西寧市雨污分流管網(wǎng)改造工程管道結(jié)構(gòu)技術(shù)問題探討

趙 磊,邊燕紅,王延凱

（中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

在城市更新的背景下，現(xiàn)有地下管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展的需求[1]。在國家相關(guān)政策引導(dǎo)下，全國各地進(jìn)行大規(guī)模的雨污分流管網(wǎng)改造工程。管網(wǎng)改造前，需對(duì)現(xiàn)有地下管網(wǎng)進(jìn)行綜合物探分析，作為設(shè)計(jì)及施工的依據(jù)。通過對(duì)西寧市地下管網(wǎng)進(jìn)行綜合物探發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)地下管道錯(cuò)綜復(fù)雜，管位緊張、錯(cuò)接混接問題很多[2]，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合相關(guān)規(guī)范及施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況綜合考慮方案的#行性。

2 管道結(jié)構(gòu)技術(shù)問題及解決策略

在西寧市雨污分流管網(wǎng)改造項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工配合的過程中，主要發(fā)現(xiàn)以下共性問題并提出相應(yīng)的解決方案。

1）新建管道與現(xiàn)有管道交叉碰撞，新建管道按照常規(guī)設(shè)計(jì)無法施工

常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)綜合物探圖及地形平面圖對(duì)新建管道鋪設(shè)位置進(jìn)行分析，盡量避開現(xiàn)有管道及障礙物。西寧市由于歷史原因，管道建設(shè)管理比較落后，私接管道較多，很多不明管道未標(biāo)注在主管部門管網(wǎng)布置圖上，設(shè)計(jì)人員無法獲知，導(dǎo)致施工人員按照設(shè)計(jì)圖紙無法實(shí)施，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做相應(yīng)調(diào)整。比如西寧市八一路某排水管網(wǎng)建設(shè)工程，管道溝槽開挖時(shí)，一根直徑DN 400 mm的不明管道（管材為球墨鑄鐵管），橫跨新建管道溝槽，管道中心標(biāo)高與新建管道中心標(biāo)高重合。新建管道為雨水管，管材為鋼筋混凝土II級(jí)管，管徑DN 500 mm。工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員經(jīng)過核對(duì)標(biāo)高，提出調(diào)整新建管道標(biāo)高，從不明管道上方橫跨，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)人員配合出具基礎(chǔ)加固做法。經(jīng)分析，該道路為城市次干道，上部有大車通過，管道需要包封加固處理，但包封后管道基礎(chǔ)侵占道路結(jié)構(gòu)水穩(wěn)層，通過與道路專業(yè)設(shè)計(jì)人員溝通，以包封加固體作為道路結(jié)構(gòu)持力層。為防止道路水穩(wěn)層與加固體結(jié)構(gòu)剛度存在差異，導(dǎo)致路面出現(xiàn)細(xì)微裂縫，需在道路基層與面層之間增加玻纖土工格柵,玻纖土工格柵鋪設(shè)范圍為基坑頂兩側(cè)向外延伸不小于1.5 m。同時(shí)，對(duì)不明管道采取素混凝土包封加固處理，加固后不明管道底部做300 mm厚級(jí)配砂石墊層。管道加固做法如圖1所示（圖中DN為管道直徑，標(biāo)注尺寸均以毫米計(jì)）。

