濕陷性黃土地區(qū)火電廠管道工程設(shè)計(jì)

李 欣

(中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071)

濕陷性黃土在我國北方多個(gè)省份廣泛分布，其特性是在一定壓力下受水浸濕，結(jié)構(gòu)會迅速破壞，并產(chǎn)生顯著的附加下沉。對建筑結(jié)構(gòu)以及管道工程造成危害，而管道工程的破損，又將使得周邊建筑物的沉降情況進(jìn)一步惡化。

目前濕陷性黃土地區(qū)火力發(fā)電廠主要遵循GB50025－2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)。對于管道工程的設(shè)計(jì)來說，必須結(jié)合場地濕陷性等級、總平面布置、建筑物的地基處理、基礎(chǔ)形式等方面綜合考慮，采取必要的工程措施，確保管道安全運(yùn)行，而一旦漏水，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、維修，避免發(fā)生濕陷事故。

本文以山西某電廠為例具體闡述濕陷性黃土地區(qū)廠區(qū)室外管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 工程概述

該電廠位于晉中地區(qū)，廠區(qū)總平面布置主要分為主廠區(qū)、煤場、灰場三塊。主廠區(qū)屬黃土臺塬地貌；煤場位于黃土溝壁至溝底一帶，地勢較低；灰場為典型的黃土溝谷。

該電廠屬濕陷性黃土場地。主廠區(qū)西部(煙囪后輔助廠房布置場地)以及輸煤棧橋、運(yùn)煤公路一帶，其濕陷等級為Ⅲ級“嚴(yán)重”，其余地段濕陷等級為Ⅱ級“中等”(偏Ⅲ級“嚴(yán)重”)。場地濕陷下限深度一般在7.5～19.5m之間(自基礎(chǔ)底面起算)。灰場的濕陷等級為Ⅱ～Ⅲ級。

2 管道工程技術(shù)措施

濕陷性黃土地區(qū)的管道工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)，除了減少管道自身受濕陷性的影響，更是作為防止建筑物濕陷性事故的重要防線。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》3.0.2條，防止或減小建筑物地基浸水濕陷的設(shè)計(jì)措施可分為：地基處理措施、防水措施和結(jié)構(gòu)措施。其中防水措施又分為基本防水措施、檢漏防水措施和嚴(yán)格防水措施。不同等級防水措施的選擇與建筑物地基處理措施密不可分。

2.1 全廠建(構(gòu))筑物的地基處理

為防止地基濕陷對建筑物產(chǎn)生危害，根據(jù)規(guī)范要求，按照其重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，對建筑物的重要性進(jìn)行分類，并采取不同的地基處理措施。

本工程汽機(jī)房、除氧煤倉間、鍋爐房、煙囪、空冷平臺、石灰石庫、干煤棚等甲類、重要的乙類建筑，基礎(chǔ)所承受的上部荷載較大，對地基強(qiáng)度和變形控制要求較高，其地基處理方式為整片強(qiáng)夯＋人工挖孔樁或人工挖孔樁。主廠房設(shè)備基礎(chǔ)、斗輪機(jī)基礎(chǔ)的地基處理方式為整片強(qiáng)夯，消除部分濕陷量。一般建筑物(乙、丙類)采用淺基礎(chǔ)，進(jìn)行強(qiáng)夯結(jié)合灰土墊層的地基處理，次要輕型建筑可做灰土墊層處理，消除地基的部分濕陷量。

2.2 管道工程設(shè)計(jì)

濕陷性黃土地區(qū)的管道、溝道設(shè)計(jì)首先要從布置入手，盡量滿足與建筑物的防護(hù)距離，即建筑物受到滲漏影響的最小距離。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》5.2.4條，“埋地管道、排水溝、雨水明溝和水池等與建筑物之間的防護(hù)距離，不宜小于表1中規(guī)定的數(shù)值，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取與建筑物相應(yīng)的防水措施?！?/p>

