武路
摘 要:地震是當前人類面臨的破壞力最大的突發(fā)性自然災(zāi)害之一,除了直接造成人民生命財產(chǎn)的損失及建筑物倒塌,還對公共設(shè)備造成極大的損害,引發(fā)一系列次生危害。而在這場災(zāi)害中,供水管道由于覆蓋面積廣泛,地震后,往往受到的打擊最為致命,而供水是人民賴以維持基本生活的最基礎(chǔ)性設(shè)備,一旦遭到破壞,整個社會的生產(chǎn)與生活就會受到陷入癱瘓之中。
關(guān)鍵詞:供水管道;管道抗震性能;試驗研究;破壞規(guī)律
1 地震作用下供水管道的破壞形式
1.1 地震的破壞性。我國處于環(huán)太平洋地震帶和地中?!柴R拉雅地震帶一帶,屬于地震頻發(fā)和地震分布范圍廣泛的國家。地震往往會帶來巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡,對人類社會造成巨大的破壞。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,目前全世界每年由地震造成的平均死亡人數(shù)已經(jīng)到達了8000—10000人/次,平均每次地震災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失多達幾十億美元。例如1995年1月17日發(fā)生在日本阪神的地震災(zāi)害,造成了5438人死亡,直接經(jīng)濟損失高達6200億人民幣!給人民和國家的經(jīng)濟安全與社會安全帶來了巨大的威脅與挑戰(zhàn)!
由此可見,地震在某種意義上是群災(zāi)之首也不為過。
1.2 受害案例及分析??v觀目前的國內(nèi)對供水管道的抗震性設(shè)計還處于初步發(fā)展階段,理論基礎(chǔ)和試驗研究還不夠完善,因此我們有必要從1976年的唐山大地震、2008年的汶川地震、2010年的青海玉樹地震以及歷史上的重大地震所造成的城市管道損害數(shù)據(jù)上吸取經(jīng)驗,從中尋找更完善的防震策略。
1976年唐山大地震中,整個城市的供水系統(tǒng)陷入癱瘓的狀態(tài),直徑2m以上的干管遭到破壞共計58處,平均每公里4處的受害比率。
2008年汶川地震對四川城市生命線工程系統(tǒng)造成了很嚴重的破壞后果,在受災(zāi)的126個市縣區(qū)內(nèi),受到地震影響的水廠有156個,直接受損管道累計44642.5km。其中受災(zāi)最為嚴重的是綿陽市區(qū),出現(xiàn)多處爆管現(xiàn)象,漏水量巨大,幾度造成供水中斷。
2010年的青海玉樹地震所造成的的管網(wǎng)破壞最為嚴重,根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,從取水井到高位蓄水池之間的380m的距離中,2根灰口鐵制管口爆裂3處,裂痕深度最高達到約2米。
地震是一種突發(fā)性極強的自然災(zāi)害,每一次伴隨著地震的發(fā)生,供水系統(tǒng)都會遭受到嚴重的破壞,其中以對輸配水管道的損害最為嚴重,往往需要多天甚至多月的搶修才能恢復(fù)正常,這不僅對災(zāi)區(qū)人民的生活帶來不便,同時也對災(zāi)區(qū)重建和經(jīng)濟恢復(fù)造成巨大的影響。水作為人類生存的必需品,也是社會經(jīng)濟的生命線,尤其以我國西部地區(qū)為甚,很多中小城市在遭受地震時,地形還十分復(fù)雜,往往處于丘陵山地地帶,城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)往往處于老化階段,那么就不可避免的要遭受到影響。
2 對地震作用下供水管道破壞性規(guī)律的試驗研究
2.1 試驗?zāi)康?。根?jù)歷史上多次重大特大地震相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,對埋地供水管道所遭受的破壞類型進行系統(tǒng)分析,可以得出地震作用下的埋地供水管道遭受破壞的類型、破壞模式、參數(shù)模型等。