圖1 管道碰撞加固做法斷面圖

當(dāng)遇到污水管道與現(xiàn)有管道因標(biāo)高相同，發(fā)生垂直碰撞的情況時(shí)，#通過以下方式解決。（1）在碰撞的位置設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)污水檢查井，對(duì)現(xiàn)有管道（管徑≤DN1 000 mm）采取防腐措施，將其包封在檢查井內(nèi)。污水檢查井內(nèi)設(shè)置流槽，污水管道坡度系數(shù)保持不變，使管道污水先流到檢查井內(nèi)，然后通過流槽從污水檢查井另外一個(gè)接口排出。檢查井不能按照國標(biāo)圖集做法施工，需要工藝專業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)檢查井凈尺寸及標(biāo)高，將現(xiàn)場(chǎng)條件反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行受力計(jì)算出具配筋施工圖。（2）對(duì)管徑大于DN1 000 mm的現(xiàn)有管道，因管徑較大，采用第一種方法施工不便，#采取在現(xiàn)有管道兩側(cè)各設(shè)置檢查井一座，垂直現(xiàn)有管道上下側(cè)各設(shè)置一根管道連通兩座檢查井。垂直現(xiàn)有管道下側(cè)設(shè)置的管道，其管道直徑通過《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）流量及流速計(jì)算公式計(jì)算確定[3]；垂直現(xiàn)有管道上側(cè)設(shè)置的管道，其管道直徑為原設(shè)計(jì)污水管道直徑的0.8倍，且不小于DN400 mm，工作原理跟倒虹吸類似，利用位能和壓能守恒原理，通過下側(cè)管道將污水從現(xiàn)有管道左邊的檢查井引到右邊檢查井，再通過污水管道排出。上側(cè)管道為溢流管，當(dāng)下側(cè)管道堵塞或污水流通不暢時(shí)，液位到達(dá)溢流管管口，通過溢流管將左邊檢查井污水排到右邊檢查井。管道溝槽采用中粗砂回填（粒徑不大于40 mm），壓實(shí)系數(shù)按照《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50268—2008）執(zhí)行[4]。

當(dāng)遇到污水管道從現(xiàn)有管道底部垂直穿過時(shí)，結(jié)構(gòu)通常做法是從現(xiàn)有管道底部?jī)蓚?cè)進(jìn)行溝槽開挖，挖通后采用300 mm厚素砼包封處理，包封長(zhǎng)度為兩側(cè)距離現(xiàn)有管道外壁不小于1 m。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備放坡條件，比如新建管道頂部距離現(xiàn)有管道底部小于500 mm、兩側(cè)有建筑物等障礙物、現(xiàn)有管道為燃?xì)夤艿阑蛘哕娪霉饫|，相關(guān)部門不同意底部開挖時(shí)，#采取頂管施工的方式，采用大直徑套管（直徑不小于1 m）頂過去，將新建管道從套管內(nèi)部穿過，然后采用中粗砂固定套管內(nèi)部管道，對(duì)套管兩端采用磚砌封堵處理。

當(dāng)管道溝槽開挖發(fā)現(xiàn)有其他管道在新建管道位置并排鋪設(shè)，現(xiàn)有管道與新建管道水平距離較近，管中心間距小于1.5 m，且新建管道在現(xiàn)有管道下部，管道位置無法調(diào)整時(shí)，#對(duì)現(xiàn)有管道支護(hù)處理，然后采取直槽開挖。比如西寧市柴達(dá)木路某雨污分流改造工程，因工期緊張，甲方?jīng)]有做綜合物探，根據(jù)現(xiàn)有資料未發(fā)現(xiàn)雨水管道與污水管道中間鋪設(shè)有燃?xì)夤艿?。燃?xì)夤艿谰嚯x雨污水管道平均凈距小于1.5 m，為了保證燃?xì)夤艿腊踩?，雨污水管道溝槽分別開挖，距離燃?xì)夤艿纼蓚?cè)各1 m位置采用拉森鋼板樁支護(hù)處理，保證溝槽開挖不會(huì)影響燃?xì)夤艿老虏客翆?。局部為卵石土的?chǎng)地做懸臂式微型鋼管樁，然后鋼絲網(wǎng)（?8@250×250）掛面，噴射60 mm厚C20混凝土罩面[5-6]。以上做法適用于項(xiàng)目投資比較充分的工程。對(duì)于投資控制比較嚴(yán)格的項(xiàng)目，#采取對(duì)燃?xì)夤艿镭Q向進(jìn)行吊架固定，再每隔10 m設(shè)置一道橫向支架橫跨溝槽兩邊，將豎向吊架固定，然后進(jìn)行雨污水管道溝槽開挖。燃?xì)夤艿罏镻E管道時(shí)，中間增加一道鋼絲繩吊架，吊架具體做法見圖2（圖中DN為管道直徑，標(biāo)注尺寸均以毫米計(jì)）。

