引言：随着城市的快速发展，市政给排水管道工程的重要性日益凸显。良好的给排水系统是城市正常运转的保障，而其中的结构设计更是决定着整个工程的质量、稳定性与耐久性。在市政给排水管道工程中，结构设计面临着诸多挑战，如复杂的地质条件、多样的荷载作用、不同管材的特性差异等。本文旨在深入探讨市政给排水管道工程中的结构设计，分析其关键要素、常见问题及解决方法，为提高市政给排水工程的建设水平提供有益的参考，以满足城市发展对高效、可靠给排水系统的需求。

1工程概况

某地区四季分明，但夏季高温、冬季干冷，降雨较少，且春秋两季风沙较多，当地缺水情况较为突出。现决定建设市政给排水管道工程，由所在地水库取水，经给排水管道输送至水厂，再由水厂供水至电厂。拟采用PCCP供水管道（预应力钢筒混凝土管），全长12.63km，管径为1～1.5m。

2前期准备

2.1现场勘察测量要求

为准确反映该市政给排水管道工程沿线地形地貌、地质情况，在工程正式开工建设之前，必须进行现场勘察，在管道中线上均匀布置勘探点，严禁偏离中线，以获得完整具体的地形、水文勘察资料。在本工程中勘探点间距为30～100m，部分地形复杂区域增加勘探点布设密度，勘探深度基本为1～3m，如普通地形钻孔深度一般在1m以下，河流附近及地下水位较高区域，钻孔深度一般在河床冲刷深度2～3m以下，需要根据地质复杂程度进行适当调整。勘察期间，要求将管道埋设深度范围内地层成因、特征、岩性厚度、岩层产状和分化破碎程度等勘察清楚，还要详细了解该区各种地质活动断裂带分布特征，地下水情况，知晓其可能对管道造成的影响，为后期管道结构设计和岩土工程开展提供参数建议。

2.2勘察成果

经地勘单位勘探，获得如下成果：供水管线地处倾斜平原地区，地形起伏变化明显，整体结构松散，露出地形主要为第四系全新洪冲积，下更新统主要是低液限粉土/黏土。其中，低液限粉土（上部）厚7～16m，低液限黏土（下部）厚度＞10m，局部地区分布大量人工堆积物，主要有建筑垃圾、生活垃圾、杂填土等。管道建设区域地基主要地质问题为湿陷性土，整体厚度在6m左右，陷等级为Ⅰ级，需要做好地基处理，减弱该地基土湿陷性问题。管道沿线区域，地下水埋深超过15m，不会对管道工程建设产生影响，故管道结构设计不考虑该情况。

3市政给排水管道工程中结构设计

3.1管道结构形式确定

管道结构形式确定一般由专业给排水人员负责，需要根据管道用途、埋深、地质条件、抗震要求、经济指标等综合考量。目前，给排水管道形式较为多样，主要包括钢筋混凝土管、PCCP管、铸铁管、塑料管、玻璃钢管等。其中，PCCP管，也称预应力钢筒混凝土管，是钢板、混凝土、水泥砂浆、预应力钢丝四种原材料，经过钢筒成型、浇筑混凝土、预应力控制、喷射保护层等工艺后，制成的一种新型复合管材。该管材类型主要有两种，（1）衬筒管，在钢筒内部浇筑混凝土管芯，外部缠绕预应力钢丝，并在表层喷射水泥砂浆保护层；（2）埋筒管，钢筒处于混凝土内外模形成一个整体，外部缠绕预应力钢丝和水泥砂浆保护层。根据了解，污水处理厂给排水管道工程一般采用非承压管，当管道承压较小时，采用混凝土管、砌体盖板涵等管道结构形式，能够缩减建设成本，获取更多经济效益；自来水厂给排水管道工程一般采用承压管，可选用PCCP管、PE管、玻璃钢管等管材；城市道路管道工程，则需要根据污水管道和雨水管道需求、施工场地地质条件等选择对应管材，如钢管、HDPE双壁波纹管等。本文给排水管道工程，在确定管道结构形式时，综合多种情况后，决定采用PCCP管，管线接口形式则选用柔性接口承插管。

3.2管道结构计算

针对该给排水管道工程，为更好地进行管道结构设计。首先要详细计算管道结构相关参数，如工作压力、覆土深度、管芯砼轻度、配筋率等，以汽－20级重载车为条件，计算出相应数值，进而选择最能满足实际应用的管材参数，提升管道工程质量。

