经济开发区排水管线设计中的问题与对策探讨

1 经济开发区排水管线设计中的问题与对策探讨 朱贤良 1 宋朋金 2 1 浙江大学建筑设计研究院 杭州 310012 2 浙江大学城市学院 杭州 310015 摘 要 详细分析开发区排水管线设计中存在的问题 开发区分期建设中管 线衔接 平原地区排水管线埋深控制及软土地区排水管线设计等问题 提出相 应的对策 并分析优缺点 关键词 经济开发区 排水管线设计 埋深控制 分期建设 软土地基 1 1 概述 概述 近年来 各地开发区建设方兴未艾 开发区建设成为了各地政府 促进经济发展的一项重要措施 据统计 浙江省现有经国务院批准 的各类国家级开发区 个 经省人民政府批准的省级经济开发区 54 个 国家级 省级开发区是全省吸收外资最为集中 经济增长速度 最快的区域 是充满活力的经济增长点 国家级 省级开发区的建 设 有力地促进了全省经济发展 结构调整和产业升级 而一个基础设施完善 功能齐全 环境优美的开发区 能大大提 高开发区的品质 促进招商引资 支持地方经济发展 因此 对工 程设计人员来说 如何高质量的完成开发区的市政工程设计 是一 项十分重要的工作 本文综合本人近几年在参加开发区设计中 遇 到的一些关于排水管线设计方面的常见问题及解决方法 在此作一 总结 2 2 设计总结 设计总结 2 1 平原开发区排水管线埋深控制平原开发区排水管线埋深控制 一些平原开发区 地势平坦 而雨 污水管线一般均是重力流 2 故管线越往下游埋深越深 管径越大 这样 工程造价势必增加 对于污水管线 埋深越深除了管线部分工程造价增加之外 也会导 致污水提升泵房内的水泵扬程增加 相应增加能耗 因此 减少管道埋深 在实际工程中 具有重要意义 具体措施 有 2 1 1 利用塑料管材 应用于市政工程中的室外埋地排水管道管材主要有钢筋砼管 UPVC 管 HDPE 管 玻璃钢夹砂管 PRM 等 塑料管材中 UPVC 管公 称直径通常在 D200 D630 HDPE 管直径通常在 D400 D1200 玻璃钢 夹砂管直径通常在 D800 D2000 排水管材技术性能比较表 管材 指标 钢筋砼管UPVC 管HDPE 管 玻璃钢夹砂管 PRM 抗冲击性较差强强较强 密封性较差 易渗漏密封较好好较好 耐腐性一般较好好好 管壁粗糙度 n 0 01 0 014 内壁粗糙 n 0 009 0 01 内壁光 滑 水流阻力小 n 0 009 0 01 内壁 光滑 水流阻力小 n 0 01 内壁光 滑 水流阻力 小 管道自重较重轻轻轻 施工 施工机械多 工 期长 施工方便 工期短施工方便 工期短施工方便 经济性造价便宜 D 400 管道造价与钢 砼管基本持平 D 500 管道造价高 于钢砼管 25 以上 适用大口径管 道 造价高 由上表可知 UPVC HDPE 两种塑料管材粗糙系数 n 相比其它管材 要小 n 0 009 0 01 说明其内壁光滑 水流阻力小 根据谢才公式计算流速 3 2 3 1 2 1 vRi n i 水力坡度 R 水力半径 m n 粗糙系数 v 流速 m s 假设 i R 不变 分别代入不同的粗糙系数 n 则可知 塑料管的 流速约是钢筋砼管的 1 3 1 5 倍 即要达到同样的流速 采用塑料 管坡度可以放小 这样可以减少管道埋深 2 1 2 合理计算确定管道起点埋深 起点埋深往往受地块内的建筑出户管标高制约 由此往后根据管 道坡度推算 对于地块內地势较低洼处或建筑物地下室 半地下室 的排水 一定要考虑强排 不能照顾局部 而忽视大局 这样可以 降低管道起点埋深 2 1 3 放大管径 减少坡度 如污水管设计时 D300 管最小设计坡度为 0 003 新规范规定 如果为塑料管 则为 0 002 而将管径放大到 D400 其最小设计坡 度至少可降到 0 0015 以 500m 距离计算 D300 管坡降为 1 5m D400 管坡降为 0 75m 扣除管径之差 0 1m 仍可降低管道埋 深 0 65m 2 1 雨 污水管道交叉相碰时 利用交汇井 当雨 污水管道起始端一样时 往往支管与干管之间在标高上容 易会发生碰撞 这时 如果通过降低其中一根管道的标高以避免交 4 叉碰撞 显然会增加这根管道的埋深 此时 设计时可考虑采用交 汇井 如图 11 如上图 尽管雨 污水管道交叉时在标高上会发生碰撞 但由于采 用了交汇井 在交汇井中 雨水管断开 