表1 埋地管道、排水溝、雨水明溝和水池等與建筑物之間的防護(hù)距離 單位：m

埋地管道與水池之間之間的防護(hù)距離與建筑物之間的防護(hù)距離的規(guī)定相同，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，必須加強(qiáng)池體的防滲漏處理。

在工程的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性類別、地基處理情況以及管道的重要性，采取相應(yīng)的工程措施。如建筑(構(gòu))物的地基處理消除全部濕陷量，或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷黃土層上，防護(hù)距離內(nèi)的管道設(shè)計(jì)可按非濕陷性場地考慮；地基處理若只消除部分濕陷量，為防止或減小建筑物地基浸水濕陷，管道需布置在防護(hù)距離外,對防護(hù)距離內(nèi)的管道采取防水措施。

就該電廠來說，甲類、重要的乙類建筑地基采取了樁基，防護(hù)距離內(nèi)的管道按照常規(guī)電廠設(shè)計(jì)。進(jìn)行強(qiáng)夯處理的大部分乙、丙類一般建(構(gòu))筑物地基，在場地條件為濕陷等級高，厚度大的情況下，無法處理到基礎(chǔ)以下全部濕陷性黃土層，只能消除部分濕陷量。在廠區(qū)征地范圍已限定，總平面布置不能為全廠地下管道預(yù)留充足的管道走廊來滿足與建(構(gòu))筑物的防護(hù)距離要求的情況下,必須采取工程措施對管道進(jìn)行防護(hù)。除必要的結(jié)構(gòu)措施外，還應(yīng)采取嚴(yán)格防水措施，對防護(hù)范圍內(nèi)的地下管道，增設(shè)鋼筋混凝土檢漏溝和檢漏井，并設(shè)防水層和防水保護(hù)層，以此作為防止建筑物濕陷的主要措施。

2.2.1 輔機(jī)循環(huán)水管防水設(shè)計(jì)

該工程的主機(jī)采用直接空冷系統(tǒng)，輔機(jī)采用大閉式系統(tǒng)，輔機(jī)循環(huán)水泵布置在煙囪后輔助區(qū)域的綜合水泵房，兩臺機(jī)組共配備2根DN700的循環(huán)水進(jìn)水管、2根DN700的循環(huán)水出水管，管材為焊接鋼管。輔機(jī)循環(huán)水管途經(jīng)的主要區(qū)域?yàn)槠麢C(jī)房A排前、主廠房固定端、爐后、綜合水泵房。

該工程的主廠房、鍋爐房、空冷柱均采用樁基且場地進(jìn)行強(qiáng)夯處理，就廠房建筑本身來說，防水措施可按一般地區(qū)設(shè)計(jì)，但基于以下因素：

(1)輔機(jī)循環(huán)水管管徑大、數(shù)量多、管線長，管道走廊狹窄，布置困難。

(2)管道途經(jīng)建(構(gòu))筑物多為乙類，且靠近綜合管架，防護(hù)距離不能完全滿足規(guī)范要求，一旦泄漏，影響較大。

(3)主廠房內(nèi)的設(shè)備基礎(chǔ)布置在只部分消除濕陷性的地基上。

為實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，輔機(jī)循環(huán)水管以及各壓力水管從綜合水泵房出來后，采用管道隧道(設(shè)有檢漏井)一直布置到A排前；爐后考慮采用管道支架。

管道隧道為半通行方式的鋼筋混凝土溝道，埋地封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁采取嚴(yán)格防水措施。分段設(shè)置檢漏井。管道分兩層布置，下層采用管道支座固定于溝底，上層采用支架固定于側(cè)壁。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中5.5.1條的要求，“管道接口應(yīng)嚴(yán)密不漏水，并具有柔性”，輔機(jī)循環(huán)水管每隔10～20 m的距離設(shè)置一個(gè)柔性卡箍接頭，使之對于管道膨脹以及各種原因招致的不均勻沉降具備一定的抵御能力，在管道彎頭和三通處設(shè)置鎮(zhèn)墩或固定支座進(jìn)行固定，避免拉脫。

