城市排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷及應(yīng)對(duì)策略

摘要：指出了城市排水管道普遍存在各種病害和缺陷問(wèn)題，直接影響了排水系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，對(duì)管網(wǎng)的檢測(cè)與修復(fù)是管網(wǎng)運(yùn)維管理的重要工作。以武漢市南湖匯水區(qū)排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷為例，對(duì)缺陷的主要成因歸納為施工質(zhì)量、管材質(zhì)量和資產(chǎn)維護(hù)管理3方面，提出了應(yīng)對(duì)策略，具體為嚴(yán)控施工質(zhì)量和驗(yàn)收環(huán)節(jié)、采用智慧水務(wù)技術(shù)、運(yùn)用排水管道非開(kāi)挖修復(fù)新技術(shù)、加大排水管道新產(chǎn)品研發(fā)力度、變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理這5個(gè)方面。以供參考。

關(guān)鍵詞：排水管道;結(jié)構(gòu)性缺陷;施工質(zhì)量;智慧水務(wù);管道非開(kāi)挖修復(fù)

中圖分類號(hào)：TU821.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2020）04-0197-03

1 引言

排水管道是城鎮(zhèn)市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城鎮(zhèn)的“地下生命線”。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)飛速發(fā)展，現(xiàn)有排水管道規(guī)模不斷擴(kuò)大。然而，在管道總量增加的同時(shí)，部分管道已出現(xiàn)了不同程度的損壞和老化。《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程》（CJJ181—2012）對(duì)管道缺陷分為結(jié)構(gòu)性缺陷與功能性缺陷，并根據(jù)嚴(yán)重程度分為4級(jí)。結(jié)構(gòu)性缺陷（如：材料脫落、滲漏等）影響管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及使用壽命，功能性缺陷（如：沉積、結(jié)垢等）。結(jié)構(gòu)影響管道輸水能力性缺陷造成的危害相對(duì)更嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致城市污水漫溢、雨水漬澇，而且可能引起路面塌陷，威脅到人民財(cái)產(chǎn)及生命安全，需要高度重視。

最近幾年，中央有關(guān)部委相繼下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》等些列文件，要求對(duì)不符合要求的老舊管線系統(tǒng)化改造，恢復(fù)功能，消除隱患。但是，由于資金和技術(shù)原因，排水管網(wǎng)的維護(hù)管理與檢測(cè)還沒(méi)有形成科學(xué)化、系統(tǒng)化的機(jī)制，重建設(shè)、輕維護(hù)現(xiàn)象依然存在，造成了管網(wǎng)病害難以系統(tǒng)化地控制[1]。

管道結(jié)構(gòu)性缺陷和病害，范圍廣而且普遍。例如：在武漢南湖匯水區(qū)，排水管網(wǎng)核查發(fā)現(xiàn)1365處管道缺陷，其中結(jié)構(gòu)性缺陷342處，占比達(dá)25%;在武漢市東湖匯水區(qū)，檢測(cè)出751處管道缺陷，其中結(jié)構(gòu)性缺陷336處，占比高達(dá)45%。武漢南湖匯水區(qū)的排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷以破裂、變形、錯(cuò)口、脫節(jié)為主，其中破裂有172處，錯(cuò)口有95處，變形有58處，脫節(jié)有17處。

本研究結(jié)合武漢市南湖匯水區(qū)的情況，在分析排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷成因的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地提出一系列解決策略。

2 排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷成因分析

管道結(jié)構(gòu)性缺陷主要考慮的是土壤風(fēng)險(xiǎn)、管道本身風(fēng)險(xiǎn)[2，3]。前者取決于管道敷設(shè)位置的地質(zhì)狀況、動(dòng)荷載變化等;管道本身風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自管道自身的幾何尺寸、管材等。具體可理解為如下幾個(gè)原因。

