北方典型村莊生活污水管網(wǎng)設(shè)計要點探究

常見

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司 北京 100082）

農(nóng)村污水治理是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要組成部分。我國推進農(nóng)村廁所革命以來，農(nóng)村生活污水環(huán)境治理仍存在很多問題，如旱廁改造后的糞液糞渣未妥善處置、生活污水收集和處理設(shè)施不完善、已建成污水處理設(shè)施不正常運行［1-3］。近年來，國內(nèi)學術(shù)界進行了大量研究，但現(xiàn)有研究大多集中在農(nóng)業(yè)非點源污染，而對于生活污水、垃圾等產(chǎn)生的非點源污染的專項研究開展得相對較晚也較為薄弱［4-5］。農(nóng)村現(xiàn)狀合流管線大部分為平口管，合流管溝未做防滲，部分污水會慢慢下滲，從而污染地下水，大部分村莊都是靠打井取水，村民的飲用水也受到不同程度的污染。另外，一些村莊雖然設(shè)置了污水處理設(shè)施，但大部分污水管管材不滿足相關(guān)規(guī)范要求，覆土較淺，導致管線破裂現(xiàn)象嚴重，污水滲漏，而且大部分污水管線管徑較小，坡度未按規(guī)范實施，再加上常年不疏通清淤，因此，管內(nèi)淤堵現(xiàn)象嚴重，長期以來對河道水體和周邊現(xiàn)況環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害。2019年7月，中央農(nóng)辦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進農(nóng)村生活污水治理的指導意見》，明確了扎實推進農(nóng)村生活污水治理8個方面的重點任務(wù)［6］。生活污水管網(wǎng)建設(shè)是污水治理中需要建設(shè)的重點任務(wù)，如何對村莊生活污水管網(wǎng)的方案進行有效合理快速的設(shè)計至關(guān)重要。

1 污水管網(wǎng)總體設(shè)計

1.1 設(shè)計標準

1.1.1 平均日污水量

平均日污水量計算公式：Qdw=k·Qdym

式中，Qdw為平均日污水量（m3/d），k為生活污水排放系數(shù)，Qdym為平均日用水量，（m3/d）。排污系數(shù)計取可按照用水定額0.8～0.85計取。

1.1.2 最高日最高時污水量計算

Qmaxw=KzQdw/24

式中，Qmaxw為最高日最高時污水量（m3/h），Kz為綜合生活污水量總變化系數(shù)，Qdw為平均日污水量（m3/d）。

1.1.3 綜合生活污水量總變化系數(shù)

農(nóng)村污水量變化呈現(xiàn)出明顯的“早、晚高峰”或“早、中、晚高峰”的特征［7］。綜合生活污水量總變化系數(shù)可按表1，采用內(nèi)插法確定。

表1 綜合生活污水量總變化系數(shù)

1.2 管徑確定

1.2.1 管道水力計算

流量：Q=A×V

其中，Q為流量（m3/s），A為過流斷面面積（m2），V為流速（m/s）。

流速：V=R2/3×I1/2/n

其中，V為流速（m/s），n為粗糙系數(shù)，R為水力半徑（m），I為坡降。

（1）粗糙系數(shù)：粗糙系數(shù)可參考室外排水設(shè)計標準計取，一般，HDPE 管的粗糙系數(shù)n取值范圍為0.009～0.011；混凝土管取0.013～0.014。

（2）流速、充滿度、坡度范圍：農(nóng)村污水管道設(shè)計參數(shù)，流速、充滿度、坡度范圍可按表2 取值，管徑大于300mm的宜符合GB 50014規(guī)定。

表2 農(nóng)村生活污水管道設(shè)計參數(shù)要求

1.2.2 管徑的確定

在確定污水管徑時，如果單純按計算流量確定，管徑往往會偏小。

根據(jù)《室外排水設(shè)計標準》（GB 50014-2021），室外污水管最小設(shè)計管徑為300mm，污水管設(shè)計管徑在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他在建農(nóng)村污水治理項目經(jīng)驗，確定污水管管徑一般為D200mm至D400mm。

1.3 管材比選

目前，應(yīng)用在實際工程中的常用污水管材有鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管、塑料管、玻璃纖維增強塑料夾砂管（RAM）等。

從表3可以看出，各種管材各有優(yōu)缺點。合理地選擇管材，對降低排水系統(tǒng)的造價有很大影響。鑒于村莊人口數(shù)量較少，根據(jù)污水量計算，需新建的污水管管徑一般在DN400mm（含）以下，計算出的污水量及設(shè)計管徑總體偏小，且道路狹窄［8］，施工場地受限。因此，一般新建的污水管道可以采用HDPE雙壁波紋管；如果新建污水管管徑大于D500mm以上，采用鋼筋混凝土管；部分帶壓管道或采用拉管施工的管段可采用PE給水塑料管；頂管施工的污水管可采用鋼筋混凝土鋼承口管。

表3 常用管材的特性比較表

1.4 施工工藝比選

污水管道常用的施工工藝有開槽施工和非開挖施工（拉管、頂管）。鑒于設(shè)計污水管管徑偏小、埋深相對較淺，主要采用開槽施工，局部穿越公路、溝渠或其他障礙物的管段，可選擇頂管、拉管等非開挖施工方式。

2 污水管網(wǎng)方案設(shè)計

2.1 管網(wǎng)布置位置

污水管線主要沿村內(nèi)巷道敷設(shè)，應(yīng)與道路邊線平行，位于巷道橫斷面位置，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀其他管線（如給水、燃氣等）斷面、位置及同期建設(shè)的其他管線位置綜合確定，鑒于污水管線埋深相對較深，以不影響其他管線和周邊建筑物安全為宜。

