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，如防震設計處理上，存在較大的發(fā)展空間。針對市政給排水系統(tǒng)設計中存在的普遍性問題，從抗震技術(shù)角度，對于改進與發(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;管道設計;抗震結(jié)構(gòu)

市政給排水系統(tǒng)是城市現(xiàn)代化發(fā)展的基礎性城市建設系統(tǒng)之一，對其進行科學規(guī)劃的設計，對保障國民生命安全、維護居民居住環(huán)境、推動城市可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。現(xiàn)階段，生態(tài)化城市建設成為促進城市發(fā)展的新模式，也是推動市政建設的重要戰(zhàn)略步驟。對此，保障人民生命財產(chǎn)安全，維護城市發(fā)展建設，從生態(tài)化角度規(guī)劃設計給排水系統(tǒng)的抗震功能，對城市建設而言，具有非常重要的價值。

1市政給排水設計的現(xiàn)存問題

1.1給排水系統(tǒng)處理模式的不恰當選擇。城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計，由于前期實地勘測與調(diào)查不充分，再加上系統(tǒng)設計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)的水泵站建設數(shù)量，提高了給排水規(guī)劃建設成本。一些地區(qū)在給排水系統(tǒng)設計過程中，往往過于追求排水功能，大量采用封閉施工建設方式，大量水泥和鋼筋的使用，加大了管道疏通難度，甚至會造成城市水浸問題。而有些城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計中，不注重生態(tài)化功能建設，城市人工景觀建設用水量較大，水資源浪費現(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，具有覆蓋面廣、流域空間廣、結(jié)構(gòu)復雜、系統(tǒng)規(guī)模大等特點?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外給排水系統(tǒng)的抗震規(guī)劃設計局限在管道部分的抗震，對于系統(tǒng)網(wǎng)絡的整體抗震功能的研究與實踐較少?？拐鹂煽啃灾笜俗鳛樵u估給排水系統(tǒng)管網(wǎng)的抗震性能的基礎指標，未能發(fā)揮其整體性量化作用，未充分應用到管線整體布局與設計中。不僅如此，據(jù)國內(nèi)外發(fā)生的地震災害資料可知，地震對給排水系統(tǒng)造成的影響與破壞是巨大的，如水庫壩的塌陷、剪短、滑動，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，嚴重影響供水設備與建筑的運行與安全?？梢哉f，水資源是人們維持生命的必需資源，給排水系統(tǒng)應在短時間內(nèi)獲得修復，進而保障災后維持正常給水。對此，給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設計與防災工作迫在眉睫。

2給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設計應用

埋地給排水管道是該系統(tǒng)的基礎組成部分，在整個給排水系統(tǒng)中承擔著輸水與配水的功能，經(jīng)歷次地震災害調(diào)查了解到，給排水管道震后毀壞非常嚴重。對此，在給排水系統(tǒng)設計中，還應重點規(guī)劃設計該系統(tǒng)的抗震性能，降低災害毀壞程度，保證震后生活應急的水量輸送。無論是哪種地震，對給排水系統(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，針對給排水管道抗震中的設計薄弱點，采取耗散系統(tǒng)受震能量方式，進而起到一種隔震效果。2.1輸水管道的隔震設計。管道土體與輸水管道之間鋪設干燥的砂土，作為隔震基礎層。砂土與普通土體相比具有很強的摩擦力，能消耗一些地震產(chǎn)生的能量。粘聚力與摩擦強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個種類，具體樣態(tài)指標見表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，從細砂、中砂到粗砂，隨著粒徑增加，摩擦角逐漸增強，但聚合力逐漸減小。從3種物理指標來看，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)劃設計。2.2.1管網(wǎng)參數(shù)值的設計。管網(wǎng)線的設計考慮因素較多，其參數(shù)值的選擇具有較大的隨機性，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)管線抗震設計，應在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、實際規(guī)劃規(guī)模與可靠性原理，地震與管道作用同時存在的情況下，設系統(tǒng)管道的瞬時狀態(tài)函數(shù)定義為:Z=f(R,S)=R–S設定管道的接口處破壞變形為可靠性指標，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Zn<0，則管道破壞處于滲漏狀態(tài);(2)當Zn>0，則管道破壞處于非滲漏狀態(tài)。進而假設R、S服從正態(tài)分布，根據(jù)概率統(tǒng)計可知，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為隨機變量期望值;σ為隨機變量標準差。μ=μR–μS，22SR+=σσσ式中:μR–μ2為均值;σR=R2為標準差;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準差。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)管道受到地震破壞時，管道破壞概率的計算公式可表示為:(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力，再加上在隔震層鋪設砂土方式，實現(xiàn)減震的效果。本文提出城市給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設計中，可通過分析抗震可靠性指標，立足于管線埋線的地質(zhì)與布局條件，對管網(wǎng)抗震功能進行勘測地質(zhì)、布局管線與抗震設計，進而增強給排水系統(tǒng)的抗震功能，減少因災害不可抗力帶來的損失。