本文选用的管材为PCCP标准管，荷载级别为Ⅱ级，执行标准满足《钢筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）要求，使用的结构计算软件为UDP，确定管径、钢管厚度、钢丝强度、缠丝应力分别为1200mm、1.5mm、1580MPa、1343MPa（1580MPa×85%MPa）等条件不变情况下，在覆土深度为2m时，计算出管道结构结果。

结果如下，当强度等级为C60时，工作压力为0.6MPa，保护层净厚、管芯壁厚、钢丝直径、螺距分别为22、70、5、32.2（mm），缠丝层数为1n，基础包角为90°，配筋率为609mm²/m。当强度等级为C55时，工作压力为0.6MPa，保护层净厚、管芯壁厚、钢丝直径、螺距分别为20、70、5、32.2（mm），缠丝层数为1n，基础包角为120°，配筋率为609mm2/m；同时，在C55强度等级下，工作压力为0.4MPa时，基础包角发生改变，提升至120°，螺距和配筋率也随之变化，分别变为34.9mm、563mm²/m。

另外，在计算过程中，为保障计算结果准确性，需要综合考虑管道自身规格、覆土深度、地面承受荷载等因素，还需要了解试验压力、地下水位变化等信息，进行多次复核检查，从而获得最为准确的管道结构配筋率。

综合上述结果，最终决定针对路面之下的输水管道，采用120°的基础包角进行施工最为适宜，不仅能降低覆土管道规格类型数量，还能提升管道工程建设效率和质量。对于部分需要另行加固的管道，需要结合实际情况和经济指标选择适宜加固措施，不断提升管道强度，尽可能延长管道运行寿命。

3.3管道基础

3.3.1管槽开挖

根据工程所在地实际情况，综合参考管道地面及地下障碍物、覆土深度等因素，确定相应沟槽开挖方式。在开挖过程中，严格控制基底高程，禁止干扰基地原状土层，确定管道每边净宽≥50cm，并计算出管槽沟底宽度。具体计算公式如下：式中，

B指代管道沟槽底部开挖宽度（mm）；指代管外径（mm）；分别指代管道一侧工作面宽度、管道一侧支撑厚度（可取值150~200mm）、现场浇筑混凝土管渠一侧模板厚度。在开挖过程中，要处理好尖锐物体、做好清理工作；倘若出现扰动或超挖情况，需要用天然级配碎石进行换填，严禁使用杂填土；针对部分临近河流的区域，沟槽开挖之后，及时进行排水处理，避免长期遭受水的浸泡。

3.3.2管道安装敷设

在本工程，设计人员需要综合多种情况确定管道敷设方式。具体包括沟埋敷设、顶管敷设、架空敷设，本项目选取的管道安装敷设方式为沟埋敷设，是目前应用最广泛的一种方式。

具体安装敷设工艺为：下管→对接安装→管子接头处理→管道水压试验→双胶圈密封性能水压试验。在管道安装期间，要做各步骤安装验收工作，确保管道内光洁整齐、无杂物和油污存在，无明显渗水、水珠情况存在。管道敷设满足《给水排水管道工程施工及验收规范》相关规定，确保管件、管、橡胶圈产品质量符合相关标准；柔性接口安装位置正确，接口填缝符合设计要求，光洁、平整、密实；承口、插口无破损、开裂；橡胶圈位置正确，无外露、扭曲等现象，双道橡胶圈单口水压试验合格。利用经纬仪或者钢尺进行测量时，铺设允许偏差值符合规范要求。

3.4管槽回填

沟槽回填质量会对给排水管道整体性能、路面平整度等产生影响，不同区域回填压实标准不同，管顶0.5m范围内，压实度＞85%，两侧压实度≥90%，其余部分按照标准要求回填，若回填质量不佳，可能导致管道不均匀沉降问题产生。严格回填方式管理，管顶0.5m范围内，采用分层对称回填方式，每次回填高度＜0.2m，严禁采用机具夯实；加强回填土检查，将其运输至管槽期间，不得对管道及接口造成损伤。加强回填土材料管理，在管顶0.5m范围内，回填土中无冻土、有机物、直径超过50mm的砖块、土石；回填土含水量在最佳含水率±2%以内；部分允许下沉区域，管顶0.5m范围外回填土可夯实，也可不夯实，留有部分高度余土，为其后期自然沉降创造条件。