圖2 管道吊架斷面圖

2）新建管道管位緊張，按照常規(guī)設(shè)計(jì)無法鋪設(shè)

通常管道溝槽設(shè)計(jì)都是倒梯形斷面，管道兩側(cè)留有300～600 mm的空隙，方便施工，但有些項(xiàng)目特定部位因場(chǎng)地受限，現(xiàn)狀溝槽開挖寬度比設(shè)計(jì)管道直徑略小，導(dǎo)致管道無法鋪設(shè)。對(duì)于以上問題，結(jié)構(gòu)專業(yè)#通過與工藝專業(yè)配合，將管道做成方形箱涵（預(yù)制鋼筋混凝土箱涵或者鋼制波紋箱涵）或者小直徑雙管鋪設(shè)。地下水位較高地區(qū)預(yù)制箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮抗浮及接口防水問題。小直徑雙管設(shè)計(jì)時(shí)考慮雙管間距及防止下管堵塞問題。比如西寧市南川河某水污染治理工程，管道在現(xiàn)狀橋下方穿過。施工單位現(xiàn)場(chǎng)挖探孔發(fā)現(xiàn)，溝槽左邊是現(xiàn)狀橋墩，右邊是泄洪箱涵池壁，兩者凈距離1.2 m，設(shè)計(jì)管道直徑1.4 m，管道無法鋪設(shè)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)管道位置在南川河旁邊，地下水位很高，設(shè)計(jì)還需考慮管道抗浮問題。若采用預(yù)制鋼筋混凝土箱涵，現(xiàn)場(chǎng)沒有施工作業(yè)面，預(yù)制鋼筋混凝土箱涵無法吊運(yùn)到管道溝槽內(nèi)。采用小直徑雙管鋪設(shè)埋深滿足不了工藝專業(yè)規(guī)范要求，最后確定方案為預(yù)制鋼制波紋箱涵，凈截面尺寸為b（寬）×h（高）=1 m×1.5 m，箱涵通過底部增加素混凝土配重，頂部增加覆土滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求。另外，預(yù)制鋼制波紋箱涵#現(xiàn)場(chǎng)組裝（分片運(yùn)送，機(jī)械固定），施工較為靈活，縮短施工周期。

3）管道采用頂管施工，接口閉合不嚴(yán)實(shí)，閉水試驗(yàn)不合格

管道穿越道路或者河道時(shí)，考慮到交通組織、人員安全等因素，需要改變溝槽開挖方式，采用頂管施工。頂管施工常規(guī)做法有機(jī)械頂管和人工頂管。機(jī)械頂管多用在地下水位較高、周圍環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)[7]，查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)機(jī)械頂管一次性最大能頂通300 m管道[8-9]。人工頂管主要用在無地下水或地下水位較深的地區(qū)，查閱資料發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)人工頂管一次性最大能頂通100 m管道[10]。2種頂管方式都存在管道接口問題?，F(xiàn)場(chǎng)施工配合發(fā)現(xiàn)，管道閉水試驗(yàn)不合格主要是管道接口閉合不嚴(yán)，存在縫隙。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)#對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特殊處理，先將頂管施工完的管道接口縫隙處采用瀝青麻絲填實(shí)，內(nèi)襯12 mm內(nèi)罩鋼套環(huán)（鋼材為Q235B，防腐處理），然后采用1∶2水泥砂漿抹平鋼套環(huán)與管道接口處，具體做法見圖3（圖中標(biāo)注尺寸均以毫米計(jì)）。