2.1 施工質(zhì)量缺陷

（1）溝槽回填質(zhì)量。最常見(jiàn)的問(wèn)題是沒(méi)有用良性土或粗砂分層回填管道溝槽，而是用雜填土回填施工。這會(huì)導(dǎo)致管道溝槽胸腔回填密實(shí)度沒(méi)有達(dá)到要求，以致管側(cè)無(wú)抗荷載能力，荷載集中在管頂，使管道發(fā)生變形破裂。由于密實(shí)度不足而形成的軟土高壓縮性，管道容易出現(xiàn)縱向垂直變位[4]。特別是埋設(shè)塑料管材的溝槽，一旦管道變形失穩(wěn)，其破壞程度往往比混凝土管嚴(yán)重。以南湖匯水區(qū)為例，發(fā)現(xiàn)的58處管道變形病害均屬于塑料管材溝槽回填不合格所致。

（2）管道基礎(chǔ)處理質(zhì)量。對(duì)軟弱基礎(chǔ)處理不到位也會(huì)引起管道結(jié)構(gòu)性缺陷。仍以南湖匯水區(qū)為例，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的95處管道錯(cuò)口中有70處是砼管的基礎(chǔ)，17處管道脫節(jié)中有14處是砼管基礎(chǔ)。這樣的結(jié)果表明混凝土管道的抗不均勻沉降效果較差，這可能與混凝土管道管節(jié)短，管道接口較多有關(guān)。

2.2 管材質(zhì)量缺陷

剛度不夠的管材抗荷載抗變形的能力差，柔性不夠的管材承受變形的擾度低。選擇管材時(shí)這兩個(gè)方面的性能都要滿足。

市場(chǎng)上管材種類繁多，事實(shí)上給選擇合適的管材增加了難度。以HDPE為代表的各類化學(xué)管材成本高、種類多、其質(zhì)量良莠不齊，市場(chǎng)較為混亂。由于HDPE等塑料管材屬于石化衍生品，其原料價(jià)格受石油價(jià)格影響較大，因此一些不良廠家為了降低成本，通過(guò)添加塑料二次料、增大碳酸鈣投加量等方法增加環(huán)剛度，這降低了塑料管材的質(zhì)量和使用壽命。還有一些塑料管材從工藝上降低成本，采用鋼塑復(fù)合結(jié)構(gòu)（如：鋼帶增強(qiáng)管、塑鋼纏繞管、鋼塑復(fù)合管、中空壁塑鋼纏繞管等），但這些管材在地下水位高的南方地區(qū)使用時(shí)，因?yàn)榈叵滤佑|鋼帶與母材之間的裂隙后，會(huì)加速材料腐蝕，破壞管道結(jié)構(gòu)，廠商標(biāo)稱的50年使用壽命有待檢驗(yàn)。

傳統(tǒng)鋼筋混凝土管道的市場(chǎng)質(zhì)量也不容樂(lè)觀。由于砼管價(jià)格低，利潤(rùn)少，傳統(tǒng)混凝土管道的生產(chǎn)大廠日趨減少，目前供貨的大多是些山寨小廠，生產(chǎn)的混凝土排水管質(zhì)量不等，使用中容易開(kāi)裂。南湖匯水區(qū)共發(fā)現(xiàn)172處管道開(kāi)裂病害，其中160處屬于混凝土管道。

2.3 管網(wǎng)資產(chǎn)維護(hù)管理困難

在南湖匯水區(qū)排水管道檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)多處管道被異物侵入。一些排水暗管從管道側(cè)壁非法接人，破壞了管道結(jié)構(gòu)，例如：電纜從管道內(nèi)部穿越、排水管道被拖管破壞、自來(lái)水管橫穿排水管。這些侵入物不僅嚴(yán)重破壞了排水管道的使用功能，而且?guī)?lái)了安全隱患。遇到管道水位較高的情況時(shí)，日常維護(hù)難以發(fā)現(xiàn)，需要采用CCTV檢測(cè)才能發(fā)現(xiàn)破壞部位，增大了管道運(yùn)行維護(hù)的難度。

