北方某县城污水处理工程截污干管初步设计.docx
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北方某县城污水处理工程截污干管初步设计
说明………………………………………………………………….1
工程总述
一、工程名称及设计阶段……………………………………………4
二、设计期限及设计内容………………………………….………4
三、工程规模及投资……………………………………………….4
四、设计依据及原则……………………………………………….5
五、自然条件………………………………………………………6
六、排水现状………………………………………………………8
污水截流干管设计
一、设计用水量预测……………………………………………….11
二、设计污水量预测……………………………………………….13
三、截污干管平面定线……………………………………………..13
四、污水管网水力计算要点…………………………………………..14
五、管材的选用…………………………………………………….15
六、排水管道通过障碍物…………………………………………..18
七、截污干管附属设施……………………………………………..18
八、水管道在街道横断面上的位置………………………………...19
九、污干管结构设计………………………………………………..20
环境保护、安全生产及节能
一、环境保护……………………………………………………….23
二、安全生产和劳动保护…………………………………………..24
三、节能……………………………………………………………25
投资估算及资金筹措
一、概述……………………………………………………………26
二、编制依据………………………………………………………26
三、定额选用…………………………………………………...26
四、取费依据………………………………………………………26
五、工程建设其他费用及取费标准………………………………..26
六、投资构成比例表：
…………………………………………….27
七、资金筹措………………………………………………………27
结论和建议
一、主要结论……………………………………………………..28
二、几点建议……………………………………………………..28
说明
某县位于陕西省咸阳市西部，地处西安、咸阳的经济腹地，是全县社会、经济、政治及文化活动中心。
交通发达，有312国道、110省道及咸北、礼兴、礼淳等公路穿越，分别与陇海、咸铜铁路相接。
某县经济日益提升，然而，随着城市的发展，基础设施建设日显落后，大量的生活污水及工业废水未经处理直接排入县城排放水体，造成水体的严重污染，超过了水体的自身净化能力，破坏了区域生态环境，对水体周围群众的生产生活带来了不利影响，妨碍了养殖功能的发展。
此外，县城局部地区排污干渠衬砌不实，污水下渗污染地下水源，农民截取未经处理污水直接用于灌溉，进一步造成粮食作物及土壤的污染。
城市排水系统的完善和健全是城市基础设施建设的重要环节，是衡量现代化城市的标志之一，其反映了城市的经济实力，是增强吸引外资与内资的重要条件。
故而，发展城市排水系统与本地区的经济发展是相互协调一致的。
适逢西部大开发的大好机遇，环境保护及城市基础设施建设被列为重点建设项目，其中排水工程建设尤为当务之急。
因此，建设某县污水处理厂，兴建和改造县城排水管网即显得十分必要和迫切,而拟建泥河沟的截污干管是必须的。
工程总述
一、工程名称及设计阶段
北方某县城污水处理工程截污干管
初步设计
二、设计期限及设计内容
1.设计期限：
现状水平年：
2005年
设计近期：
2006—2010年
设计远期：
2010—2020
2.设计内容：
作为污水处理工程截污干管的设计内容主要包括对县城排水体制及其改造，排水量的计算分析，干管输水能力计算，截污管道管材，管道平面定位，管道竖向位置、接口及管道基础、管道附属设施等设计，根据初步设计的工程内容作出相应的投资概算。