4）混凝土管道因地基處理不當(dāng)，引起基礎(chǔ)沉降，導(dǎo)致管道接口處脫開，污水外溢污染土壤

西寧市“1·13”公交車站路面塌陷重大事故處理完畢，政府委托有關(guān)單位對(duì)西寧市管網(wǎng)進(jìn)行全面排查，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)存在的主要問題是管道間接口及管道與檢查井接口處理不當(dāng)，存在漏水，管道鋪設(shè)在濕陷性黃土層，濕陷性黃土遇水會(huì)發(fā)生沉陷，路基失穩(wěn)造成路面坍塌。對(duì)于上述問題，政府出臺(tái)相關(guān)文件規(guī)定：（1）公交站處管道必須素混凝土包封處理；（2）道路下部鋪設(shè)污水管道，對(duì)應(yīng)檢查井井口位置必須做鋼筋混凝土承載板。此種處理方式固然安全#靠，但從專業(yè)角度分析，管道受力是管道胸腔與底部共同受力[11]，管道周圍的回填土壓實(shí)度必須滿足設(shè)計(jì)要求（施工時(shí)通常忽略這一點(diǎn)，壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求），而管道基礎(chǔ)按照常規(guī)圖集設(shè)計(jì)即#，不需要按照文件規(guī)定的管道全包封處理，管道塌陷主要是管道接口處漏水，只需鋼筋混凝土包封管道接口即#，具體包封斷面做法見圖4（圖中標(biāo)注尺寸均以毫米計(jì)）。

圖4 鋼筋混凝土管接口詳圖

對(duì)于管道與檢查井接口位置，管道管材不同，處理方式不一樣。對(duì)于鋼管，在接口位置井壁埋設(shè)防水套管，與檢查井相接的管道，距離井壁1.5 m范圍內(nèi)管道基礎(chǔ)采用180°素混凝土基礎(chǔ)，根據(jù)管道溝槽斷面圖顯示，基礎(chǔ)由厚度C1和C2兩部分組成，厚度C1的墊層下部鋪設(shè)?8@200x200鋼絲網(wǎng)片，鋼絲網(wǎng)片延伸到檢查井底板墊層內(nèi)部不小于1.5 m。對(duì)于鋼筋混凝土管、鋼帶增強(qiáng)雙壁波紋管、球墨鑄鐵管，在井壁預(yù)留洞位置，沿管道外壁纏繞膨脹止水條兩道，管道與預(yù)留洞口縫隙采用瀝青麻絲搗實(shí)，外部采用防水砂漿抹平[12-13]。管道基礎(chǔ)及底部防沉降加固措施同鋼管處理措施。

3 總結(jié)

西寧市雨污分流管網(wǎng)改造項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工過程中遇到的常見問題及解決策略如下：

（1）新建管道與現(xiàn)有管道交叉碰撞，常規(guī)設(shè)計(jì)無法施工，#上穿或者下穿現(xiàn)有管道，對(duì)管道加固處理，并排鋪設(shè)管道無法移除時(shí)#設(shè)置豎向吊架固定管道。

（2）新建管道管位緊張，常規(guī)設(shè)計(jì)無法鋪設(shè)時(shí)，#采用小直徑雙管鋪設(shè)或者鋪設(shè)方形箱涵（包括鋼筋混凝土箱涵和鋼制波紋箱涵）。

（3）頂管施工管道，接口閉合不嚴(yán)實(shí)，#采取瀝青麻絲填實(shí)接縫，內(nèi)襯12 mm內(nèi)罩鋼套環(huán)，水泥砂漿抹平鋼套環(huán)與管道接口部位。

（4）未按圖施工，地基發(fā)生沉降，管道間接口及管道與檢查井接口處脫開，污水外溢，管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)#通過鋼混凝土包封管道接口及管道與檢查井接口特殊處理來解決問題。