由于排水管網(wǎng)是地下隱蔽物，且大部分為重力流管道，因此被異物侵入后，其破壞的后果不像電纜、自來(lái)水、燃?xì)夤艿榔茐臅r(shí)呈現(xiàn)爆發(fā)性的嚴(yán)重事故，而是具有明顯的滯后性，往往數(shù)天或一場(chǎng)暴雨到來(lái)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此執(zhí)法和舉證較難。

3 應(yīng)對(duì)策略

3.1 嚴(yán)控施工質(zhì)量和驗(yàn)收環(huán)節(jié)

作為隱蔽工程，排水管道工程施工中需嚴(yán)抓分步驗(yàn)收，應(yīng)從管道質(zhì)量、溝槽開(kāi)挖及放線、管道基礎(chǔ)處理、管道安裝與連接、溝槽回填等5個(gè)方面嚴(yán)控質(zhì)量。

（1）管道質(zhì)量。選用口碑好的大廠產(chǎn)品，保證各類質(zhì)量證明報(bào)告齊全。除了抽檢之外，還可把質(zhì)量管理制度化，例如：由省或市級(jí)行業(yè)主管部門(mén)牽頭，對(duì)生產(chǎn)廠商產(chǎn)品質(zhì)量建立信用庫(kù)，合格者才能納入采購(gòu)對(duì)象。

（2）溝槽開(kāi)挖和放線。施工中，監(jiān)理應(yīng)對(duì)溝槽的寬度、高程、線型進(jìn)行復(fù)核，經(jīng)測(cè)量無(wú)誤后方能進(jìn)入下一道工序。

（3）管道基礎(chǔ)處理?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理要嚴(yán)抓管道基礎(chǔ)承載力檢測(cè)環(huán)節(jié)，管網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中的錯(cuò)口、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷很多就是因?yàn)楣艿阑A(chǔ)出現(xiàn)了問(wèn)題。

（4）管道安裝與連接。為避免滲漏發(fā)生，管道安裝和連接質(zhì)量是關(guān)鍵，混凝土管道承插或企口連接時(shí)一定要設(shè)置橡膠圈，建議采用遇水膨脹橡膠圈?；炷凉艿澜ㄗh采用管枕輔以砂石基礎(chǔ)，這種半剛性基礎(chǔ)可減少南方水網(wǎng)地區(qū)管節(jié)錯(cuò)口和脫節(jié)等病害的發(fā)生。

（5）溝槽回填。從管底基礎(chǔ)部位開(kāi)始到管頂以上0.5m范圍需采用良性土或粗砂按規(guī)范分層對(duì)稱回填，施工中應(yīng)采用人工輔以小型機(jī)械分層夯實(shí)。工程竣工未通水前，建議請(qǐng)第三方檢測(cè)單位采用CCTV進(jìn)行全線檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告提交水務(wù)接管單位，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方同意驗(yàn)收。

3.2 采用智慧水務(wù)技術(shù)

管網(wǎng)缺陷的探測(cè)是病害防治的基礎(chǔ)，也是管網(wǎng)維護(hù)運(yùn)行當(dāng)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。城市地下排水管網(wǎng)面廣量大，情況復(fù)雜，若對(duì)每一條管道都動(dòng)用CCTV、潛望鏡等技術(shù)設(shè)備進(jìn)行管道檢測(cè)，需要較長(zhǎng)的時(shí)間及較高的人力、物力成本。如果對(duì)管網(wǎng)的重點(diǎn)部位進(jìn)行有限次數(shù)的檢測(cè)，則有望通過(guò)抽樣獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)管網(wǎng)整體狀況有近似全面的、準(zhǔn)確的評(píng)估。一個(gè)完整的評(píng)估體系通常由最大缺陷值、管道缺陷的長(zhǎng)度平均值指標(biāo)、點(diǎn)數(shù)平均值指標(biāo)綜合后做出評(píng)估[5]。

