随着城市建设的迅速发展,居民生活水平的不断提高,与居民日常生活息息相关的给水问题越来越受到广大市民和政府相关部门的高度关注,水压低、水量不足、水质二次污染,若不及时解决,会严重影响到供水企业的持续发展,同时,居民的饮水安全性、社会的稳定性、现代化生态型城市建设等都会受到制约,因此对城市给水系统改造,无论从社会效益,还是从经济效益上讲都是必要的。城市给水系统改造包括四方面:给水厂改造、城市给水管网改造、小区庭院给水管网改造和楼内户管改造。下面从几点论述小区庭院给水管网改造如何做到优化设计。庭院管网范围界定为小区建设用地红线内至建筑物之间的管线。

　　 改造的小区庭院给水管网的建设年代一般都在10年以上,原始设计资料极度缺乏,做好现场调研工作是设计的关键,带着以下几个问题到现场逐一落实:

　　 (1)改造小区范围、门牌号、楼座数、楼栋数、楼层数、一梯户数、小区改造总户数。

　　 (2)市政供水楼层数及总户数,加压供水楼层数及总户数,给水泵房位置。

　　 (3)给水管网出户方向、个数,消防栓及消防接合器个数、位置。

　　 (4)小区内不同专业管线敷设的位置,包括给水管道、排水管道、煤气管道、电缆、供热管道等,以及各专业的设施。

　　 (5)记录管道沿线的障碍物,包括私搭乱盖的违章建筑物、后期建设的永久建筑等。

　　 (6)在不同用水时段,用测压表测量首层用户水压及顶层末端用户水压,并记录。

　　 (7)小区建设红线外的市政供水管网的设置情况,包括位置、管径、标高等。

　　 各地区的给水管网改造大多属于供水企业组织建设,建成后负责运营维护,因此改造模式应适合本地区供水企业的日常管理要求,与供水企业的相关部门紧密沟通,了解庭院的供水模式,以便更好地服务于甲方,服务于百姓。例如详细了解水表、防险表等设施的设置方式、位置,了解市政供水水压状况。

　　 由于是改造工程,小区地下配套管线已敷设完毕,在地下有限的空间里新敷设的管线位置应本着技术上安全可靠,节约能源,降低投资,缩短工期,便于施工和运营维修管理的原则出发,满足以下几点要求:

　　 (1)新敷设管网应尽量贴着原管线位置敷设,尽可能减少管线铺设距离,但不是越短越好,要综合考虑。

　　 (2)新敷设给水管网如果与消防共用,应双路进入小区,主干线应靠近用水大户。

　　 (3)新敷设给水管网尽量避免与各种障碍物交叉或贴近,如遇排水、燃气、电力以及地质条件不利地段需进行管道防护。

　　 (4)新敷设给水管网埋设深度应根据当地土壤冰冻深度、地面荷载、管材强度等因素确定,如必须跨越障碍物时,应做好管道保温及抗压等防护措施。

　　 (5)管线位置的确定除了考虑水力条件要好,还应考虑管理部门的维护、检修方便,尽量减少对居民进出的影响。

　　 从上述几点原则和要求可以看出管网改造管线布置要综合考虑,多方案比选,以求设计更加合理。

　　 管网方案确定后,采用何种管材是改造工程的重要环节。近年来随着工程技术、新型材料的发展,加上大量引进国外先进的技术设备,为供水工程管道材质的选择提供了更多的余地。城市供水配水管网的根本任务是向用户提供清洁的饮用水,连续供应有一定压力的水,同时降低供水费用。对于供水管道管材的选择,应考虑以下几个因素:安全可靠性好、施工费用低、施工条件好、密闭性能好、规格齐全、水力条件好、抗震性能好、运行维修管理费用低以及使用寿命长。目前适合小区庭院给水管网改造工程的管材主要有:球墨铸铁管、聚乙烯管和钢塑复合管。

　　 球墨铸铁管:用18号以上的铸造铁水经添加球化剂后,经过离心球墨铸铁机高速离心铸造成的管材,属铸铁管的一种,是铁、碳和硅的合金。

　　 聚乙烯给水管:以聚乙烯树脂为主要原料,添加必要的抗氧剂、着色剂等助剂,经挤出成型的塑料管材。

　　 钢塑复合管:在钢管内壁或外壁或内外壁衬(涂)一定厚度塑料层复合而成的金属管材。

　　 为了便于给水管道改造的设计和施工,现仅对上述三种管材的技术经济性能进行比较分析:

　　 (1)承压能力。指管壁承受管内的工作压力和管外土层静荷载及地面活荷载的能力。这是保证供水安全性的重要指标。球墨铸铁管及钢塑复合管强度高,承受内外压的能力强,公称压力可达2.5MPa,而聚乙烯给水管承受外压能力较弱,公称压力达1.6 MPa。

