不均勻沉降對(duì)給排水管道的影響及管道防沉降措施

摘 要：地質(zhì)發(fā)生不均勻沉降時(shí)，穿越不同沉降區(qū)域處的給排水管道可能會(huì)因?yàn)槌两捣纸琰c(diǎn)兩邊產(chǎn)生的拉力不一致而被破壞。特別是埋地管線(xiàn)的損壞以及損壞的具體位置不能立刻被發(fā)現(xiàn)，而且開(kāi)挖維修的工作量也較大，對(duì)工程造成的損失較大?；诖耍崂斫o排水管線(xiàn)的防沉降措施，特別是針對(duì)地質(zhì)沉降大的回填土區(qū)域，采用有效的管道防沉降措施，減輕或避免這種地質(zhì)沉降帶來(lái)的管道破壞，減少因此帶來(lái)的維修工作和財(cái)產(chǎn)損失。針對(duì)地質(zhì)沉降對(duì)埋地管道的影響進(jìn)行分析總結(jié)，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)列舉了一些預(yù)防措施，以供相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的從業(yè)者參考。

關(guān)鍵詞：不均勻沉降；給排水管道；管道防沉降措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TU196.2" " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2024）10-0028-03

0 引言

地質(zhì)的不均勻沉降在工程中非常常見(jiàn)，其不均勻沉降的嚴(yán)重程度也因?yàn)樗幍刭|(zhì)構(gòu)造的不同和人為活動(dòng)的影響而不同。嚴(yán)重不均勻沉降會(huì)對(duì)該區(qū)域地上或者地下給排水管道造成較大的影響。給排水管道與土建的交界面最多，例如埋地的給排水管道、進(jìn)出戶(hù)的給排水管道、重力排水管道等等均會(huì)因?yàn)椴痪鶆虺两祮?wèn)題而對(duì)管道系統(tǒng)帶來(lái)不利影響甚至造成破壞損失。

目前的新建項(xiàng)目中對(duì)埋地管道防沉降措施的需求也逐漸增多，項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工中對(duì)這方面的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。

1 不均勻沉降發(fā)生的典型區(qū)域

地塊不均勻沉降差的存在會(huì)導(dǎo)致位于該地塊上的給排水管道應(yīng)力分布發(fā)生改變，從而對(duì)給排水管道帶來(lái)一系列的影響。在工程中不同區(qū)域的沉降值，往往跟地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤特性、地下水位變化、人為活動(dòng)等有著很密切的關(guān)系。沉降往往是持續(xù)而緩慢發(fā)生的，新建工程從表觀上并不能在早期快速發(fā)現(xiàn)不均勻沉降，但可以根據(jù)容易發(fā)生不均勻沉降的典型位置，結(jié)合地質(zhì)勘查情況進(jìn)行提前判斷和預(yù)防。

不均勻沉降發(fā)生的典型區(qū)域大多為強(qiáng)夯區(qū)和非強(qiáng)夯區(qū)的分界處。很多工程中都會(huì)對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，特別是位于人工填土、濕陷土、黃土等地基上的運(yùn)輸?shù)缆?、重型?chǎng)地。這些區(qū)域的地基經(jīng)過(guò)強(qiáng)力夯實(shí)處理后土壤固結(jié)，沉降量會(huì)明顯小于未進(jìn)行強(qiáng)夯處理的區(qū)域，。這就會(huì)在強(qiáng)夯區(qū)和非強(qiáng)夯區(qū)的分界處存在沉降差。表1是某項(xiàng)目中地勘單位提供的某地塊強(qiáng)夯前和強(qiáng)夯后的沉降量的對(duì)比，從表1可以看出，強(qiáng)夯前后沉降量差值為14.6 mm。

一些軟弱土層區(qū)域或地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在較大差異的區(qū)域，強(qiáng)夯區(qū)和非強(qiáng)夯區(qū)的沉降差值往往會(huì)更大。軟弱土包括松軟土、回填土等，其性質(zhì)不穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移，在重力作用下，土體會(huì)逐漸變形、壓縮，直至重新被壓實(shí)，沉降量一般較大[1]。

發(fā)生不均勻沉降的典型區(qū)域還有建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外邊緣處。建筑物例如廠房、裝置、公用工程房，構(gòu)筑物例如水池、管廊等施工時(shí)，除了會(huì)對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理外，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也常常采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)若較深，受力點(diǎn)會(huì)傳遞到地質(zhì)持力層。這種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降值非常小，而結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外的地質(zhì)則是自然沉降或僅僅做了強(qiáng)夯處理，這樣在基礎(chǔ)外邊緣處就會(huì)存在較大的沉降差值。圖1是某工廠廠房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外邊緣處的不均勻沉降情況，圖2是某工廠管廊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外邊緣處不均勻沉降的情況。

