土木工程在环境工程中的应用

土木工程在环境工程中的应用

摘要：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，而环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。这两门学科所包含的领域都非常广泛，同样作为工程，其中必然有交叉的部分，此文主要讨论土木工程在环境工程中的应用。

关键字：给排水环保土木工程材料

一．环境工程中所用到的土木工程材料

土木工程材料是指土木工程中使用的各种材料和制品，它是土木工程的物质基础。土木工程材料的品种繁多，作用和功能各异。材料按功能分类，一般分为结构材料(承受载荷作用)和非结构材料，非结构材料有围护材料、防水材料、装饰材料、保温隔热材料等。材料按来源分类，可分为天然材料和人造材料。材料按组成的物质和化学成分分类，分为无机材料、有机材料和复合材料三大类，每大类又有更细的类别。总体来说，环境工程中建设所用的材料都是土木工程材料，这其中应用最多的就属水污染防治工程中的给排水工程了。

地下水取水工程中所用到的管井材料常用的有无缝钢管，钢板卷焊管，铸铁管，石棉水泥管，聚氯乙烯、聚丙烯塑料管，水泥管，玻璃钢管等，这其中就包含了钢材、水泥、高分子材料等土木工程材料；大口井的井筒通常用钢筋混凝土或砖、石等做成，用以加固井壁及隔离不良水质的含水层，用沉井法施工的大口井，在井筒最下端设有钢筋混凝土刃脚，这其中用到了混凝土。更重要的是，起运输作用的水管的管材都属土木工程材料。

水管可分金属管（铸铁管和钢管等）和非金属管（预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等）。铸铁管按材质可分为灰铸铁管和球墨铸铁管。连续铸铁管或称灰铸铁管，有较强的耐腐蚀性，但连续铸铁管质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，重量较大，且经常发生接口漏水，水管断裂和爆管事故。但可在直径较小的管道上，采用柔性接口，必要时可选用较大一级的壁厚，以保证安全供水。球墨铸铁管的机械性能有了很大提高，强度是灰铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管，同时球墨铸铁管的重量较轻，发生爆管、渗水和漏水的现象很少，可以减少管网漏损率和管网维修费用。钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。钢管的特点是能耐高压、耐振动、重量较轻、单管长度大，接口方便，但承受外荷载的稳定性差，耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，并且造价较高。给水管网中，常用在管径大和水压高处，以及穿越铁路、河谷和地震地区时使用。预应力钢筋混凝土管分普通和加钢套筒两种，其特点是造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低，但重量大，不便于运输和安装。在设置阀门、弯管、排气、放水等装置处，须采用钢管配件。玻璃钢管耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小。在相同使用条件下，重量只有钢材的左右，是预应力钢筋混凝土管的，因此便于运输和施工。但价格较高，几乎和钢管相接近，适用于强腐蚀性土壤。塑料管具有强度高、表面光滑、不易结垢、水头损失小、耐腐蚀、重量轻、加工方便，可采用橡胶圈柔性承插接口，其抗震和水密性较好、不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工费用。但管材的强度较低，膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，如伸缩节和活络接口。

对于城市排水管道的管材，同样属于土木工程材料。排水管道必须具有足够的强度，能够承受外部的荷载和内部的水压。排水管道应该具有能抵抗污水中杂质的冲刷和磨损的能力，另外，管道还应具有抗腐蚀的性能，以免很快损坏。用于排水系统的管道材料，应具有足够的强度、不渗水、水力性能好、经久耐用、价格便宜，易于施工。排水管道常用的是混凝土管和钢筋混凝土管，压力管或穿越铁路等特殊工程也使用铸铁管或钢管。小口径排水管道也使用陶土管。大型管沟则多现场施工砌造，用砖、石或砌块砌筑，

也有用钢筋混凝土现场浇制的。

二．土木工程材料今后的发展方向

随着科技的发展与社会的进步，人类对建筑材料的使用性能、外观等各方面的要求越来越高。在那些原始材料的基础上，逐渐开发出新型的土木工程材料。石灰、水泥、沥青、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土、钢结构等，已经成为工业建筑和民用建筑的主要材料。而且，随着超高建筑、高承载工程和高抗渗工程的出现，一些高性能材料也应运而生。高强度等级水泥、钢纤维和玻璃纤维混凝土、聚合物混凝土、钢化玻璃、多功能涂层玻璃、双层中空玻璃等，这些新型材料具有质轻、高强、快(坚)硬等优点。这些新型材料的广泛应用，促进了建筑设计理念、土木工程结构形式及建筑施工技术的巨大革新与发展。