管網(wǎng)的破壞和衰退整體上是個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，平時(shí)難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)細(xì)微缺陷問(wèn)題，地下的問(wèn)題積重難返才反映到地面漬水。如果缺乏有效的監(jiān)督管理，問(wèn)題很可能從量變引起質(zhì)變、小問(wèn)題變成大問(wèn)題。因此，在現(xiàn)有排水設(shè)施基礎(chǔ)上建立智慧水務(wù)平臺(tái)，加裝智能機(jī)器人巡檢監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)地下排水管網(wǎng)的全智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警、決策和處置，是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置各類管道缺陷的重要手段。

3.3 運(yùn)用排水管道非開(kāi)挖修復(fù)新技術(shù)

在社會(huì)和環(huán)境成本方面，管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)有明顯的優(yōu)越性。根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)規(guī)程》CJJ210-2014標(biāo)準(zhǔn)，管道非開(kāi)挖修復(fù)工藝有上十種，目前市場(chǎng)上常用的管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)主要有六種方法，分別為：紫外光固化工藝、熱塑成型工藝、管道墊襯工藝、螺旋纏繞工藝、管盾澆筑工藝、不銹鋼快速鎖法等，其適用條件如表1所示。

目前，紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)呈現(xiàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，值得關(guān)注和推廣，其他的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的管道非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)勢(shì)在必行[6]。

一般來(lái)說(shuō)，非開(kāi)挖修復(fù)適用于管道結(jié)構(gòu)沒(méi)有嚴(yán)重破壞的情形，因此混凝土管道結(jié)構(gòu)缺陷比塑料管材的結(jié)構(gòu)缺陷好修復(fù)一些。當(dāng)存在破裂、接口材料脫落缺陷，需要進(jìn)行點(diǎn)修時(shí)，局部原位固化修復(fù)工藝及不銹鋼快速鎖修復(fù)工藝均可對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，當(dāng)管徑d<500mm時(shí)，采用局部原位固化修復(fù)工藝，當(dāng)管徑d≥500mm時(shí)，采用不銹鋼快速鎖修復(fù)工藝。

3.4 加大排水管道新產(chǎn)品研發(fā)力度

目前市場(chǎng)上排水管材總體來(lái)說(shuō)分為鋼筋混凝土管、化學(xué)管材、金屬管材三類。鋼筋混凝土管具有強(qiáng)度高、剛度大、承載能力強(qiáng)、安全系數(shù)高、制造成本低、就地取材等優(yōu)點(diǎn)，但其內(nèi)壁粗糙、安裝效率低、接頭多、密封性差、運(yùn)輸困難、接口易破損等缺點(diǎn)也很突出;各類化學(xué)管材具有重量輕、韌性好、抗震性能好，水力特性好，抗腐蝕能力強(qiáng)、安裝方便、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在成本高、市場(chǎng)混亂、質(zhì)量參差不齊等缺點(diǎn);各類金屬管道如球墨鑄鐵管、鋼管等管材多用于帶壓力的排水輸送管道，在重力流排水管道上應(yīng)用并不多。

我國(guó)幅員遼闊，南北地質(zhì)、地貌差異較大，因此管材使用不能一刀切，必須符合當(dāng)?shù)貒?guó)情。

由于武漢河湖眾多，地質(zhì)構(gòu)造多為灰褐色的沖積砂、亞砂土、亞粘土沖積物或淤泥質(zhì)褐色亞粘土的湖積物，一般地面以下1.0m內(nèi)可見(jiàn)地下水，常有流砂出現(xiàn)，因此柔性管道較為適合本地區(qū)軟弱地質(zhì)。但柔性管道周邊一般回填粗砂，管道一旦出現(xiàn)破損滲漏，豐富的地下水可將周邊的粗砂隨管道縫隙帶走，形成空洞，繼而引發(fā)地面塌陷，而塌陷又加速了塑料管道的結(jié)構(gòu)破壞，自2018年12月湖北省政府發(fā)布禁止采挖河砂的通告后，武漢市溝槽回填粗砂綜合單價(jià)已逼近500元/m³，塑料管材在本地應(yīng)用的綜合優(yōu)點(diǎn)已不顯著，一些區(qū)擬在新建項(xiàng)目中采用球墨鑄鐵管作為市政污水重力流管材，因此研發(fā)適合江南水網(wǎng)區(qū)的排水管材迫在眉睫。目前雄安新區(qū)、福州、珠海等地陸續(xù)將球墨鑄鐵管選用為排水重力流管材，可能也是基于上述管道病害問(wèn)題的綜合考慮。