3.5管道抗震设计

在确定给排水管道走向后，为确保后续管线安装敷设顺利，最好远离活动断裂带，规避一些不利于抗震的场地，在必须与活动断裂带进行交互的情况，尽量选择正交方式，提升管道抗震性能。同时，还可以从给排水管道自身性能入手，选择抗拉、抗折、延展性能好的管材，对于部分质量要求高的特殊区域，可以在管道外部增设钢管套筒，进一步保护管道；或者采用相应构造措施，提升管道抗变形能力、外部应力应对能力。

在本次给排水工程中，前期勘察发现该区域地震栋反应谱特征周围为0.4s，地震峰值加速度为0.15g，抗震防烈等级为7度。在进行管道结构设计时，参考以往设计及实践经验，为避免地震破坏管道接口，要将设计重点放在强化PCCP管道接口抗震设计，提升接口抗变形、抗剪性能，确保其具备较强抗震性能。本工程使用的PCCP管道采用柔性连接方式，可同时采用砂石土弧管道基础方式，优化管道结构。

3.6管道抗浮设计

为避免管道后续施工中，因下雨、地下水位升高、水流冲刷等干扰，出现浮管问题，必须对埋设管道进行抗浮设计，提升管道应用成效。例如，本工程中PCCP管壁厚度为100mm，自重为840kg，回填土最小干密度和压实系数分别为0.945kg/m³、0.87，由此可计算出回填土压实密度为0.848kg/m³（0.945kg/m³×0.87），进而计算出覆土重量。其次，计算管道最大浮力，将其与管道自重+管道覆土相互比对，获得抗浮数值，依据该数值，采取相应加固措施，做好管道固定工作。

3.7构造措施

本工程建设中，依照给排水管道结构设计方案，必须先做好地基处理，充分掌握管道基地相关资料，如平面图、横纵截面图、设计图等，并做好地质划分，标注清晰地下水位、地基下土层构造、基底高程及桩号，按照桩号对地基进行针对性处理。例如，在给排水工程中，中桩号为0+001~1+348.6，对应地层条件为上部低液限粉土，地基土承载力为80~90kPa，主要面临地质问题为湿陷性土（厚度为6m），湿陷等级为Ⅰ级。在进行湿陷性土问题处理时，先确定给排水管道地基承载力特征值，其次采用垫层法，在管道底部铺设灰土垫层，计算换填垫层厚度能否满足相关要求，即确定垫层土自重+附加应力≤统一标高下软弱下卧层能够承担的地基承载力。依照该地基土80kPa承载力进行计算，能够得出换填厚度为0.5m左右，能够基本满足管道建设需求，因此，可确定垫层厚度为0.5~1m，足以改善湿陷性土问题。

结语：

概而言之，通过上文的详细分析和阐述，我们可以知道，市政给排水管道工程中的结构设计至关重要。它关系到城市给排水系统的安全、稳定运行以及城市的可持续发展。在结构设计中，需充分考虑地质条件、荷载情况、管材选择等多方面因素，遵循安全可靠、经济合理、施工方便等原则。未来，随着科技的不断进步，新型管材和智能化设计施工方法将不断涌现，为结构设计带来新的机遇与挑战。我们应不断探索创新，提高结构设计水平，为城市建设更加高效、环保的给排水系统，为人们创造更加美好的生活环境。同时，也应加强施工过程中的质量控制，确保设计方案得以准确实施，让给排水管道工程更好地服务于城市发展。

参考文献：

[1]李桂海,周雄.市政给排水管道工程中的结构设计探讨[J].中华建设,2023(05):111-113.

[2]吴皇钢.市政给排水工程中构筑物结构设计要点研究[J].科技创新与应用,2022,12(17):96-99.

[3]燕家琪.市政给排水管道工程中的结构设计[J].工程技术研究,2021,6(10):231-232.

[4]张茂诚.市政给排水管道工程中结构设计要点探讨[J].中华建设,2019,(05):100-101.

[5]李霞.市政给水排水管道设计技术措施分析[J].中华建设，2021（7）：88-89.

[6]李明,焦露慧.市政给排水管道工程设计研究[J].工程技术研究,2022,7(10):215-217.

[7]李红喜.市政给排水管道布置设计重点及技术措施[J].住宅与房地产,2021(22):104-105.

[8]裴涛,韩静,赵超仁.市政给中水管道设计优化分析[J].城市道桥与防洪,2019(04):111-114+16.