韓 軍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

坪上應(yīng)急引水工程位于忻州市境內(nèi)，主要任務(wù)是提供城鎮(zhèn)生活和工業(yè)用水，近期年設(shè)計(jì)引水量3 500萬m3。

工程分為水源工程和供水工程兩大部分，其中水源工程主要包括水源地取水建筑物、引水管道、加壓泵站、引水隧洞等；供水工程主要包括供水管道、加壓泵站、調(diào)壓池以及各供水點(diǎn)調(diào)節(jié)池等。線路總長123 km。

2 壓力供水管道工作特點(diǎn)

（1）本工程主要任務(wù)是向忻府區(qū)、定襄縣、原平市供水，壓力供水管道總長1 14.3 km，屬長距離輸水管道，管材為玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）和鋼管，其中玻璃鋼夾砂管（以下簡稱玻璃鋼管）長度為93.63 km，占總長的82%。

（2）供水管道沿線地質(zhì)地形情況復(fù)雜，整個(gè)管線由水源地取水后，經(jīng)山區(qū)峽谷區(qū)穿出后，進(jìn)入忻定盆地和原平盆地。穿越滹沱河等河道、鐵路、公路，大型渠道，電纜光纜等共100余處。管道基礎(chǔ)持力層地質(zhì)條件幾乎囊括了北方可遇到的不良地基，分別有飽和黏土（俗稱橡皮土）地基、級(jí)配不良砂（俗稱流沙）地基、濕陷性黃土地基、飽和淤積低液限黏土（俗稱淤泥）地基等，管道基礎(chǔ)處理難度很大。

（3）供水管道沿線地下水位普遍較高，80%以上的地段需要進(jìn)行施工排水。

（4）壓力供水管道輸送流量大，管徑也比較大。供水干管管徑1.8 m，忻府支線和原平支線管徑1.4 m。

3 玻璃鋼管的特點(diǎn)

玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂管（FRPM）俗稱玻璃鋼管。內(nèi)壁粗糙系數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)一般取η=0.009，管道承水壓能力一般在1.6 MPa以下，管徑在DN300～DN3 000 mm之間。玻璃鋼管有以下特點(diǎn)：1）玻璃鋼管重量輕，耐腐蝕，管道壽命不小于50年；2）管道不結(jié)垢，糙率小，輸送流體的壓力損失小，同等管徑情況下可提高輸送能力20%以上；3）管道壓力等級(jí)和剛度等級(jí)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，4）管道連接可采用承插式或法蘭式，現(xiàn)場(chǎng)安裝很方便；5）玻璃鋼管由于管壁較薄，對(duì)基礎(chǔ)與回填要求較高。

4 玻璃鋼管在設(shè)計(jì)中遇到的問題和經(jīng)驗(yàn)

在山西省坪上應(yīng)急引水工程中，針對(duì)本工程的具體情況并結(jié)合玻璃鋼管的特點(diǎn)，在壓力管道工程中大量選用了玻璃鋼管。當(dāng)時(shí)，在山西省內(nèi)使用如此大管徑（最大1.8 m）的玻璃鋼管工程很少，省內(nèi)積累的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)都比較少，設(shè)計(jì)和施工過程中遇到一些實(shí)際問題，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，下面就此做一些簡單介紹。

1）溝槽基坑排水設(shè)計(jì)

根據(jù)管道沿線不同地段的地質(zhì)條件和水力學(xué)特性，在溝槽開挖前和開挖過程中，分別采用井點(diǎn)降水、井管降水、明溝排水或組合方式進(jìn)行管溝范圍內(nèi)的降水、排水，有效地控制了施工范圍內(nèi)的地下水位，為管道的順利安裝創(chuàng)造了有利條件。

2）管道基礎(chǔ)處理

針對(duì)前述遇到的各種不良地質(zhì)條件，在工程設(shè)計(jì)和施工中有針對(duì)性地進(jìn)行了地基處理：對(duì)于濕陷性黃土地基，一般采用增設(shè)三七灰土墊層處理。對(duì)于含有飽和水的橡皮土、淤泥和流沙地基處理，一般通常的處理措施是下部干插片石，然后再鋪設(shè)碎石，上部設(shè)置砂墊層。在施工初期，管道基礎(chǔ)采用上述處理措施后，效果不好，施工人員在管基上站立都十分困難。在這種情況下，查閱了大量的軟基處理的文獻(xiàn)，同時(shí)也在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，最終采取的措施：換填50 cm厚碎石墊層，碎石粒徑不大于20 mm，石渣及石粉含量不得大于10%，碎石墊層相對(duì)密實(shí)度不小于0.67；然后鋪設(shè)150 mm厚粗砂墊層，墊層要求一次鋪設(shè)完畢，均勻鋪攤整平，相對(duì)密實(shí)度不小于0.65。

3）玻璃鋼管管溝的回填

玻璃鋼管管溝的的回填與其它類型的管道相比，不同之處主要是與玻璃鋼管本身的特點(diǎn)有關(guān)。玻璃鋼管管壁較薄，自重輕，自身剛度較低，承受外載能力也相對(duì)較弱，對(duì)基礎(chǔ)與回填要求較高。