3.5 變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理

目前的維護(hù)管理中，通常的做法是：發(fā)現(xiàn)有什么問(wèn)題，就解決什么問(wèn)題;哪一片區(qū)域的問(wèn)題嚴(yán)重就優(yōu)先解決那一片區(qū)域排水的問(wèn)題。這在維護(hù)管理理念和技術(shù)發(fā)展的早期階段是最好的策略，也是不得已的策略。但是，現(xiàn)在隨著排水管線普查技術(shù)的提高，越來(lái)越多的管線、以致全部管段有望納入管網(wǎng)資產(chǎn)管理清單，也就為主動(dòng)全面的管理提供了必要的技術(shù)條件。

主動(dòng)管理最大的優(yōu)勢(shì)就是在問(wèn)題還沒(méi)造成嚴(yán)重危害時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，防止危害的發(fā)生。

（1）主動(dòng)發(fā)現(xiàn)管道病害。在對(duì)現(xiàn)有管線初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，總結(jié)管道病害的方式和發(fā)展規(guī)律，對(duì)管網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行篩查，有重點(diǎn)地對(duì)一些已經(jīng)發(fā)生病害的管道和病害危險(xiǎn)性較高的管道采取有針對(duì)性的措施，而不是被動(dòng)地等病害發(fā)生后在采取補(bǔ)救措施，也不是不分主次、不分輕重緩急地進(jìn)行大規(guī)模、全面性地普查。

（2）主動(dòng)采取防治措施。根據(jù)檢測(cè)得到的病害嚴(yán)重程度信息，分析不同病害產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度，并采取相應(yīng)的措施。

（3）充分利用已有的大數(shù)據(jù)和智慧水務(wù)管理與技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，大數(shù)據(jù)的獲取更加容易，對(duì)數(shù)據(jù)中隱含的信息提取和精煉將變得尤為重要。除了排水硬件（管渠、檢查井、雨水口、泵站等）需要及時(shí)養(yǎng)護(hù)建檔之外，還要對(duì)歸檔的各類信息進(jìn)行高效地提取和利用。智慧水務(wù)的建設(shè)，也可理解為水務(wù)建設(shè)的信息化。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能是采集數(shù)據(jù)，然而數(shù)據(jù)不是信息，只有經(jīng)過(guò)提煉、對(duì)數(shù)據(jù)值隱含的一般規(guī)律能做出總結(jié)，才稱其為信息。對(duì)信息的加工和提取以至于利用這些信息進(jìn)一步指導(dǎo)后續(xù)維護(hù)管理工作，才是水務(wù)管理者當(dāng)務(wù)之急。

4 結(jié)語(yǔ)

與城市水環(huán)境治理有關(guān)的很多工程建設(shè)，暴露出的問(wèn)題是在水里，但是其根源卻在岸上，關(guān)鍵在排口，問(wèn)題的核心則在排水管網(wǎng)。以武漢市南湖匯水區(qū)為例，排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷占比較多，主要原因有施工質(zhì)量、管材質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)三方面，因此要注意嚴(yán)控施工質(zhì)量和驗(yàn)收環(huán)節(jié)、運(yùn)用智慧水務(wù)技術(shù)、運(yùn)用排水管道非開(kāi)挖修復(fù)新技術(shù)、加大排水管道新產(chǎn)品研發(fā)力度、變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理，只有從多方面同時(shí)著手，才能有效地、逐步解決排水管道的結(jié)構(gòu)性缺陷帶來(lái)的危害。

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收稿日期：2020-01-08

作者簡(jiǎn)介：王曉靜（1972-），女，高級(jí)工程師，主要從事城市排水管網(wǎng)建設(shè)與維護(hù)管理.