2.2 試驗方案。通過在對歷史上的重大特點地震災(zāi)害損害埋地管道的資料整理收集,認識破壞機理,分析破壞因素,根據(jù)已知的破壞因素建立理論模型予以分析討論,對試驗材料進行參數(shù)分析,并對管道受到的破壞、位移和應(yīng)變等情況等予以數(shù)據(jù)計算,通過計算得出的結(jié)果,確定各參數(shù)的影響規(guī)律,進行試驗分析。
2.3 試驗方式。(1)反應(yīng)變位法。該方式區(qū)別于其他建筑物的是它位于地下的給水管道細長,單位長度重量與周圍地區(qū)相比,較小。這樣的地下管道在遭受地震時,很難脫離四周的地基土層,進行單獨的振動。對于這種情況比較簡單的模型,適用于地勢平坦且土層較為均勻的情況。(2)表面波法。即埋地管道損害是由地表波所造成的,適用于表層地基土層均勻一致的情況下,同時也可以適用于鑄鐵管的計算。(3)動力分析法。即把各處的地基土層假設(shè)為一塊質(zhì)量塊,管道下整個地基土層為一個質(zhì)量體?;鶐r、各個質(zhì)點和埋地管道三者之間用彈簧相連接。該方法適用于供水管道埋于不均勻的土層的情況下。
2.4 試驗結(jié)果及分析。根據(jù)以上的試驗數(shù)據(jù),不難得出如下結(jié)論:(1)埋地供水管道根據(jù)整體性能的不同可以分類為分段管與連續(xù)管。分段管的變形主要集中于接頭,而連續(xù)管的變形則主要有本身來承擔。(2)相對變形理論模型的計算結(jié)果符合特殊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想。相對變形理論模型結(jié)構(gòu)簡單,計算結(jié)果比較保守,符合特殊結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念。(3)地震減速波大小與管道的破壞程度成正比。地震減速波越大,地震作用也就越大;地震作用越大,管道的破壞程度就越大。(4)土彈簧系數(shù)的重要程度不可忽視。它對管道的影響也至關(guān)重要。土彈簧程度影響埋地管道的抗震性能,簡而言之即堅硬的場地有利于管道抗震。
3 防治措施
3.1 對于地基的防治措施。松土區(qū)域不得直接安裝鑄鐵管,必須予以地基處理,根據(jù)具體的地質(zhì)地形情況予以不同的分析,然后盡量避開危險地段,若無法避開時,應(yīng)采用性能良好的施工材料,并采取有效的抗震措施。
3.2 分層進行夯實松軟基礎(chǔ)。分層進行夯實處理,有助于減少剪切波對埋地管道的不利影響。
3.3 盡量選擇平坦地方鋪設(shè)供水管道。在情況允許的情況下,盡量減少在丘陵等地的管道鋪設(shè),以便減少剪切波對埋地供水管道的影響,如此一來可以保證在地震來臨之時,管道不至于破壞的過于嚴重難以修復(fù),對災(zāi)區(qū)人民的生活供水造成困難的影響。
3.4 選材方面。埋地供水管道中的鑄鐵管一般可分為灰口鑄鐵管和球墨鑄鐵管,根據(jù)地震留下的已有資料,灰口鑄鐵管的震損比率低于球墨鑄鐵管。所以盡可能的選用灰口鑄鐵管,也是增強埋地供水管道的抗震性的良法之一。
3.5 使用年限。根據(jù)已有地震資料顯示,由于老化、腐蝕等原因,會導(dǎo)致埋地供水管道的延展性和剛性程度大打折扣,其抗震性能也會隨之變差,因此即使更換管道,注意使用年限,則可以在一定程度上增加管道的抗震性。
4 合理建議
本文根據(jù)已有的破壞案例進行了綜合系統(tǒng)的分析與研究,并且通過不同的試驗手法來模擬受損情況,并給與詳細的分析,但受制于條件的限制,未能考慮到更多情況下的應(yīng)對措施。本文根據(jù)現(xiàn)有地震資料以及實驗結(jié)果,我們應(yīng)當了解并掌握埋地供水管道的管材、以及相應(yīng)的連接方式,和不同地質(zhì)條件下應(yīng)采取何種管材、管徑、連接方式,來增強供水管道的供水性能,并且在滿足使用安全性能的情況下,增強自身的防震性能,提高埋地供水管的使用壽命,根據(jù)不同的條件,予以不同的解決措施,制定相應(yīng)的合理、安全、經(jīng)濟的布局規(guī)劃,來進行更有效的、更加時間的應(yīng)用性內(nèi)容,這才是我們真正的實驗?zāi)康?,也是我們進行防震抗震的意義所在。
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