針對(duì)玻璃鋼管管壁較薄，自重輕的特點(diǎn)，應(yīng)著重注意高地下水位的地段，管溝開挖工序完成后，在管道的安裝及回填過程中，仍應(yīng)采取有效的降水措施，將地下水位降至基礎(chǔ)面0.5 m以下，便于管道安裝和回填施工。尤其是在雨季施工時(shí)，由于管道是空管，抗浮能力很差，在沒有將管溝回填前，應(yīng)繼續(xù)做好管溝的積水排出工作，以免發(fā)生浮管事故。

針對(duì)玻璃鋼管自身剛度較低，承受外載能力也相對(duì)較弱的特點(diǎn)，應(yīng)做好管溝回填的設(shè)計(jì)。為了加強(qiáng)回填材料對(duì)玻璃鋼管的支撐作用，并考慮盡可能地降低投資的因素，設(shè)計(jì)中對(duì)管溝的回填區(qū)域進(jìn)行劃分（如圖1所示），對(duì)每個(gè)分區(qū)從材料和壓實(shí)兩個(gè)方面提出具體的要求，簡述如下：

圖1 管溝回填分區(qū)示意圖

（1）管區(qū)回填前，管底兩側(cè)120°支撐角范圍內(nèi)三角區(qū)必須先采用木棒或木槌進(jìn)行人工填塞密實(shí)。

（2）管區(qū)回填：管區(qū)Ⅰ對(duì)稱分層回填，且不得使管道位移和損傷，嚴(yán)禁單側(cè)回填；管區(qū)每層回填土的鋪填厚度為200 mm。管區(qū)內(nèi)回填料夯實(shí)應(yīng)采用輕型夯實(shí)設(shè)備壓實(shí)，管道兩側(cè)壓實(shí)面的最大高差不得超過20 cm；管區(qū)夯實(shí)應(yīng)從溝槽壁兩側(cè)同時(shí)開始，逐漸向管道靠近，嚴(yán)禁單側(cè)夯實(shí)；管區(qū)Ⅰ回填料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.95（土料）、相對(duì)密實(shí)度不得小于0.67（碎石、砂）；管區(qū)Ⅱ回填土料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.90、相對(duì)密實(shí)度不得小于0.65（砂）。

（3）非管區(qū)回填：管道穿越綠地或農(nóng)田地段，地表以下80 cm范圍內(nèi)回填耕植土，耕植土應(yīng)簡易夯填并整平；地表以下80 cm至管區(qū)Ⅱ頂部范圍內(nèi)回填料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.85。管道穿越公路（包括鄉(xiāng)村簡易公路）地段，地表以下至管區(qū)Ⅱ頂部范圍內(nèi)回填料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.90。管道穿越其余地段，地表以下至管區(qū)Ⅱ頂部范圍內(nèi)回填料壓實(shí)系數(shù)不得小于0.85。

4）玻璃鋼管與其他管道的連接

玻璃鋼管自身或與其他管道的連接方式主要有兩種，一是承插連接，二是法蘭連接。這兩種連接方式都比較簡便，承插連接相對(duì)于法蘭連接，管道接口處允許有一定的借轉(zhuǎn)角，可適應(yīng)一定的基礎(chǔ)不均勻沉降所引起的變形。

5）玻璃鋼管與管線附屬建筑之間的連接

玻璃鋼管基礎(chǔ)和管線附屬建筑基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)時(shí)，都要求進(jìn)行處理，由于兩者基礎(chǔ)之上的荷載不同，還是會(huì)帶來一定的不均勻沉降，導(dǎo)致管道基礎(chǔ)與建筑物基礎(chǔ)的變形量不一致。附屬建筑物與兩側(cè)管道的連接設(shè)計(jì)時(shí)，在建筑物兩側(cè)增加鋼制短管與兩側(cè)玻璃鋼管承插連接，短管與閥井中的鋼管焊接。通過承插口處允許的借轉(zhuǎn)角來適應(yīng)兩種基礎(chǔ)間的不均勻變形量，效果很好。

6）排水閥井的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在管線工程中一般均需設(shè)置排水閥，以便檢修管道時(shí)放空管內(nèi)的水體。一般排水閥井均設(shè)置在管道的一側(cè)，由管道底部接出排水管，然后與排水閥井內(nèi)的管道承插或者法蘭連接。工程在試運(yùn)行過程中，排水閥井多處漏水，經(jīng)認(rèn)真分析，一致認(rèn)為原因?yàn)椋河捎诠艿篮烷y井的基礎(chǔ)沉降不一致，經(jīng)常導(dǎo)致兩者的連接處遭到破壞，從而引起大量的漏水。根據(jù)這種實(shí)際情況，我們對(duì)排水閥井的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，將玻璃鋼管、排水管和排水閥均放置于井內(nèi)，共用一塊底板，從而解決了不均勻沉降的問題，目前排水閥井工作正常，保證了工程的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐加快，長距離輸水管道工程的興建也呈上升趨勢(shì)，而玻璃鋼管作為一種重要的輸水管材在長距離輸水工程的運(yùn)用也越來越多。玻璃鋼管道基礎(chǔ)處理、管溝回填、管道連接方式以及管道與建筑物的連接，對(duì)降低工程投資、保證工程的安全運(yùn)行具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。山西省坪上應(yīng)急引水工程管線長，沿線地質(zhì)地形條件復(fù)雜，工程自2012年順利通過驗(yàn)收已安全運(yùn)行2年。希望通過以此工程為例進(jìn)行的經(jīng)驗(yàn)介紹，能對(duì)今后在設(shè)計(jì)或施工過程中起到一定的借鑒作用。