污水管不断开 故不用降 低其中一根管道的标高即可避免管道碰撞 一定程度上减少了管道 的埋深 需要说明的是 交汇井会影响雨水管出口的水流状态 降低雨水 管道的排水能力 且如污水管为塑料管 维护保养时管壁容易破损 但从降低管道埋深的角度来看 不失为一种好办法 对于它的缺点 可采取适当措施加以改进 如果通过加大污水管一侧的井宽 改善 水力条件 把污水管在穿井的管段改为钢筋砼管 来减小管道维护 时破损的可能性 2 1 5 其它措施 我国 室外排水设计规范 GB 50014 2006 4 3 1 条文规定 不 交汇井平面图 1 1 剖面图 5 同管径的管道在检查井中连接 宜采用管顶平接或水面平接 但是 为降低管道埋深 有时有些设计人员在管道连接时可能 会采用管内底平接 管中心平接 对于这两种管道连接方法 尽管 确实对减小管道埋深有一定效果 但是实际使用应慎重考虑 雨 污水管区别对待 对污水管道的设计有满流和非满流两种方法 我国按非满流进行 设计 之所以这样规定 主要原因是 为未预见水量的增长留有余地 防止污水漫溢 在管道横断面中留出适当空间 以利通风 便于疏通和维护管理 如果采用管内底平接 管中心平接 很难满足上述要求 而且 污水管如在满流状态下工作 污水中夹带的易燃易爆气体不容易得 到释放 浓度达到一定程度时遇到明火就会爆炸 故存在安全隐患 此类事故屡见不鲜 而雨水管则不存在安全方面的担忧 管径计算时也是按满流来考 虑 相对不利影响较少 综上所述 故不建议污水管采用管内底平接 管中心平接的方式 来降低管道埋深 而雨水管可酌情使用 2 2 开发区分期建设对管线的影响开发区分期建设对管线的影响 一般开发区由于规模较大 不可能一步到位 全面铺开搞建设 基本上根据企业进驻等情况逐步开发 整个建设期 5 6 年 乃至上 6 十年不等 分期建设对于道路 景观 路灯 交通标志标线等开发区基础设 施的使用一般影响甚少 而管线工程却是一个系统工程 整个管网 缺少其中一段 或泵房尙未建设 系统都不能投入正常使用 而管 线建设一般伴随道路建设进行 这就造成了开发区分期建设 特别 是路网 与管网的系统性之间的矛盾 要解决这一矛盾 需要采取 相应的措施 2 2 1 对于开发区的雨水管线 一般的设计原则是分散就近排入附近 的河道 但在开发区分期建设中 往往道路分期建设的范围与雨水 系统不相统一 这样 近期雨水排放就存在出路问题 对于这个问 题 在工程中可根据实际情况 采用以下方法解决 1 近期采用铺设临时管至就近水体 待远期工程建设时 废除或者 改造利用该临时管 新建的雨水管与已建雨水管共同组成整个雨水 系统 共同承担区块及道路雨水排放任务 见图 1 图 1 2 通过沟通管溢流排放 接入相邻的近期雨水已有出路的雨水系统 见图 2 7 图 2 2 2 2 对于污水管线 因其系统相比雨水系统范围要大得多 且污水 如临时排入河道 会造成水体污染 故分期建设对其影响尤其明显 设计中可采用以下方法解决 1 同雨水管线一样 通过沟通管沟通各污水小系统 充分利用已建 的污水管道 为近期排放提供通道 2 通过设置临时污水处理装置 处理已建的污水管道汇集的污水 待远期管网及污水处理厂建成后 废除污水处理装置 这种方法在杭州 90 年代城市开发时曾有应用 效果比较明显 它 很好的解决了由于管网不完善导致的污水无出路问题 缺点是污水 处理装置会增加一定的工程投资 需要指出的是 无论是临时管还是沟通管的方法 开发区雨 污 水的排放都只能暂时利用 是权宜之计 特别是沟通管溢流排放 由于流速较低 雨汚水难以在在短时间内迅速排放 容易造成排放 不畅 且管道内部易淤积 整个系统建成后 必须废除 封堵以上 所说临时管 使得雨污水的水流状态恢复正常 排放方向亦能够与 规划符合 8 2 2 3 对于丘陵地区的开发区 由于地形起伏 场地高程变化较大 在遇到分期建设问题时 还应根据地形特点 因地制宜 特别要注 意的一点是地块高程控制对排水管网的影响 丘陵地区的开发区 在分期建设的过程中 如果远期建设考虑到 土方平衡 地块利用等因素 与原规划有较大出入 即近 远期场 地 道路高程衔接有偏差 则往往会打乱整个排水管线的布局 使 部分管段埋深过深 甚至可能导致新建的排水管线难以接入现状排 水管 要避免这一问题 最重要的是在确定场地标高时 一定要树立全 局意识 丘陵地区地形不同于平原或山地 