2.2.2 綜合水泵房區(qū)域管道防水設(shè)計(jì)

本工程綜合水泵房區(qū)域布置有綜合水泵房(21臺水泵)、原水預(yù)處理站、各類水池(5個(gè)水池總?cè)莘e達(dá)3000 m3)、輔機(jī)冷卻塔等建(構(gòu))筑物，管線非常集中，從布置上無法滿足與建筑物和水池之間防護(hù)距離要求，采取以下工程措施：

(1)輔機(jī)冷卻塔進(jìn)出水管(輔機(jī)循環(huán)水管)明裝，在地面上與各閉式冷卻塔連接。

(2)水池的各進(jìn)水管利用綜合管架輸送到附近，在防護(hù)范圍內(nèi)采用檢漏溝與水池連接。

(3)輔機(jī)循環(huán)水泵上的進(jìn)水管聯(lián)絡(luò)閥集中布置于閥門井中。

(4)各水泵吸水管集中設(shè)置在綜合水泵房和水池之間的水泵吸水管路地下式管道層內(nèi)。

(5)綜合水泵房內(nèi)管道全部采取地上布置方式。

(6)綜合水泵房出水管集中設(shè)置在半通行隧道內(nèi)。

(7)個(gè)別無條件布置檢漏溝的管道，采取外加套管(端頭進(jìn)行瀝青麻絲填充密實(shí)，聚氨脂密封油封口)連接檢漏井的檢漏方式。

除上述措施，在管道設(shè)計(jì)上還針對易發(fā)生受力不均的薄弱部位加強(qiáng)了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，增加管道系統(tǒng)的柔韌性和嚴(yán)密性。

(1)管道在水池壁上采用剛性防水翼環(huán)，減少水池滲水。

(2)管道穿越建筑物外墻處采用柔性防水套管，柔性材料填充，并用密封膏封實(shí)。

(3)在水泵進(jìn)出口設(shè)置限位伸縮接頭減少安裝誤差并可承受部分縱向位移，減少閥門管道連接處的漏水。

(4)管道在池壁外以及與建(構(gòu))構(gòu)筑物連接部位設(shè)置柔性卡箍接頭。

(5)管道彎頭處采用固定支座、鎮(zhèn)墩，直線處采用滑動支座，對管道進(jìn)行支撐、固定，防止接口拉脫。

2.2.3 其他給水管道

除以上重點(diǎn)防護(hù)的區(qū)域，廠區(qū)還有相當(dāng)數(shù)量的有壓管道，布置上充分利用綜合管架和除灰管架，覆蓋從主廠房固定端到綜合水泵房、煙囪后道路、油泵房、輸煤棧橋沿線的大片區(qū)域。建(構(gòu))筑物防護(hù)距離內(nèi)埋地管道采用C型嚴(yán)格防水檢漏溝和檢漏井。

考慮到濕陷性黃土地區(qū)對于管道防腐的要求更高，而該工程的主水源為城市中水，氯離子含量較高，需要進(jìn)行內(nèi)外防腐，壓力管道在管材選取上采用內(nèi)外高壓噴塑復(fù)合鋼管(SPTEP/PE)，基管為無縫鋼管，埋地管道的涂層厚度滿足加強(qiáng)級防腐的要求。

為減少管道破裂和地面滲水的影響，埋地管道的地基處理和回填與常規(guī)電廠也存在區(qū)別：

(1)地基處理：設(shè)300 mm厚度的土墊層，分層夯實(shí),壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；在土墊層上設(shè)300 mm厚度的3:7灰土墊層，分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；在灰土墊層上設(shè)C20混凝土基礎(chǔ)。

(2)管道回填：采用原土回填，管頂以下的回填對稱進(jìn)行，分層夯實(shí)，原土分層夯實(shí)回填虛鋪厚度小于300，壓實(shí)系數(shù)均≥0.95；頂部采用200 mm 2:8灰土回填夯實(shí)，防止地面水滲入。