2.2 管網(wǎng)設(shè)計埋深

管道埋深應(yīng)綜合規(guī)劃條件、上下游管道銜接、管線交叉、凍土深度等因素統(tǒng)籌考慮，設(shè)計污水管線埋深一般為1.2～2.5m，局部段穿越溝渠、雨水管涵、公路等障礙物埋深約4.0～5.0m。

2.3 管網(wǎng)施工工藝

設(shè)計污水管道，主要采用開槽施工。局部穿越溝渠、雨水管涵、公路等障礙物管段，采用非開挖施工工藝（頂管或拉管）。

農(nóng)村巷道寬度一般在1.8～2.5m，主街寬度一般在2.5～5m，且大部分村莊地下均已鋪設(shè)燃氣和給水管，部分村莊有少量現(xiàn)況合流管。對于管道埋深大于3m或街巷內(nèi)街道寬度較窄的情況，采取密擋土板木支撐，避免對施工對現(xiàn)況房屋擾動和現(xiàn)況管線的破壞。

2.4 管網(wǎng)管材要求

高密度聚乙烯（HDPE）雙壁波紋管管材公稱環(huán)剛度等級SN8，接口采用承插式密封圈接口，管材各項性能指標應(yīng)滿足《埋地用聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)壁管道系統(tǒng)第1部分：聚乙烯雙壁波紋管材》（GB/T 19472.1-2004）的相關(guān)要求。

開槽施工鋼筋混凝土污水管，管材采用鋼筋混凝土Ⅲ級管，管材應(yīng)滿足《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T 1836-2009）的規(guī)定。接口均為柔性橡膠圈接口，接口做法及接口材料性能要求見圖集《混凝土排水管道基礎(chǔ)及接口》（06MS201-1）。頂管施工的鋼筋混凝土管，管材采用鋼筋混凝土鋼承口Ⅲ級管，污水管管材應(yīng)滿足《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T 11836-2009）的規(guī)定，制管用鋼筋混凝土強度等級不得低于C40，抗?jié)B等級不低于S8。

局部拉管段、帶壓管段管材采用PE100 級聚乙烯（PE）管，接口采用電熱熔接口，管材及管件應(yīng)符合《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第2 部分：管材》（GB/T 13663.2-2018）、《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第3 部分：管件》（GB/T 13663.3-2018）的規(guī)定。

2.5 管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)計

開槽施工的鋼筋混凝土管道基礎(chǔ)均采用砂石基礎(chǔ)，砂石基礎(chǔ)可以選擇天然級配砂石或者中、粗砂，最大粒徑不大于25mm，不得采用粉細砂。采用頂管施工的鋼筋混凝土鋼承口管基礎(chǔ)要求參考《混凝土排水管道基礎(chǔ)及接口》（06MS201-1）第15頁的相關(guān)內(nèi)容，管道下部135°的范圍內(nèi)不得超挖，同時應(yīng)注意，需要在頂進完成后，管道上部超挖部分才進行注漿置換。開槽施工的HDPE 雙壁波紋管、聚乙烯（PE）管均采用人工砂石基礎(chǔ)，砂墊層材料為中粗砂，不得采用粉細砂。

2.6 管網(wǎng)地基要求

管道及附屬檢查井基底土層地基承載力標準值（fka）不應(yīng)小于100kPa，管線基底應(yīng)坐落在符合要求的原狀土層上，基底土層不滿足時，應(yīng)進行地基處理。

2.7 管網(wǎng)溝槽開挖

明挖施工時，溝槽底部的開挖寬度按《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50268-2008）第4.3.2 條執(zhí)行，管道兩側(cè)需要預留的工作面寬度按規(guī)范中表4.3.2 執(zhí)行。溝槽深度在5m 范圍內(nèi)的溝槽邊坡最陡坡度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)類別、坡頂荷載等按《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50268-2008）表4.3.3 確定。溝槽深度超過5m的基坑土方開挖、支護及降排水工程應(yīng)按相關(guān)規(guī)定組織專家論證通過后方可實施。

2.8 檢查井

檢查井可選擇圓形混凝土模塊式檢查井，做法選自《混凝土模塊式排水檢查井》（12S522）。井筒采用混凝土模塊井筒，M10 水泥砂漿砌筑MU10 混凝土模塊，C30、S4 高流動低收縮混凝土灌孔。踏步采用球墨鑄鐵雙排踏步。井蓋應(yīng)采用雙層井蓋，并滿足《檢查井蓋》（GB/T 23858-2009）和《檢查井蓋結(jié)構(gòu)、安全技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 147-2015）的相關(guān)要求。

3 結(jié)語

村莊污水管網(wǎng)設(shè)計要點主要包括設(shè)計污水量計算、污水管徑與管材的選擇、檢查井的設(shè)計、施工工藝的選擇等。其中，污水管埋深和管徑較小，宜采用開槽施工，管材采用HDPE雙壁波紋管（D≤500mm），橡膠圈接口。污水管線埋深一般為1.2～2.5m，局部段穿越溝渠、雨水管涵、公路等障礙物埋深約4.0～5.0m。檢查井可采用模塊式檢查井。對于管道埋深大于3m 或街巷內(nèi)街道寬度較窄的情況，采取密擋土板木支撐，避免施工對現(xiàn)況房屋擾動和現(xiàn)況管線的破壞。