郭克芬

(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司)

淺談沿海地區(qū)排水管道設(shè)計(jì)

郭克芬

(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司)

摘 要:以唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)A3路排水管道設(shè)計(jì)施工為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，對(duì)排水管道管材的選用及溝槽開挖、回填處理進(jìn)行分析，提出沿海地區(qū)管道基礎(chǔ)處理方案及新型排水管材的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:塑料排水管道;沿海地區(qū);環(huán)鋼度

基于城市建設(shè)條件，在地質(zhì)條件較好的地區(qū)，排水管道采用普通管材和通用的基礎(chǔ)處理措施就可以，但是在沿海地區(qū)，大部分場(chǎng)地為灘涂或吹填造地區(qū)域，地質(zhì)條件較差，排水管道采用常規(guī)做法不可取，尤其是一般的鋼筋混凝土管不能達(dá)到設(shè)計(jì)年限要求。例如:在早期的京唐港道路配套排水管道建設(shè)中使用的傳統(tǒng)Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管，在運(yùn)行五年后，經(jīng)實(shí)地調(diào)查，管壁已經(jīng)出現(xiàn)蜂窩狀，因此沿海排水管道選材應(yīng)選擇防腐、耐鹽堿的管材。

目前市場(chǎng)上常用新型的排水管材有硬聚氯乙烯(PVCU)排水管材和高密度聚乙烯(PE)排水管材。

硬聚氯乙烯管材低溫抗沖擊性能較差，使其在北方寒冷季節(jié)的施工受到一定限制。每個(gè)工程都有其建設(shè)進(jìn)度安排，不可能因?yàn)闅鉁氐投Ｖ故┕?，因此該管材在唐山曹妃甸的建設(shè)中的使用有較大局限。而高密度聚乙烯(PE)管材內(nèi)壁光滑、強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)，使用壽命高達(dá)50年以上，由于其重量輕的優(yōu)點(diǎn)，在大口徑的排水管道中是很好的替代產(chǎn)品且施工管理方便，降低了施工費(fèi)用。PE管材有一定的抗彎、抗壓、耐沖擊能力，對(duì)于軟土地基及不均勻沉降的地段更適宜用，在這方面，優(yōu)勢(shì)明顯高于鋼筋混凝土管道，在具體的工程施工中已經(jīng)充分證明了這一點(diǎn)。

1 塑料排水管道的特點(diǎn)

塑料排水管剛?cè)峒鎮(zhèn)?，環(huán)剛度和柔韌性能優(yōu)良，良好的環(huán)剛度可保證管道敷設(shè)路面的重載通行安全，不會(huì)因管道破裂導(dǎo)致路面塌陷。其柔韌性可克服地震、地面不均勻沉降造成的破壞力，提高了設(shè)施的可靠性，因此適合各種條件下使用，優(yōu)良的抗腐蝕性使管材適合于大多數(shù)化工廢水和其他污水、雨水的收集。

使用中不需要混凝土基礎(chǔ)，可以邊開挖、邊下管、邊回填，極大的縮短了工期，減少了施工費(fèi)用。管溝開槽寬度較其他管材可減少20%，減少大量施工土方量，節(jié)省勞動(dòng)力，降低了施工難度和勞動(dòng)強(qiáng)度。管道埋設(shè)在地下，由于管土共同作用，可提高管材的抗變形能力，因此管道回填應(yīng)嚴(yán)格按施工要求進(jìn)行。

2 塑料管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵——環(huán)剛度選擇

環(huán)剛度是塑料埋地排水管(新型管材均可認(rèn)為是塑料排水管)抗外壓負(fù)載能力的綜合參數(shù)，為了保證塑料埋地排水管在外壓負(fù)載下安全工作，環(huán)剛度的選擇是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之一。如果管材的環(huán)剛度太小，管材可能發(fā)生過大變形或出現(xiàn)壓屈失穩(wěn)破壞。反之，如果環(huán)剛度選擇得太高，必然采用過大的截面慣性矩，將造成用材料太多，成本過高。