三、工程规模及投资
根据某县总体规划和县城污水量预测，污水管网按设计远期规模为4.0万m3/d。
污水管网全长2.445公里。
按截流制设计，截倍数为1。
工程总投资：
525.19万元
其中：
工程费用：
426.50万元
其他费用：
68.96万元
预备费：
29.73万元
四、设计依据及原则
1.设计依据：
1）、本工程设计合同。
2）、某县县城污水处理工程截污干管可行性研究报告。
3）、某县县城总体规划。
4）、某县年鉴。
5）、某县县城总体规划说明书。
6）、某县城区污水排放情况调查测定报告。
7）、某县泥河沟水质监测报告
8）、城市污水处理工程项目建设标准（国家科委、建设部2001年）。
9）、城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）
10）、地表水环境质量标准（GB3838-2002）
11）、室外排水设计规范（GB50014-2006）
12）、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）
13）、《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332－2002）
14）、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50332-2002）
15）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
16）、《砼结构设计规范》（GB50010-2002）
17）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2002）
18）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2002）
19）、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
20）、建设部颁布的有关设计规范及标准。
2.设计原则：
1）、在县城总体规划的指导下，通过污水综合治理工程建设达到保护环境、保护城市水资源、改善投资环境及旅游环境、保持城市可持续发展目的。
2）、根据县城现状排水情况和发展情况，结合远期规划做到工程科学合理，既适应现在排水情况又可适应远期发展状况。
3）、结合某县地形的特殊性（一沟两岸，坡度自西向东），充分利用地形的高差优势，尽量减小工程投资，经济合理。
4）、管材选用考虑到埋地管道地基的湿陷性黄土特性和部分架空管线，分别考虑用较为成熟的钢砼管和钢管。
5）、节约能耗，降低成本，充分发挥工程的社会、经济和环境效益。
五、自然条件
1.工程地质条件：
由于县境北面有五凤山等山系屹立，形成北山南塬中丘陵三个不同的地貌类型区：
1）、低山丘陵沟壑区，面积289.9km2，约占全县面积的28.7%。
海拔高度在430—1467m之间，有沟道1459条，沟壑纵横，塬面破碎，水土流失严重。
2）、高原沟壑区，面积196.2km2，约占全县面积的19.4%，海拔高度在570—1250m之间，有沟道63条，雨季的水土流失严重。
3）、黄土台塬区，面积524.5km2，约占全县面积的51.9%，海拔高度在600m以下，地势平坦开阔，坡度适宜。
三个区的地层上部均为第四纪黄土覆盖。
北部高原及丘陵沟壑的黄土层下分布有砂岩、砂砾岩及灰石层，造近泾河沿岸有基岩裸露及砾、砾石夹层。
地震烈度为7度。
县境内的矿产资源主要有石灰石、铁矿石、石英石等矿藏，其中九山、凉马山的石灰石贮量约51亿m3氧化钙含量在50%以上。
东庄张家咀一带的铁矿石贮量1184万立方米，但品位不高。
泾河沿岸有沙石红350万m3。
上述矿藏中铁矿属鸡窝矿不宜经济开发，石灰石、沙石可作建材原料，可大力开发，是建材工业发达的主要原因，也是某县工业发展的支柱之一。
