市政雨水排水系统的优化设计探讨

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摘要：本文以市政雨水排水系统为研究视角，从路基、路面、绿化带三个方面，梳理了系统的改进需求；在路基、行车道、路面、绿化多个视角，给出了系统改进方案；探索了系统其他改进策略：提高管线平面设计的合理性、排水管网雨污分流新建与改造、积极使用复合管材、有效融合智能技术，确保排水系统设计质量。

关键词：排水系统；路面排水；绿化带排水

0引言

近年来城市内涝频频发生，城市内涝对交通安全、城市卫生、城市生态系统造成极大的影响和破坏，同时会造成严重的经济损失。而城市内涝形成的最主要原因之一即城市排水系统的不合理。市政排水系统的整体设计质量，直接影响了人们生活质量。因此，在排水系统的设计过程中，设计人员需要使用科学方法优化设计，降低不合理设计带来的风险几率。

1市政雨水排水系统的改进需求

1.1路基排水需求

市政道路的运行质量，以路面性能为集中体现。车辆行驶的平稳性与顺畅性，取决于路面整体施工效果[1]。路基作为路面的基础结构，需要控制含水比例，以干燥坚固的状态给予路面支撑，使路面能够承载车辆重量，减少路面形变问题，保持市政道路结构的稳定性。路基保护工作，是维护市政道路性能的关键措施。地下水的冲击，成为降低路基强度的主要因素，引起路基结构发生变化，形成路基病害等问题。因此，在公路修建期间，加强路基排水设计，维护市政道路性能，较为关键。

1.2路面排水需求

路面形成的积水，如果积存时间较长，未给予有效排水处理，将会渗入路面缝隙、松散土层结构中，对道路结构形成影响，同时会对交通安全产生极大的影响。因此，相关单位有必要采取积极措施，有效排除路面积水。在路面排水时，可采取中心向两侧的排水方式，减少积水滞留，维护路面材料的整体性能。在层间连接位置，如果长时间处于水浸泡状态，在车辆持续通行的荷载作用下，积存的自由水，会转化成动水压力，冲击路基结构，引起沥青剥落，形成路面裂缝、结构松散等问题。

1.3绿化带排水需求

国内目前在规划排水系统时，侧重于人行、车行等道路排水设计，对于绿化带的排水工程并未给予较高重视。绿化带的设计，一般位于人行与车行两条道路之间，直接影响着排水系统的整体运行质量。在环保战略中，城区绿化带的建设规格有所增加，围绕绿化带进行相应的排水系统规划，逐渐凸显出重要性。绿化带的设计，不仅能够改善城市环境，还是天然的蓄水调节系统。对于绿化带进行排水规划时，需要关注排水规划的差异性。

2市政雨水排水系统的设计方案

2.1路基排水设计

路基作为道路的支撑结构，需要加强排水处理。路基排水项目的设计思路为：设计人员需要掌握各类路基排水设施的功能，在合适位置使用恰当的排水设施；结合区域水文、地质多种因素，合理规划排水路线，加强区域环境勘测，回收相关资料；在实践安装排水设施时，给予清晰标注，确保安装顺利；对于关键的交通枢纽区域，合理设计排水系统，密切关注周边建筑工程状况，减少系统施工形成的负面影响[2]。盲沟排水设计方法：盲沟排水设计，主要排送地下水，合理控制地下水位。盲沟排水设计方法，可用于市政绿化区，确保绿植生长有序，减少雨水堆积，完善市政输水网管体系。①排水材料。盲沟设计时，使用热可塑材料，在改性、热熔等作用下，获得塑料丝条，经过成形溶解，形成立体塑料网状芯体。②塑料盲沟的设计要点：立体网状的空隙占比介于80%与95%之间；具有较强的抗压性，在外界作用250kPa条件时，网状结构压缩比例不超过10%；具有较高的耐用性，材料柔韧性较强。③设计方法。在长与宽均为30厘米的盲沟中，铺设直径为50毫米的塑料盲沟。铺设完成时，在盲沟表层添加反滤布，在盲沟侧面、底面设计隔水装置。阻水装置的设计方法为：以带膜土工布为主要隔水应用，盲沟底部添加厚度为2厘米的砂浆，确保阻水效果。盲沟长度间隔[20，50]米位置，添加一个直径为80毫米的波纹管，有效排出雨水。④盲沟设计的质控标准，如表1所示。在路基设计时有效使用盲沟，确保雨水网管设计的有效性，减少雨水堆积，提升雨水排出速度。某项目在盲沟设计调整后，排水速度可节省1h，项目盲沟设计如图1所示。