外壓負(fù)載比較復(fù)雜，主要包括土壤重量和地面產(chǎn)生的靜負(fù)載，以及運(yùn)輸車輛經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)載。塑料埋地排水管承受負(fù)載的機(jī)理也比較復(fù)雜，因?yàn)樗芰瞎軐儆谌嵝怨?，在外壓?fù)載下管材和周圍的土壤(回填材料)產(chǎn)生管土共同作用。換句話說，是管材和周圍土壤(回填材料)共同來承受外壓負(fù)載。決定塑料埋地排水管鋪設(shè)后能否正常工作的三個(gè)重要參數(shù)為負(fù)載、管材和土壤(回填)，而且三者之間相互影響。所以環(huán)剛度的選擇不僅取決于外壓負(fù)載的情況還取決于鋪設(shè)后管道周圍土壤(回填材料)的情況。根據(jù)世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，塑料埋地排水管在外壓負(fù)載下是否能夠安全使用的因素中，鋪設(shè)情況是最主要的。如果鋪設(shè)情況比較好，環(huán)剛度較低的管材也不會(huì)有很大變形;反之，如果鋪設(shè)情況不好，即使用環(huán)剛度比較高的管材也可能變形過大和出現(xiàn)壓屈失穩(wěn)。但是，要保證鋪設(shè)情況良好就要有較好的地質(zhì)條件及回填材料，這在沿海地區(qū)很難達(dá)到，過度的重視地基條件的處理會(huì)造成建設(shè)成本的過多增長(zhǎng)。

結(jié)合唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，建議在設(shè)計(jì)塑料埋地排水管時(shí)，考慮在項(xiàng)目建設(shè)成本增加不大的情況下，盡量選擇較高的環(huán)剛度。一般選用情況如下。

直徑在600 mm以下塑料埋地排水管:一般要選擇環(huán)剛度在8～10 kN/m2的，只有在地質(zhì)條件好又沒有運(yùn)輸車輛負(fù)載的采用環(huán)剛度4～8 kN/m2的。

直徑在600～1 200 mm的塑料埋地排水管:盡量選擇環(huán)剛度10～12.5 kN/m2的，如果選擇環(huán)剛度10 kN/m2以下的要經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算(變形驗(yàn)算，壓屈失穩(wěn)計(jì)算)并嚴(yán)格控制鋪設(shè)施工的質(zhì)量(管道基礎(chǔ)、回填材料、分層夯實(shí)等)。

直徑800 mm以上的塑料埋地排水管:重要工程推薦使用環(huán)剛度較高(環(huán)剛度12.5 kN/m2以上的)的金屬增強(qiáng)復(fù)合纏繞管。如果使用環(huán)剛度較低(環(huán)剛度8 kN/m2以下)的熱塑性塑料管，務(wù)必要經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算(變形驗(yàn)算，壓屈失穩(wěn)計(jì)算)并嚴(yán)格控制鋪設(shè)施工的質(zhì)量(管道基礎(chǔ)、回填材料、分層夯實(shí)等)。塑料管道施工必須確保回填質(zhì)量，回填土密實(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定:主管區(qū)的回填土密實(shí)度不應(yīng)小于95%(按輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，下同);管道寬度以外次管區(qū)的回填土密實(shí)不應(yīng)小于90%。

下面就唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)A3路工程為例，介紹一下排水管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3 塑料管道應(yīng)用實(shí)例

唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)現(xiàn)狀場(chǎng)地為吹填砂造地形成的，道路路基施工設(shè)計(jì)一般換填高度為地面以下3.5 m，但排水管道尤其是污水管道，深處可達(dá)6～7 m深，因此管道基礎(chǔ)也要換填處理，以達(dá)到足夠的地基承載力要求，防止道路不均勻沉降及跑管情況。

下面以在唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)A3路工程中的污水管道設(shè)計(jì)為實(shí)例，進(jìn)行排水管線的綜合設(shè)計(jì)分析。

3.1 地層組成

該場(chǎng)地位于曹妃甸沈陽(yáng)東道附近，地勢(shì)較為平坦，為海相沉積平原地貌。地層以填筑土、吹填砂、淤泥質(zhì)亞粘土和亞粘土為主。地表為吹填土，地表高程4.0～4.5 m。