2.水文条件：
据勘探资料，某县境内地表水资源主要靠大气降水和地面径流，其次为宝鸡峡灌区及过境客水等，县境处宝鸡峡灌区下游，设施面积58.19万亩，占灌区总设施面积的31.4%，有效灌溉面积54.32万亩，占全县设施面积的92.6%。
过境客水有泾河、泔河等。
泾河发源于甘肃境内，流经县境北部和东部，为礼泉、淳化、泾阳县的界河，于高陵县南汇入渭河，境内径流长约520km。
据张家山水文站资料，泾河最大洪峰流量9200m3/s，最小水流量0.7m3/s，年平均流量61.4m3/s。
因流经县的地区，山高坡陡，谷宽河深，难以自流利用，开发有一定的难度。
泔河发源于永寿县罐罐沟，由西向东穿过全境，境内径流长30.1km，流域面积687.4km2，因泔河上游水量被永寿、乾县逐段拦截，河水主要靠境内小径流和地下水流入补给。
地下水为县境内主要水资源，地下水的来源为降雨及灌溉区的入渗补给。
县境北部因地形地貌差异较大，地质构造和水文地质条件复杂，地下水开采价值不大。
南部台塬区的十水储存较丰富，但分布不均；塬面西部潜水埋深一般为5-10m，含水层岩性一般为黄土状亚砂间夹古土壤，总厚度30-60m。
其上部土壤管状孔隙及重直节理发育，渗透性强，单井出水量一般为40-100m3/h。
塬面东部，潜水埋深一般为50-80m，局部30-50m，厚度为15-30m。
可见某县境内的地下水储量较为丰富，地下水的水质，除塬区洼地一带及山前洪积扇潜水的矿化度、氯化物及氟的含量超标外，一般符合饮用标准。
3.气象条件：
某县属暖温带半干旱性季风气候，年平均气温12.96℃，极端最高气温41.6℃，最低气温-12℃，冻结深度350mm，一般为11月20日以后结冻，年2月20日以后解冻。
年平均降雨537mm，雨量多集中在七、八、九三个月，最大日降水量81.6mm。
常年主导风向为东风，最大风速16m/s，平均风速2.4m/s。
全年日照时数2215.6小时，由于境内地形复杂，气候差异较大，北部丘陵代山区，夏短而凉，冬长而冷，温差较大，是发展林果业的生产基地；南部台塬区，四季分明，雨热同季，光能潜力大，有利于发展农业，为粮棉生产的基地。
六、排水现状
1.县城排水现状：
目前县城污水均排入唯一的排放水体泥河沟内。
泥河沟南岸设置有4个雨污水合流排放口，最远点距拟建污水处理厂2325m。
现有的4个雨污水排放口均是散排于泥河沟内，其泥河沟南岸设置了d1200交二局合流管，1200×1000北大街合流暗渠，d1500建设路合流管道，及d1200东环路合流管道等四条雨污合流管道。
县城无排入拟建污水处理厂的总截流干管，也无管线高程规划。
南岸总管管径DN=1200-1800mm。
兴建泥河沟两岸截污干管也是泥河沟公园建设的重要组成部分，其选线距沟崖边缘较靠近，沟边地形地貌复杂破碎，截污管线土方工程量较大，因特别注意施工中滑坡与塌方问题的影响。
某县环境监测站组织专业技术人员对城区污水排放现状进行了调查和测定，编制了《某县城区污水排放情况调查报告》。
由此报告提供的观测数据并作适宜修正后列出泥河沟沿岸排污口污水量调查表，如表3-1所示。
泥河沟南岸排污口污水量表
表3-1
排污口
名称
交二局排污口
北大街排污口
建设路排污口
东二环排污口
污水量（m3/d）
1167
2074
6912
3340
污水量合计（m3/d）
13493
报告的结论为：
目前县城污水排放总量约为1.85万m3/d。
原建县城污水处理厂于2003年动工，2004年投入运行，处理规模为1.3万m3/d。
原建污水处理投产后对保障居民身体健康，经济发展，改善城区生态环境及提升园区品位起到十分重要的作用。
由于近几年，县城建设和经济快速发展，污水量急剧增加，原建污水处理厂按照原设计能力已根本无法承受现有污水处理的要求。
2.水体污染现状：