2.2路面排水设计

2.2.1行车道排水设计

现阶段城区道路数量逐渐增加，在路面积水干扰下，降低了市政道路整体性能。因此，市政单位在修建排水系统时，需要关注路面积水形成的冲击问题，加强受损项目修复，恢复路面通行性能。现阶段，用于行车道排水规划的设计方法有两种：其一，单坡排水方式，适用于车流量不大、降水量不高的道路，以非机动道路为主要规划方向；其二，双坡排水方式，主要用于市政道路，此类道路较宽，对于排水能力具有较大要求，确保路面排水顺畅。在排水系统规划时，加强单坡与双坡的结合使用，缩短施工时间，控制工程施工量，提升排水有效性。与此同时，在车行道两侧设计雨水口，能够提升排水速度。采取固定距离间隔设计排水口的设计方法，将雨水引进周边湖泊，增强路面排水效果。

2.2.2人行道排水设计

对于人行道的排水，同样是路面排水的侧重项目。人行道设计的主要功能是便于人们行走。如果人行道中含有较大量积水，对于人们出行带来了一定安全隐患，加之在积水浸泡作用下，可能会对人行道使用性能形成影响，致使人行道表层平整性不足，降低路面美观性。因此，在人行道进行排水规划时，可合理利用车行道旁侧的排水口、雨水口设计，提升积水排出效果。一般情况下，在人行道规划时，在车行道旁侧设计矮墙，对积水形成阻挡，使积水流向排水装置，达成排水目标。

2.2.3路面结构排水设计

为保障路面排水效果，在修建道路时，在基层与面层的间隔位置，使用乳化沥青，进行密封处理[3]。当积水渗入路面时，密封层的沥青，能够对积水形成阻挡作用，确保路基与水隔绝。部分区域的降水量较大，在市政道路规划时，设计人员可采取多层设计方法。

2.3绿化带排水设计结合

海绵城市的规划设计思路，合理利用绿化带的天然蓄水调节能力，对市政雨水排水系统的设计起到辅助作用。在绿化分隔区使用透水性不强的黏土，形成防水屏障，减少积水渗入路基。

2.4市政排水系统的其他改进策略

2.4.1提高管线平面设计的合理性

在系统平面布置时，确保定线准确性，能够提升工程造价的控制效果。结合地势、地形特征，控制管线的直线布设，尽量避免拐弯设计。在重力作用下，使污水直排至污水处理厂。

2.4.2排水系统雨污分流的新建与改造

雨污分流是完善城市基础建设、解决城市防洪内涝、消除黑臭水体的治本之策。随着城市化进程的发展以及人民生活水平的提高，部分城市现有的雨污水管网设施已经无法满足需求，原排水系统老化、管道堵塞、汛期排水不畅、雨水倒灌等现象层出不穷。为避免污水对河道、下水道造成污染，便于雨水的收集利用和集中管理排放，雨污分流的规划设计应得到重视。①在设计时雨水管线直径不大于1500毫米时，使用中空壁缠绕形式，管道刚度增加至10kN/m。如果管径大小超过1500毫米，使用二级承插式管，材料以钢筋混凝土为主。在施工期间，管道采购时，应标注管顶覆土厚度。在排水管道施工期间，采取粘接方式，连接UPVC排水管线。②雨水分流管线的改造方式：让部分雨水流至新设的雨水管线，采取就近连接管线方式，使原有合流管线进行雨污分离，在分离位置添加污水处理管，管长高于天面至少0.6米。③雨水口处理方法。市政雨水口在实际施工时，可使用平箅式设计方法。在雨污分离时，对原有管线进行改动，需要重新设计雨水口侧面样式，使用球墨铸铁箅圈进行施工，使雨水口深度不超过1米。雨水口管线直径大小均设计为DN200，坡度设计为0.01，使用胶圈确保连接质量。管道基层添加厚度为150毫米的砂垫。④管道交叉处理。由于污水管线添加时，极易发生管线交叉问题。在处理管线交叉问题时，在下管槽位置，添加30%的砂砾石，采取分层夯实方式，压实强度不小于95%。或者在前期添加污水管线时，使用BIM技术进行碰撞验证与管线走向优化，回避交叉问题。