土木工程材料的发展方向要求除具有良好的使用性能外，还必须具有良好的环境协调性能，即具有好的耐久性、低的环境负荷值和高的可循环再生率，强调环保绿色建筑。

随着城市化、工业化进程的加快和生产力水平的大幅度提高，全球性资源匮乏和能源短缺现象日益严重，大量的建筑废弃物等待处理，废旧物品的再生利用成为亟待解决的问题。“环保、生态、绿色、健康”，已成为2l世纪人类生活的主题。目前，世界各国的城市规划、建筑设计都强调以绿色建筑为宗旨的绿色环境。为满足绿色环境的要求，土木工程材料应具有健康、安全、环保的基本特征，满足轻质、高强、耐用、多功能的优良技术性能和美观的美学功能。

三．土木工程知识在本专业中的应用

土木工程中的城建工程是在本专业中最重要的应用，尤其是其中的给排水工程。下面就举几个简单的例子加以说明。

1.设计用水量

给水系统设计用水量由综合生活用水（包括居民生活用水、公共建筑及设施用水）、工业企业生产用水和企业工作人员的生活用水、消防用水、道路浇洒和绿地用水、未预见水量和管网漏失水量组成。用水量定额是确定设计用水量的主要依据，它可影响给水系统相应设施的规模、工程投资、工程扩建的期限、今后水量的保证等方面，所以必须慎重考虑，应结合现状和规划资料并参照类似地区或工业的用水情况，确定用水量定额。

2.分区与分质供水

分区给水一般是根据城市地形特点将整个给水系统分成几区，每区有独立的泵站和管网等，但各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。分区给水的原因，从技术上是使管网的水压不超过水管可以承受的压力，以免损坏水管和附件，并可减少漏水量；经济上的原因是降低供水能量费用。当给水区很大、地形高差显著、或远距离输水时，都有可能考虑分区给水问题。分区供水可分为并联分区、串连分区。并联分区的特点是各区用水分别供给，比较安全可靠，各区水泵集中在一个泵站内，管理方便；但增加了输水管长度和造价，又因高区水泵扬程高，需用耐高压的输水管等。串连分区的特点是各区水泵分散布置，管理较不便，供水安全性较差；但管网的耐压水平降低，输水管相应减少。大城市的管网往往由于城市面积大、管线延伸很长，而致管网水头损失过大，为了提高管网边缘地区的水压，而在管网中间设加压泵站或水库泵站加压，也是串联分区的一种形式。分质供水是按水质的不同将水分别供给对水质有不同要求的用户的另一种供水方式。常见的是饮用水与非饮用水（或低品质水）分质供水；目前备受关注的是普通生活用水与优质饮水的分质供水方式，但关于优质饮水的界定和讨论目前仍未停止。

3.城市排水管网排水方式

排水方式是指对生活污水、工业废水和降水（雨水和冰雪融化水）所采取的收集和排除方式，一般分为合流制和分流制两种系统。合流制系统是用同一的排水管道系统收集生活污水、工业废水与降水并加以排除的排水方式，而分流制系统则是用两条管道系统分别接纳生活污水、工业废水和降水并加以排除的排水方式。需进行处理的生活污水、工业废水由废水管道系统接纳，而不需处理的则由雨水系统接纳。合流

制系统有一些优点，对于降水量较少的干旱地区和汇水面积较小的村镇的排水系统尤其适用。但是由于合流管渠平时输送的旱季污水量和雨季输送的合流污水量相差悬殊，因此，合流管渠容易发生沉积物，合流管渠设计必须注意解决污水输送过程出现的问题。分流制系统可以为系统终端的分质处理和处置提供较理想的条件，因此是较理想的排水制度。分流制系统在排水收集时必须注意污水、雨水分流，以免出现雨水、污水混流现象，造成污水处理厂平时收集不到足够的污水量，雨季时有大量雨水流入；而雨水受纳水体有大量污水排入，造成环境污染。

参考文献：

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