随着经济发展和城区人口增多，工业废水和未经处理的生活污水大量排入水体，受干旱少雨气候影响，水体接纳降水量较少，污水排入水体后，超过了水体的自身净化能力，经对城区排污口水质的监测数据分析，以SS、BOD5、COD为主要污染物，造成程度不同的有机性污染、病原性污染和富营养性污染。
破坏了水体生态环境，对水体周围群众的生产和生活带来不利影响。
某县人民政府对排放水体的水质保护十分重视，采取有力措施，根治工业污染，对有的工业企业限期治理，废水达标排放，工业废水量相应减少，污染物得到有效控制，但城区内居民排放的生活污水和其它轻度污染企业排放的工业废水未经任何处理，直接排入排放水体，仍对水体水质造成较大污染负荷，影响其正常功能的发挥。
3.排水系统存在问题：
1）、工业废水与生活污水合流未经处理直接排入水体，造成水体污染严重，恶化环境。
2）、排水系统不完善，应尽快新建县城污水处理厂，改扩建污水管网。
3）、排水管网密度较小，管径偏小，维护管理不善，管内淤积，排水不畅，不少排水管渠渗漏严重。
4）、低凹地区存在的积水问题不断扩大，日益严重，致使地下水受到不同程度的污染。
5）、缺乏系统排水工程修建性详规，难以具体指导排水工程建设。
污水截流干管设计
一、设计用水量预测
1.综合生活用水量（Q1）：
根据调查资料，某县县城2005年年底现状人口（含流动及暂住人口）为89500人，2010年为100768人，2020年将达到122836人。
根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006），采用2010年及
2020年居民生活及公共设施最高日用水的综合生活用水量标准分
别为170L/人.d及200L/人.d。
用水普及率分别为95%及100%，则
2010年及2020年综合生活用水量分别为：
Q1=N·n·d/1000
=100768×0.95×170÷1000=16274m3/d（2010年）
Q1=N·n·d/1000
=122836×200÷1000=24567m3/d（2020年）
2.工业企业用水量（Q2）：
县城现有工业企业用水量统计表如表4-1所示。
县城工业企业现状用水量表
序号
工业企业用户名称
用水量m3/d
1
汇源果汁厂
1800
2
通达果汁厂
3650
3
富安果汁厂
2600
4
钻井公司
2500
5
石油工程车分厂
600
6
柴油机厂
400
7
红星食品厂
300
8
粮油厂
1200
9
制药厂
1300
10
其他
500
11
合计
14850
表4-1
参考《中国节水2010年技术进步发展规划》，并结合某县实际情况，2006-2010年期间及2011到2020年工业用水量增长率分别采用6.0%及4.5%，则2010年及2020年县城工业企业用水量分别为：
Q2=14850（1+6%）5=19873m3/d（2010年）
Q2=19873（1+4.5%）10=30862m3/d（2020年）
3.包括绿化、道路洒水及管网漏失在内的其他及水量（Q3）：
采用综合生活用水量及工业企业用水量总计的20%计算2010年
及2020年其他用水量分别为：
Q3=（Q1+Q2）·n
=（16274+19873）×20%=7230m3/d（2010年）
Q3=（Q1+Q2）·n
=（24567+30862）×20%=11086m3/d（2020年）
4.用水总量（Q）：
2010年及2020年用水总量分别为：
Q=Q1+Q2+Q3
=16274+19873+7230=43377m3/d（2010年）
Q=Q1+Q2+Q3
=24567+30862+11086=66515m3/d（2020年
二、设计污水量预测
1.设计近期污水量预测：
县城2010年污水收集率及污水处理率分别为80%及75%，则2010年污水量为：
Q污1=Q·n1·n2
=43377×0.8×0.75=260262m3/d
本设计采用2010年污水量为26000m3/d。
由于原建县城污水处理厂处理能力为13000m3/d，故而确定2010
年新建县城污水处理厂设计规模为13000m3/d。
