设基础；如地基较差则需做啥基础或混凝土基础。每隔一定距离在柔性接头下，留出0.8m左右范围不浇筑混凝土而填以砂，2使柔性接口可以自由伸缩沉降。流沙及淤泥层地区若管底淤泥层不厚，可将淤泥层挖掉而换以砂砾石、砂垫层。在流沙现象不严重时，可采用填块石的方法。施工时，边挖土边将块石挤入扰动土层中，挤入深度0.3-0.6m，块石中间的缝隙用砂砾石填充。如管沟槽底遇松软土质，且地下水位较高，采用明排水施工降水有困难时，可采用桩基础加固处理地基。桩型一般可选用