2.3.4 排水管道

廠區(qū)室外排水管道主要為雨水管、生活污水管。室外排水管道容易因管材和接口損壞導(dǎo)致漏水，在濕陷性黃土的地質(zhì)條件下，雨水排水采用明溝排水為一種經(jīng)濟(jì)合理的方式。

室外排水管材上，干管選用聚乙烯螺旋波紋管，較鋼筋混凝土管具有更好的柔性，抗地基不均勻沉降的性能更好，重量輕，基礎(chǔ)型式簡單，易于施工，對濕陷性地質(zhì)條件具有更好的適應(yīng)性。出戶管以及雨水口與檢查井的連接管段采用機(jī)制球磨鑄鐵排水管。接口方式均為承插式橡膠圈柔性接口。

直埋排水管道的地基處理方式與給水管類似，波紋管需在設(shè)置3:7灰土墊層上設(shè)置砂石基礎(chǔ)，球磨鑄鐵管則設(shè)置C20混凝土基礎(chǔ)。

其他布置原則：排水管道位于建(構(gòu))筑物防護(hù)范圍內(nèi)，采取嚴(yán)格防水措施；檢漏井與檢查井不共用，可相鄰設(shè)置為鋼筋混凝土雙聯(lián)井或三聯(lián)井；在不方便布置檢漏溝處設(shè)置雨水排水明溝；生活污水管出戶處均設(shè)置C型嚴(yán)格防水檢漏溝和檢漏井。

鑒于本工程地質(zhì)條件的特殊性，對排水管道閉水試驗(yàn)的要求也較常規(guī)工程嚴(yán)格，除按常規(guī)在施工期進(jìn)行閉水試驗(yàn)外，當(dāng)管道因周圍進(jìn)行強(qiáng)夯施工或有其它擾動后，應(yīng)再次進(jìn)行閉水實(shí)驗(yàn)；并且在全廠施工基本結(jié)束時(shí)，所有排水管再次進(jìn)行閉水試驗(yàn)。對于不合格的管段應(yīng)查找原因，進(jìn)行返工。

2.3.5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本工程采取的管道隧道、檢漏溝、檢漏井等防水措施的土建費(fèi)用約7000萬元，其中輔機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的防水措施土建費(fèi)用約3000萬元。

3 總結(jié)

濕陷性黃土地區(qū)電廠的管道工程具有一定的復(fù)雜性，需要采取不同于普通工程的特殊工程措施。設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合工程地質(zhì)條件、建筑物危險(xiǎn)等級劃分、地基處理方式、結(jié)構(gòu)處理方式、防水方式等進(jìn)行整體考慮，才能保證工程的經(jīng)濟(jì)合理，既不至因措施不到位引起濕陷性事故，也不至因提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，造成浪費(fèi)。

對該工程進(jìn)行總結(jié)反思，在工程設(shè)計(jì)中有必要重視如下幾點(diǎn)：

(1)在選擇廠址階段應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件，盡量避免選擇很嚴(yán)重的自重濕陷性黃土場地或濕陷性黃土厚度較大的場地，對于提高工程安全性和經(jīng)濟(jì)性非常重要。

(2)建(構(gòu))筑物地基處理后場地的剩余濕陷量以及與管道的防護(hù)距離對于是否采取防水措施，采取何種防水措施尤為重要。

(3)在較為嚴(yán)重的濕陷性黃土的地質(zhì)條件下，如受限于總平面布置，利用綜合管架結(jié)合地下管廊布置廠區(qū)壓力水管道，利用明溝排放雨水，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上較為合理。

(4)濕陷性災(zāi)害的防治除在設(shè)計(jì)中予以充分考慮，還應(yīng)在施工過程中確保施工質(zhì)量，在運(yùn)行過程中提高防范意識，確保檢漏防水措施充分發(fā)揮作用，更應(yīng)避免人為造成場地積水誘發(fā)濕陷事故。