2.4.3复合管材使用管材性能

对于系统排水质量具有一定影响。现阶段，排水管道类型主要包括钢管、复合管等。各类管材属性具有差异性，应对各类排水工程，需要合理选用管材。在系统设计时，设计人员需要参照管道的承载性能、排水区的土壤属性等因素，综合选定管材，确保排水效果。多数情况下，可使用复合管，借助其材料的复合型优势，积极应对各类环境带来的影响，确保管材性能稳定，高效排水。例如，双平壁钢塑管材，是一种新型复合排水管材，以聚乙烯为主要管道材料，加工时以“T”型为主，可采取缠绕、熔接等处理，形成管道。在钢带表面增设PE，制作成新型钢塑复合管材。管材使用优势：①材料清洁性强。钢塑复合管材具有较强的卫生性能，减少雨水二次污染问题。②较强的输水能力。钢塑复合管材具有较高速的输水能力，相比一般水泥管输水速度高出30%。③管材寿命长。使用周期为[50，100]年，远高于水泥管的应用时限。④环保性较强。钢塑复合管材在生产、排水、回收各环节中，不会产生污染成分，具有材料生态性。⑤施工便捷。钢塑复合管材在排水管道施工时，可采取承插连接方式，确保管材的安装质量，减少施工用时。⑥管壁拉伸性能优异。钢塑复合管材的真实拉伸性能，等同于材料性能检测结果的二倍。在环境较为恶劣的条件下，此种复合管材能够有效应对地层沉降问题。因此，在施工时，可采取非开挖施工方式。在市政雨水网管中，有效使用钢塑复合管材，能够降低施工成本，确保输水效果。

2.4.4智能技术融合

智能设备可有效采集各区域的降水、排水情况，便于市政排水人员及时给予排水调整策略，提升排水管理的智能性。比如，使用BIM技术，运行碰撞检查模块，虚拟建模分析管道设计效果，给出燃气、电力各类管道存在的设计冲突，进行管道合理设计，进行设计方案的综合对比，确保方案设计质量。

3排水管网优化设计实例分析

3.1工程概述

A工业园项目内含有2.2km长的排水管路，设计排水区域每公顷每秒流量为1.2L。水力计算的限制规则如下。①充满度（H/D）小于等于管径设计最高值。当管径大小为200至300mm时，水力充满度取值为0.55。当管径取值为350至450mm时，水力充满度取值为0.65。②街道位置使用的排水管道最小值取300mm，排水坡度最小值为0.003。街区、生产区范围的排水管径最小值设计为200mm，排水坡度最小值为0.004。③管道材质为非金属时，排水流速最高值为5m/s，金属材质的排水管线流速最高值为10m/s。④设计流量升高时，流速同步提升。如果设计流量值具有固定性，流速会发生递减。坡度比例较高的管道，对接于坡度较小的管道时，位于下游区的管段排水速度不小于1.2m/s。⑤生活排污管线、工业废污管线未获得保温防护时，管底设计位置等同于冰冻线加0.15m。行车路段处铺设的排水管线，管线顶部添加的覆土层需大于0.7m。⑥排水管线相邻位置会使用管顶平接形式，保证下游管线各处高度小于上游管线的各点高度。

3.2待优化的排水管线参数

A工业园各处需优化的排水管线参数为：排水流量为125.91L/s，排水流速为1.46m/s，管径取值为300-500mm，充满度介于0.22至0.96之间，排水坡度取值为0.28至1.37。结合图2的管径与流速关系，对管线进行优化设计，选择适宜管径的最小值进行优化设计，获取管径取值的优化结果为400mm。

3.3工程效益分析

为了解市场排水管网设计优化效果，案例工程于施工完成后，对具体施工效果进行了观察，并评估了施工效益。①直接投资：设计优化前，工程直接投资38.14万元，设计优化后，直接投资减少到了26.30万元，共减少了2.16万元。表明，设计优化可有效降低工程的直接投资，经济效益良好。②管材费用：图3管材的费用为市政排水管网施工的主要成本来源，通过对设计优化前后此项费用的对比发现，优化前，工程管材费用为20.17万元，设计优化后，此费用降低到了17.10万元，共降低了3.07万元。可见，设计优化对管材费用的降低同样具有积极意义。

4结论

综上所述，城市路面雨水排水不畅，会增加城市排水设施的运行压力。如果长时间未给予有效处理，积水对于道路、路表土壤会形成一定负面影响，缩短道路的可用时间，造成城市安全、经济等多方面的损失。因此，在市政雨水排水系统的设计过程中，需要高度关注排水系统的整体设计，落实雨污分流的设计原则，结合海绵城市的规划理念，合理运用新材料、新技术，通过对市政排水系统的优化设计，科学利用水资源，提升城市环境质量。

参考文献：

[1]盛晗.市政排水管网优化策略研究[J].安徽建筑，2021，28（08）：134，141.

[2]卢洁.市政排水管网规划和优化设计[J].居舍，2021（19）：87-88.

[3]张成远.市政排水管网的维护和管理[J].科技风，2021（08）：104-105.

作者：邱晓莹 单位：中国城市建设研究院有限公司