廠內(nèi)道路與市政道路分界處也容易發(fā)生不均勻沉降。廠內(nèi)道路的地基處理以及道路基礎(chǔ)做法需要根據(jù)廠區(qū)實(shí)際使用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，其與市政道路的做法常常存在一些區(qū)別。這樣會(huì)導(dǎo)致廠內(nèi)道路與市政道路的沉降速率、沉降值等均有所不同，可能存在一定的沉降差值。

2 不均勻沉降對(duì)給排水管道的影響

不均勻沉降對(duì)給排水管道的主要影響如下：①對(duì)于埋地給排水管道，由于自身重力和土壓力的影響而發(fā)生變形，導(dǎo)致應(yīng)力集中甚至破壞管道。②對(duì)于地上管道，管道的支撐結(jié)構(gòu)會(huì)由于不均勻沉降變得不穩(wěn)定或變形，從而導(dǎo)致管道受到變形或破壞。③對(duì)于重力排水管道，不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致排水管道的坡度發(fā)生改變，造成倒坡、滲漏及排水不暢的問(wèn)題。

埋地管道損壞以及損壞具體位置常不能立刻被發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后開(kāi)挖維修的工作量也較大，其在工廠中還可能會(huì)導(dǎo)致影響正常生產(chǎn)，帶來(lái)的損失較大。埋地污水管道還會(huì)導(dǎo)致污染地下水源。故針對(duì)埋地管道防沉降更應(yīng)有足夠的重視。

3 易受不均勻沉降影響的給排水管道分布典型位置

給排水管道位于上文中提到的不均勻沉降發(fā)生的典型區(qū)域中時(shí)，較易受到影響，針對(duì)易受不均勻沉降影響的給排水管道分布典型位置進(jìn)行總結(jié)。

3.1 穿越強(qiáng)夯區(qū)和非強(qiáng)夯區(qū)分界處的給排水管道

一般穿越強(qiáng)夯區(qū)和非強(qiáng)夯區(qū)可以是埋地給排水管道，也可以是通過(guò)管道支撐固定的地上管道，它們都會(huì)受到兩側(cè)不均勻沉降的影響，其中在分界處受到的影響最大。類(lèi)似的還有給排水管道穿越不同自然沉降區(qū)域，可能管道較長(zhǎng)，會(huì)穿越不同的自然沉降區(qū)域，區(qū)域本身并未進(jìn)行任何地基處理，比如采用局部穿越回填土或松軟土區(qū)域。

3.2 建筑給排水進(jìn)出戶(hù)管道

建筑給排水進(jìn)出戶(hù)管道（特別是埋地管道），其一端與建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)固定，穿結(jié)構(gòu)地坪、穿建筑外墻或管道敷設(shè)在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承臺(tái)上方，則此端與建筑結(jié)構(gòu)基本一致，幾乎不會(huì)沉降。另一端位于室外地坪中，處于自然沉降或地基處理后的自然沉降影響范圍內(nèi)，存在較大沉降差。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)外邊緣處的管道受不均勻沉降的影響是最大的。類(lèi)似的還有管道與其他構(gòu)筑物連接處，比如管道與水池的連接處。

3.3 埋地給排水管道上下管廊的部分

很多工廠內(nèi)的給排水管道存在一部分埋地敷設(shè)，一部分在管廊上敷設(shè)。因此從地下穿出地面上管廊或從管廊進(jìn)入埋地的這段管道易受不均勻沉降的影響。因?yàn)槠湟欢顺３９潭ㄔ诠芾壬?，而管廊常采用樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，沉降值基本為零。管道另一端埋入地下，受自然沉降或地基處理后的自然沉降影響，存在較大沉降差。

3.4 與市政管線(xiàn)連接的給排水管道

大部分工程都會(huì)存在與市政給排水系統(tǒng)的連接，管道接點(diǎn)處常常位于市政道路與廠內(nèi)道路的分界附近，易受兩側(cè)道路的沉降差值影響。

4 管道防沉降的措施

4.1 利用管道自然補(bǔ)償

不同材質(zhì)和不同尺寸的管道其最大彎曲撓度不同，可以利用管道的自然補(bǔ)償來(lái)抵消一定的不均勻沉降差值，即在不均勻沉降的兩端通過(guò)設(shè)置彎頭和一定長(zhǎng)度的直管段來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)應(yīng)力計(jì)算，可以獲得不同材質(zhì)和尺寸的管道在抵消不同沉降差值下所需要的最小直管段長(zhǎng)度，比如表2即不同規(guī)格鋼管在分別抵消25 mm和50 mm沉降差值時(shí)所需要的最小直管段長(zhǎng)度。

