給排水系統(tǒng)由于受限于周圍環(huán)境與技術(shù)水平等要素，給排水技術(shù)及其施工工藝暴露出較大問題，如防震設(shè)計(jì)處理上，存在較大的發(fā)展空間。針對(duì)市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的普遍性問題，從抗震技術(shù)角度，對(duì)于改進(jìn)與發(fā)展給排水系統(tǒng)提出一些建議，以供參考。

[關(guān)鍵詞]給排水工程;管道設(shè)計(jì);抗震結(jié)構(gòu)

市政給排水系統(tǒng)是城市現(xiàn)代化發(fā)展的基礎(chǔ)性城市建設(shè)系統(tǒng)之一，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃的設(shè)計(jì)，對(duì)保障國民生命安全、維護(hù)居民居住環(huán)境、推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。現(xiàn)階段，生態(tài)化城市建設(shè)成為促進(jìn)城市發(fā)展的新模式，也是推動(dòng)市政建設(shè)的重要戰(zhàn)略步驟。對(duì)此，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)城市發(fā)展建設(shè)，從生態(tài)化角度規(guī)劃設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)的抗震功能，對(duì)城市建設(shè)而言，具有非常重要的價(jià)值。

1市政給排水設(shè)計(jì)的現(xiàn)存問題

1.1給排水系統(tǒng)處理模式的不恰當(dāng)選擇。城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，由于前期實(shí)地勘測(cè)與調(diào)查不充分，再加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)傾向于集中式的給排水處理模式，管道埋深度不斷加大，增加了系統(tǒng)管網(wǎng)的水泵站建設(shè)數(shù)量，提高了給排水規(guī)劃建設(shè)成本。一些地區(qū)在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，往往過于追求排水功能，大量采用封閉施工建設(shè)方式，大量水泥和鋼筋的使用，加大了管道疏通難度，甚至?xí)斐沙鞘兴栴}。而有些城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，不注重生態(tài)化功能建設(shè)，城市人工景觀建設(shè)用水量較大，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象日益突出。1.2給排水系統(tǒng)缺少抗震功能。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)的形式是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋面廣、流域空間廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)規(guī)模大等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，國內(nèi)外給排水系統(tǒng)的抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)局限在管道部分的抗震，對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的整體抗震功能的研究與實(shí)踐較少。抗震可靠性指標(biāo)作為評(píng)估給排水系統(tǒng)管網(wǎng)的抗震性能的基礎(chǔ)指標(biāo)，未能發(fā)揮其整體性量化作用，未充分應(yīng)用到管線整體布局與設(shè)計(jì)中。不僅如此，據(jù)國內(nèi)外發(fā)生的地震災(zāi)害資料可知，地震對(duì)給排水系統(tǒng)造成的影響與破壞是巨大的，如水庫壩的塌陷、剪短、滑動(dòng)，系統(tǒng)主干道的接口斷開、折斷、破裂或脫落等，甚至出現(xiàn)大面積的損壞，嚴(yán)重影響供水設(shè)備與建筑的運(yùn)行與安全。可以說，水資源是人們維持生命的必需資源，給排水系統(tǒng)應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)獲得修復(fù)，進(jìn)而保障災(zāi)后維持正常給水。對(duì)此，給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)與防災(zāi)工作迫在眉睫。