　　 (2)耐腐蚀性能。埋地管道外部土壤对管壁的腐蚀是十分严重的,尤其是酸性土对管道的腐蚀尤为严重,因此管材的耐蚀能力是保证给水管道安全性和延长使用寿命的重要条件。三种管材的耐蚀性能见表1。

　　 (3)柔性特征。弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形能力大小的尺度,是应力与相应的应变之比,弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。对于埋设于地下的圆形管道,根据管道结构刚度与管周土体刚度的比值a_s判别管道是刚性管道或柔性管道,见式(1)。

　　 式中E_P———管材的弹性模量,MPa;

　　 E_d———管侧土的变形综合模量,MPa;

　　 t———圆管的管壁厚,mm;

　　 R_o———圆管结构的计算半径,mm。

　　 当a_s≥1时,按刚性管道计;当a_s<1时,按柔性管道计。球墨铸铁管的弹性模量1.7×10⁵MPa,聚乙烯给水管弹性模量0.8×10³~1.0×10³MPa,钢塑复合管弹性模量2.1×10⁵MPa。由此可以看出对于埋设于同样土质的等径管材,弹性模量值越小越接近于柔性管道,所以聚乙烯给水管更适合于地下障碍较多的老旧小区管网改造工程。

　　 (4)接口形式。球墨铸铁管采用压兰胶圈承插接口,具有结构简单,有可挠性及良好的伸缩性,水密性强,同时能防止电腐蚀,安装方便可靠等优点。聚乙烯给水管采用热熔或电熔套筒连接,施工方便快捷,但对操作人员要求高,室外施工易受天气因素影响。钢塑复合管采用螺纹、法兰或沟槽连接,施工简单,但螺纹处裸露的钢材或螺栓易受土壤腐蚀,应做好防腐处理。

　　 (5)管材质量。管材质量对施工运输成本及施工难度影响较大。以管径DN200为例,球墨铸铁管32.3kg/m,聚乙烯给水管7.56kg/m,钢塑复合管33.1kg/m。

　　 (6)施工难易程度。管道安装施工难易程度受管材质量、防腐工艺、接口形式以及对地基和回填的要求等因素影响。三种管材的施工难度分析见表2。

　　 (7)管材价格及施工费用。三种管材以DN100、DN150、DN200口径为例进行比较,见表3。

　　 从表3中可以看出,三种管材中聚乙烯给水管价格最便宜,钢塑复合管的价格最贵,但综合费用三种管材相差不多。

　　 以上几个方面是对三种管材各项性能比较,对其技术经济性能的综合评价见表4。

　　 在小区庭院给水改造工程中选择适合本地区的管材尤为重要,要综合考虑,须根据施工现场地质条件、路径障碍、气候条件、运输便捷等多方面确定使用的管材。

　　 自2005年至今对天津市市内六区庭院给水管网改造进行设计,改造模式为:根据消防规范要求从市政道路不同的两个方向双路进水,在庭院内形成环状管网,两路入口分别设置与管网同口径考核表,表后设置止回阀,入楼栋前设置低进高出带止回功能的截止阀,公建设室外计量水表,考虑北方地区冬季寒冷,居民住宅计量水表均设置在户内,并在户表前加装低进高出截门。改造管材选用上,考虑当地土质大部分为软土层,小区建设复杂多样,地下管网、障碍物多,所以采用给水聚乙烯管材。

　　 内蒙古呼和浩特市庭院给水管网改造模式为从市政道路不同的两个方向双路进水,在庭院内形成环状管网,两路入口分别设置与管网同口径考核总表,表后设置止回阀,每排楼设置一个考核分表,由于呼市的气候,冬季时间长,选线时考虑将考核分表及分表后管网敷设于楼下暖沟内,暖沟内的给水管材不适合塑料管和承插口连接的球墨铸铁管,因此选用了卡箍连接的钢塑复合管。

　　 珠海市庭院给水管网改造模式为从市政道路不同的两个方向双路进水,在庭院内形成环状管网,由于珠海市一年四季温度均在0℃以上,为便于供水企业管理部门查抄水表和维修方便,居民用户水表全部裸露在楼栋外靠墙设置,经与管理部门深入了解,球墨铸铁管在珠海市应用广泛,施工熟练,配件齐全,所以庭院地埋改造给水管网管材选用承插口连接的球墨铸铁管。

　　 总之,在庭院给水管网改造工程中进行优化设计,除了要有丰富的现场经验,先进的设计理念,还要综合各方面因素进行设计选线和选材,更重要的是还要有一颗责任心,用心去做好每一件事,使更多的百姓受益。