有其自己的特点 不能 强求把它平整到像平原一样 这样土方工程量太大 会增加工程造 价 但是 如果完全从减少土方平衡工程量角度考虑 尽量按照现 状 则高低起伏的地形不利于地块的利用及雨 汚水的排放 甚至 会出现局部低洼处雨 汚水需要强排 而且 这样做显然会降低整 个开发区的品质 因此 确定场地标高时 应结合土方平衡 管线 走向及埋深等因素 综合考虑 而一旦工程前期确定了地块高程 则后期工程中一定要严格按照这一高程来进行场地平整 决不能照 顾局部地块而影响大局 只有这样 排水管线才不会因开发区分期 建设而可能导致的近远期无法衔接 2 3 软土地区市政排水管线设计软土地区市政排水管线设计 在浙江很多开发区 特别是沿海地区的开发区 在排水管线设计 中 通常会碰到淤泥或淤泥质土等软土地基 由于软土是一种软塑 9 到流塑状态的饱和粘性土 天然含水量大 压缩性高 承载力低 很容易造成地基的变形和不均匀沉降 直接影响市政排水管道的结 构安全 导致管道不能正常工作 主要表现在 管道接口松脱和破坏 管身断裂 管道的沉降量大于排水管线的设计坡度 可能形成管道局部段 平坡 倒坡 降低管道的过流能力 地基的沉陷导致地下排水管线堵塞 使得雨污水从检查井涌出 造成漫溢 管道破坏后的漏水又可能对地基形成冲刷 造成整个周边地块 地基的破坏 甚至淘空基础 因此 必须采取措施防止和减少地基沉陷对给排水管道造成的危 害 保证管道的安全运行 我们一般从以下三个方面来考虑 1 柔化管道 采用自重轻 抗位移能力好的优质管材如塑料管 管道接口采用柔性接口 可减少地基的沉降并可适应部分地基沉降 所带来的管道变形 但塑料管在工作原理上与传统的刚性管不同 必须把管道周围一定范围内填土体作为管道结构一部分进行统一考 虑 沟槽回填的质量和密实度对管道的受力状态和变形影响极大 因此必须严格控制施工质量 2 强化地基 浙江省由于软土分布较多 近年来地基处理技术 发展很快 目前 用于市政工程管基处理的方法主要有 换土垫层 法 挤淤置换法 砂桩法 短木桩法 深层搅拌法等 各种处理方 10 法的原理及适用范围详见下表 管基的主要处理方法及适用范围管基的主要处理方法及适用范围 方法简要原理适用范围 换土 垫层法 将软弱土或不良土开挖一定深度 回填抗剪强度较大 压缩性较小的土 形成双层地基 适用于各种软弱地基的 浅层处理 挤淤 置换法 通过抛石或夯击回垫碎石置换淤泥 达到加固地基的目的 适用于厚度较小的淤泥 质地基 砂桩法 设置密实的砂桩置换同体积的粘性 土形成砂桩复合地基 以提高地基承载 力和加速地基土固结 适用于软粘土地基 短木桩 法 采用短木桩挤密 并与上部结构的 钢筋砼基础形成短木桩基础 适用于软土厚度小于 5 米 对于地下水变化幅度较 大或地下水具有较强腐蚀性 的地区 不宜使用 深层 搅拌法 利用深层搅拌机将水泥或石灰和地 基土原位搅拌形成圆柱状 格栅状或连 续墙水泥土增强体 形成复合地基以提 高地基承载力和减小沉降 适用于淤泥 淤泥质土 和含水量较高 地基承载力 标准值不大于 120KPa 的粘 性土 粉土等软土地基 3 改变传统的施工方法 当管道埋深较深时 对软土地基采用常 规的大开挖的施工方法会导致施工围护困难 若采用顶管施工 地 基不会沉降 管线变形小 并且可省去施工围护和地基处理的费用 所以综合造价并不高很多 下面对传统的大开挖施工和顶管施工进 行比较 大开挖施工和顶管施工的比较大开挖施工和顶管施工的比较 施工方法优点缺点 大开挖施工 造价较低 施工进度快 可结合检查井 一起实施 施工机械简单 对地面交通影响很大 对沿线基坑周围的建 构 筑物有 很大影响 埋深较大时 常规 12m 长的钢板桩 难以穿越软弱土层 对钢板桩的接 长 人工深度 拼缝要求均很高 否则 基坑极易发生漏水 流砂 11 顶管施工 不开挖路面 不拆迁 不破坏地面建筑物 不影响交通 不破坏环境 施工不受气候和环境的影响 不影响管道的段差变形 机械化程度高 省时 高效 安全 对施工机械 施工队伍技术水平有 较高要求 造价稍高 需进行详细的现场调查 如遇地下 障碍物处理难度较大 管线完成后 还要实施检查井 顶管工作井 接收井所占空间较大 单体造价较高 总的来说 各种措施的选择应遵循以下几个原则 1 处理方案的选择应遵循因地制宜 经济合理 技术可行的原则 2 处理工期应满足建设单位工期要求 3 应根据管道埋深 管道荷载