3.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

擬建道路路基地表為松散狀態(tài)的填筑土或吹填砂，土質(zhì)不均勻，物理力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，受外力作用變形較大。場(chǎng)區(qū)內(nèi)第①層吹填砂為可液化土層，液化等級(jí)為中等—嚴(yán)重。第②層淤泥質(zhì)亞粘土為軟土層，該層土具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、易蠕變、觸變、較低承載力等特點(diǎn)，該層物理力學(xué)性質(zhì)較差，在地震力的作用下可能發(fā)生震陷不利因素。

地勘資料表明，擬建道路場(chǎng)地土不能作為天然路基土使用，鑒于該吹填砂段軟弱土層的厚度較大的實(shí)際情況，本段道路路基采用挖、擠、清相結(jié)合的方法清除路基范圍內(nèi)吹填砂，分層回填山皮石或粗礫石方法進(jìn)行路基處理，填筑路基和擠清淤泥同步進(jìn)行。

3.3 設(shè)計(jì)排水管道所用材料

根據(jù)本項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)及管道埋深，污水管選用PE塑鋼纏繞排水管，具體環(huán)剛度的選擇如下:管徑＜600 mm，環(huán)剛度≥8 kN/m2，管徑≥600 mm，環(huán)剛度≥12.5 kN/m2。

3.4 與普通混凝土管道的區(qū)別

(1)溝槽開挖差異

A3路上設(shè)計(jì)塑料排水管道溝槽開挖方式。

由于塑料排水管道的重量較輕，為了更好的在沿海等地下水位高的地區(qū)有效防止地基不均勻沉降對(duì)管道的破壞，設(shè)計(jì)中在管道底部及兩側(cè)需敷設(shè)土工布以防止管道漂浮，同時(shí)，在溝槽底部采用粗礫石對(duì)現(xiàn)狀吹填砂地基進(jìn)行換填。

雖然塑料管道開挖斷面較普通材料斷面大，但由于其質(zhì)量輕。施工難度小，施工人員安全有保障。

而在唐山市區(qū)，由于地質(zhì)條件好，溝槽開挖及回填方式如下。

從溝槽開挖及回填斷面來看，曹妃甸工業(yè)區(qū)內(nèi)道路管線基坑的開挖斷面、開挖坡度及管底換填深度均較市區(qū)內(nèi)大得多，目的就是確?；舆吰碌姆€(wěn)定要求，及提高基底的地基承載力，尤其個(gè)別地段還需要先期進(jìn)行地基換填處理，再反開挖進(jìn)行管線施工，施工難度更大，重型施工機(jī)械不宜進(jìn)入，因此，較輕的塑料管道施工比鋼筋混凝土管道在組裝方面就顯得較為容易。

圖1 開挖及回填方式

(2)管道耐腐性及施工差異

結(jié)合沿海地區(qū)的施工特點(diǎn)，PE塑鋼纏繞排水管就是混凝土排水管道很好的替代產(chǎn)品。且由于曹妃甸地區(qū)多為吹填砂造地區(qū)域，地形平坦，塑料排水管道內(nèi)壁光滑，粗糙系數(shù)低(僅為0.009～0.01)，與混凝土管相比，根據(jù)曼寧公式，在相同條件下(管徑、坡度、充滿度等相同)，相同管徑時(shí)污水輸送能力比鋼筋混凝土管增大40%，換言之，在相同流量、坡度下，敷設(shè)的管道管徑可以降低或者降低管道坡度及埋深，施工降水的難度大大降低。

4 結(jié)語

只要設(shè)計(jì)合理，新型管材運(yùn)用在市政排水管網(wǎng)中是有一定優(yōu)勢(shì)的，隨著科技水平的提高，新型管材的成本將進(jìn)一步降低，全面替代傳統(tǒng)管材將指日可待!

中圖分類號(hào):U412

C

1008-3383(2011)06-0056-02

收稿日期:2011-03-11

作者簡(jiǎn)介:郭克芬(1981-)，女，河北省唐山人，助理工程師，研究方向:給排水設(shè)計(jì)。