2.设计远期污水量预测：
县城2020年污水收集率及污水处理率分别为80%及75%，则远期污水量为：
Q污2=Q·n1·n2
=66515×0.8×0.75=39909m3/d。
本设计采用2020年污水量为40000m3/d。
本设计即按此规模进行污水管网及截流干管设计。
三、截污干管平面定线
污水管道定线应遵循的基本原则是尽可能地在管线较短及埋深较小的条件下，让最大的排污区的污水按重力流排至污水厂。
地形、污水厂位置、水文地质及工程地质条件、道路宽度、地下管线的位置，排污大户建筑物分布等是影响污水管道定线的主要因素。
此中，地形通常是应考虑的首要因素。
故而，定线时应充分利用地形，使管道的走向尽量与地势倾向一致，于地势较低的沿河岸低处宜敷设主干管，以便于支管污水自流接入主干管。
本设计经过现场踏勘，考虑到泥河沟两岸的地形、地貌、建筑物、道路及沟道等实际条件，针对沟两岸截污干管敷设走确定设计方案如下。
截污干管：
自交二局（某县养殖发展总公司）检查井沿泥河沟南岸地下敷设，向东北方向接纳西北街、北居巷等排放口排水，在经过建设路口沿路敷设，至咸阳东鑫塑料厂、通信驾校处向北沿沟边敷设，再经子祺食品厂处穿出泥河沟南案，在泥河沟内架空至污水处理厂。
架空管线的主要原因为
（1）因为泥河沟为旱沟，没有洪水威胁（污水处理厂已建在沟内），故有在沟内架空的条件。
（2）随着截污干管往下游的敷设，埋深随之加大，末端可达10米左右，此时若继续采用埋地，则工程费用快速加大，甚至有些路段无法施工。
故干管末端采用架空管。
架空采用桩、柱作为支撑，跨度根据不同管径可采用15~20m左右。
四、污水管网水力计算要点
1、为保证污水管道正常运行，使管道具有良好的水力条件，必须满足《室外排水设计规范》（GB50014—2006）中对最大允许充满度、最小设计流速、最小管径、最小设计管坡及最小复土深度等几个水力参数的技术规定。
2、上、下游管道在检查井处的连接应遵循两个基本原则，一是尽可能提高下游管段的标高，以减少管道埋深，降低土方造价；二是避免上游管段中产生回水而导致淤积。
在进行水力计算时，对于相同管径、不同管径的管道应分别采用水面平接、管顶平接的管道连接方式。
3、水力计算自上游依次向下游管段进行，污水管道在坡度变陡处，其管径可视水力计算确定由大改小，但不得超过2级，并不得小于最小管径；当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管道的流速已大于1.2m/s时，其设计流速允许适当减小。
4、污水管道跌水水头为1—2m时，宜设置跌水井；跌水水头大于2m时，必须设置跌水井。
五、管材的选用
工程中，常用钢筋混凝土管、HDPE双壁波纹管及夹砂玻璃钢管作排水管道。
1、接口密封性比较
平口或企口连接的砼污水管通常是采用水泥砂浆抹带或钢丝网水泥砂浆抹带接口，运行时间久了，接口处抹带材料易于剥脱而发生漏水，再者，其属刚性接口，若因土壤出现不均匀沉陷而使污水管产生位移时，接口处即可能遭到破坏而出现渗漏。
但HDPE波纹管及夹砂玻璃钢管的接口均较为牢靠，接口密封性能好，不易产生渗漏。
2、内壁粗糙率比较
夹砂玻璃钢管、HDPE波纹管及砼管的管内壁粗糙度分别为0.008、0.009及0.014，当运行条件一致时，夹砂玻璃钢管和HDPE波纹管的过水能力将比砼管过水能力提高约25～30%。
亦即，当坡度一致时，满足相同的过水能力，夹砂玻璃钢管和HDPE波纹管比砼管可采用较小管径，节省管材费用。
3、腐蚀性比较
夹砂玻璃钢管和HDPE波纹管的抗腐蚀性显然强于砼管，故知，前两种管道的使用寿命均比砼管要长。
4、管道安装比较
夹砂玻璃钢管和HDPE波纹管的重量轻，与砼管质脆体笨的缺点形成鲜明对照；另外，这两种管道管节长、接头少，与砼管管节短、接头多相比，管道安装更加简便、迅捷。
5、管材经济比较