2給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用

埋地給排水管道是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，在整個(gè)給排水系統(tǒng)中承擔(dān)著輸水與配水的功能，經(jīng)歷次地震災(zāi)害調(diào)查了解到，給排水管道震后毀壞非常嚴(yán)重。對(duì)此，在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)重點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的抗震性能，降低災(zāi)害毀壞程度，保證震后生活應(yīng)急的水量輸送。無論是哪種地震，對(duì)給排水系統(tǒng)管道所造成的非人為性破壞都是非常巨大的，應(yīng)從管道抗震原理、抗震可靠性與耐久性等，借鑒建筑施工隔震原理，針對(duì)給排水管道抗震中的設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，采取耗散系統(tǒng)受震能量方式，進(jìn)而起到一種隔震效果。2.1輸水管道的隔震設(shè)計(jì)。管道土體與輸水管道之間鋪設(shè)干燥的砂土，作為隔震基礎(chǔ)層。砂土與普通土體相比具有很強(qiáng)的摩擦力，能消耗一些地震產(chǎn)生的能量。粘聚力與摩擦強(qiáng)度是決定砂土摩擦力的重要參數(shù)，按粒徑大小，將其劃分為5個(gè)種類，具體樣態(tài)指標(biāo)見表1。從表1數(shù)據(jù)可知，砂粒粒徑最大，砂粒摩擦角較大，粘聚力較低，受到外界環(huán)境因素的影響會(huì)加重顆粒之間的摩擦力;粉砂粒徑最小，摩擦力最小，但是粘聚力最大，說明顆粒間結(jié)構(gòu)緊密，較容易傳遞地震作用力，不能較好地消耗地震能量。而中間3種砂粒，從細(xì)砂、中砂到粗砂，隨著粒徑增加，摩擦角逐漸增強(qiáng)，但聚合力逐漸減小。從3種物理指標(biāo)來看，粗砂可考慮作為隔震層的原材料，能消耗掉一部分地震能量，有減震作用。2.2管網(wǎng)抗震可靠性的規(guī)劃設(shè)計(jì)。2.2.1管網(wǎng)參數(shù)值的設(shè)計(jì)。管網(wǎng)線的設(shè)計(jì)考慮因素較多，其參數(shù)值的選擇具有較大的隨機(jī)性，如管線材質(zhì)、地形結(jié)構(gòu)、接口抗震力與變形量、工程施工方式等。從管道接口變形界限來說，給排水系統(tǒng)管線抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)在100~800mm范圍中選擇管徑，其中R1是管線開裂移位的極限值，R2是滲漏位移的極限值，Rk是管線接口開裂的極限抗力，具體參數(shù)詳見表2。2.2.2兩態(tài)破壞性可靠性分析。按照給排水系統(tǒng)抗震性能需求、實(shí)際規(guī)劃規(guī)模與可靠性原理，地震與管道作用同時(shí)存在的情況下，設(shè)系統(tǒng)管道的瞬時(shí)狀態(tài)函數(shù)定義為:Z=f(R,S)=R–S設(shè)定管道的接口處破壞變形為可靠性指標(biāo)，系統(tǒng)管道的完好狀態(tài)極限方程可表示為:Zn=R2–Sn式中:R2為滲漏位移的極限;Sn為管道接口變形。根據(jù)以上公式，可得出管道受到破壞的2種情況:(1)當(dāng)Zn<0，則管道破壞處于滲漏狀態(tài);(2)當(dāng)Zn>0，則管道破壞處于非滲漏狀態(tài)。進(jìn)而假設(shè)R、S服從正態(tài)分布，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)可知，Z同樣服從正態(tài)分布，概率密度的公式可表示為:222)(21σσusef−−=π式中:μ為隨機(jī)變量期望值;σ為隨機(jī)變量標(biāo)準(zhǔn)差。μ=μR–μS，22SR+=σσσ式中:μR–μ2為均值;σR=R2為標(biāo)準(zhǔn)差;μS為管道接口的最大變形均值;σS為管道接口的最大變形標(biāo)準(zhǔn)差。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)管道受到地震破壞時(shí)，管道破壞概率的計(jì)算公式可表示為:(βφ)σμφσσμ?−=??=

3結(jié)束語

綜上所述，給排水管線埋地接口處最容易受到地震的破壞影響，若在接口處安裝疊層的橡膠作為起隔震作用的支座，管道與支座材料之間用多邊形的鋼板、螺栓連接方式等，便可削弱地震破壞應(yīng)力，再加上在隔震層鋪設(shè)砂土方式，實(shí)現(xiàn)減震的效果。本文提出城市給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可通過分析抗震可靠性指標(biāo)，立足于管線埋線的地質(zhì)與布局條件，對(duì)管網(wǎng)抗震功能進(jìn)行勘測(cè)地質(zhì)、布局管線與抗震設(shè)計(jì)，進(jìn)而增強(qiáng)給排水系統(tǒng)的抗震功能，減少因?yàn)?zāi)害不可抗力帶來的損失。