4.2 選擇合適的管道材料或合適的連接方式

可采用抗壓、抗彎性能好、剛度高的管道[2]，這類(lèi)管道不易受沉降影響而彎曲變形或斷裂，例如采用焊接連接的不銹鋼管道。 管道與管道之間可采用柔性連接方式，埋地管道采用可直埋的柔性接頭[2]。地上管道當(dāng)無(wú)法設(shè)置足夠長(zhǎng)度直管段進(jìn)行自然補(bǔ)償時(shí)，可在直管段中間設(shè)置金屬軟管或橡膠軟接頭，如圖3。管道和檢查井或管道和構(gòu)筑物也可采用柔性連接方式，例如采用柔性防水套管連接或者采用開(kāi)孔連接+柔性填料填充。

4.3 合理改變埋地管道敷設(shè)方式

對(duì)于一些比較重要的埋地管道不直接采用埋地敷設(shè)，而采用管溝敷設(shè)的方式。管溝內(nèi)可用柔性填料鋪墊，管道敷設(shè)在墊層上，或者管溝內(nèi)采用彈性管道支架或者柔性的管道基礎(chǔ)。例如，建筑給排水進(jìn)出戶(hù)管道室內(nèi)埋地部分可采用管溝敷設(shè)，這樣既可減少不均勻沉降的影響，也可方便地對(duì)埋地管道及時(shí)進(jìn)行觀察和維修。

4.4 對(duì)管道的基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理

對(duì)管道的基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理能夠最大限度減小沉降值。需對(duì)埋地管道或其檢查井、閥門(mén)井的下部地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，或者在埋地管道開(kāi)挖溝槽的底部澆筑一定強(qiáng)度的混凝土基礎(chǔ)，以最大限度減小管道下部地基的沉降。對(duì)地上管道，針對(duì)位于沉降區(qū)的管道基礎(chǔ)進(jìn)行加固，管道基礎(chǔ)采用深基坑或樁基礎(chǔ)，最大限度減小管道基礎(chǔ)的沉降。

4.5 采用彈性管道支架

采用彈性管道支架可以抵消一定沉降值的影響[3]。彈性支架可減緩由于不均勻沉降帶來(lái)的管道應(yīng)力集中問(wèn)題，從而減輕管道變形等問(wèn)題。彈性支承可以采用橡膠支座、彈簧支座等，具有較好的減振和減振效果，能夠吸收和分散管道的應(yīng)力。

4.6 合理設(shè)計(jì)管道布置

給排水管道布置設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到是否會(huì)有不均勻沉降的影響，如分析后認(rèn)為不均勻沉降的影響較大，則設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免管道穿越不均勻沉降較嚴(yán)重的區(qū)域。若無(wú)法避免，則應(yīng)根據(jù)不同情況選擇合適的管道防沉降措施。應(yīng)合理選擇管道支吊架固定點(diǎn)位置，盡可能避免分別位于不均勻沉降點(diǎn)兩側(cè)的相鄰支吊架固定點(diǎn)距離過(guò)近。

4.7 做好管道施工質(zhì)量把控

管道的施工質(zhì)量非常重要，施工質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到管道的強(qiáng)度。例如金屬管道的焊接和塑料管道的熱熔連接，應(yīng)做好焊縫的質(zhì)量檢查工作，避免因焊縫不合格而導(dǎo)致焊縫處受不均勻沉降影響而損壞。承插柔性連接的管道應(yīng)保證連接的嚴(yán)密性，以免受變形影響而滲漏。

4.8 做好管道的防護(hù)工作

管道的防護(hù)工作也是非常重要，例如針對(duì)埋地金屬管道，應(yīng)嚴(yán)格把控管道表面防腐層的施工質(zhì)量，延長(zhǎng)管道的使用壽命，避免因防腐措施不到位導(dǎo)致管道銹蝕進(jìn)而降低了管道強(qiáng)度，使其更易受到不均勻沉降的影響而損壞。地上管道應(yīng)做好表面防腐涂漆。

5 結(jié)束語(yǔ)

影響給排水管道防沉降措施選擇的因素有很多，如不同地質(zhì)的情況、場(chǎng)地的施工和夯實(shí)情況、管道布置的方案選擇、管道的材質(zhì)選擇、管道應(yīng)力情況分析等。在實(shí)際工程中，根據(jù)地勘情況充分認(rèn)知到所處場(chǎng)地區(qū)域地質(zhì)沉降的嚴(yán)重程度，根據(jù)沉降情況來(lái)進(jìn)行分析其對(duì)給排水管道的影響。需要結(jié)合多種因素，做到優(yōu)化成本和可行性，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、成本節(jié)約的給排水管道防沉降措施。

參考文獻(xiàn)

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