对于钢筋混凝土管、HDPE波纹管及夹砂玻璃钢管的管材单价和综合造价进行管材经济比较而言，钢筋混凝土管材料单价和综合造价均为最低；当DN≦500mm时，HDPE波纹管较夹砂玻璃钢管综合造价低；当DN≧600mm时，夹砂玻璃钢管较HDPE波纹管综合造价低。
6、管材选比结论
由以上管材的比较可以看出，钢筋混凝土管价格低廉，便于就地取材，加工制作方便，适合于作市政污水管道。
考虑到县城原建排水管道均采用钢筋混凝土管道，具有这种管道的施工安装及养护管理的经验。
鉴此，本设计埋地管道采用钢筋混凝土管作污水管道管材，架空管线采用钢管。
原因
（1）就架空管材，钢管的材料力学性能是其他管材都无法达到的，主要表现在抗弯方面
（2）采用钢管接口形式可为焊接，这几弥补了管道材料定制长度约束架空管线的跨度的问题，这也是其他材料无法达到的，尤其是承插式接口材料。
架空管线采用钢管的需要重视防腐蚀问题，今年来这一问题也得到良好的解决。
根据实际工程经验，焊接钢管外防腐采用厚浆型环氧媒沥青加强级防腐；内防腐采用厚浆型环氧媒沥青普通级防腐即可解决。
为了加强管道接口的密封性能，提高接口抗渗能力，尽量选用承插式胶圈接口的钢筋混凝土管，亦可视管段所处的工程地质条件及水力地质条件酌情采用外套环石棉水泥接口的钢筋混凝土管作污水管道管材。
钢管采用焊接。
六、排水管道通过障碍物
本设计排水管道涉及通过重要公路和穿越河流等障碍物，可以考虑采用不开挖沟槽的顶管技术或水平定向钻施工技术。
顶管技术：
顶管技术施工由工作坑、接收坑、控制间、泥水分离设备及顶进附件等部分构成，工作坑内装置有液压顶进设备，为顶进管道及机头提供顶进动力，用以克服管道与土壤之间的摩擦阻
力，使管道一节节徐徐顶进，输送系统将挖掘的土壤作垂直及水平传送运走。
工作坑内要设置平台，配置电动葫芦，坑壁要设置撑板，坑背壁面要设置后座墙及后背，坑底面要进行基础处理，基础面上设置导轨。
除工作坑与接收坑要求挖土外，管道土壤挖掘和运输均由顶管设备自带设施解决，其导向设备可定出顶进中任意时间任意进点的位置，并可随时进行顶进中的纠偏处理。
七、截污干管附属设施
1、检查井：
1）、在管道交汇处、转弯处、管径或管坡改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处（通常为40~60m）均应设置检查井。
2）、支管与干管相交，在相交检查井处，支管与干管的夹角不得小于90°，以保证干管有良好的水力条件。
2、跌水井：
1）、管道跌水水头为1-2m时，宜设置跌水井；跌水水头大于2m时，必须设置跌水井。
DN=300-400mm时，一次跌水高度不宜大于4m，DN＞400mm时，一次跌水高度及跌水方式应视水力计算予以确定。
2）、支管接入干管需要跌水时，跌水井应设置在支管与干管交汇检查井之前的支管上。
根据可行性研究报告结合某县的实际情况和现有排水体制，本次干管设计为截流制排水体系，截流倍数为1。
因此在各支管接入干管之前或接入时，应设计截流井。
一方面保证污水处理厂的正常运行，另一方面在雨水初期，可以减小雨水直排带来的污染。
干管在设计时已充分考虑旱季流量时较小的流速情况的淤积问题，我们在设计时把最小流速提到到1.0m/s。
设计时也充分考虑了雨季流量时截流倍数为1.0时的工况。
暴雨按照某县暴雨强度公式计算。
输水能力满足远期设计流量。
八、排水管道在街道横断面上的位置
在城市街道下有许多管线和构筑物，如给水管、污水管、雨水管、燃气管、热力管、电力电缆、电讯电缆、工业隧道、防空洞等。
为了合理安排其在空间的位置，应在单项管线工程规划基础上进行综合规划、统筹安排，以利施工和维护管理。
由于排水管道为重力流管道，其埋深较大，且有许多连接干管，若管线位置设置不当，将会造成施工和维护困难，此外，污水管道一旦渗漏将会对建（构）筑物基础造成危害或污染地下水源。
本设计做到：
1）管道尽量布置在人行道、非机动车道及绿化带下，只有在不得已时才考虑将
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