污水管道闭水试验允许渗水量的评析
章志松
由于城市建设和环境保护的需要，苏州自80年代初以来，在地下敷设了大量的污水管道，并建起多座不同规模的污水处理厂。但随着污水处理厂的启动运行也发生了多起严重管道渗漏、断裂和下沉事故，使管道报废、路面下塌。这些事故的发生一部分是由于管道的施工质量问题，但也有一部分管道按《市政排水管渠工程质量检验评定标准》CJJ 3—90(以下简称《评定标准》)所做的闭水试验是合格的。笔者对一些报废的管道及所处的地质、水文情况进行了调查、分析，从中发现了其报废的原因。
1 分析与计算
经考察，闭水试验合格但报废的管道有两个特点：①管道埋置较深，均处于极易产生流砂、地下水丰富的轻亚粘土或细、粉砂土层中；②管道为污水厂或污水泵站的进厂管、离进水口较近的过河管道以及离河道较近的管段。例如苏州南环污水泵站进厂管的下沉，又如离该泵站不到170 m的张家桥污水过河管，在使用不到一年的时间就发生下沉，河西下沉62.2 cm，河东下沉89.6 cm，管内充满细砂。
为了弄清细砂是如何进入管道的，对沉管比较严重的南环泵站污水管道埋深处的土层进行了取样、筛分分析，试验记录如表1。
表1 南环泵站污水管道埋深处土样筛分记录
表1表明：该土层中>0.1 mm的颗粒占90.44%，超过75%，按路基土分类属细砂土。
同时还考察了按《评定标准》要求做闭水试验的情况。根据《评定标准》的要求，闭水试验的水位应为试验段上游管道内顶以上2 m，且在管道填土前进行，不考虑管道纵坡，污水管道闭水试验见图1。
图1 污水管道闭水试验
假设某段管径为D的污水管道闭水试验允许渗水量Q集中于一孔径为d的小孔渗流，且小孔位于管底。由于孔径
，闭水试验应在管道填土前进行，即管内的
水通过小孔直接渗流入大气中，且管壁厚度δ一般均>(3.5～4) d，所以污水管道闭水试验允许渗水量集中于一小孔，出流应属小管径短管的自由出流，其渗水孔径d可按“短管自由出流”的流量公式计算，即：
(1)
系统流量系数：
(2)
合并式(1)、(2)得：
根据《评定标准》中的“排水管道闭水试验允许渗水量”及上述公式，分别计算出混凝土或钢筋混凝土污水管道各种常用管径在10 m、100 m及1 000 m长时的允许渗水量Q及其集中渗水孔径d值(见表2)。
表2 混凝土或钢筋混凝土污水管道常用管径的Q及d值
比较表1和表2不难看出，细砂土层中占92.11%的<0.25 mm的砂土颗粒粒径比集中渗水孔的孔径小得多(按表2统计约为4～71 倍)，随着污水管道的启用，管外的地下水通过小孔向管内渗流，由于管道离污水厂、污水泵站较近，受进水泵的吸力较大，过河管及离河较近的管道地下水又特别丰富，向管内渗流的地下水将大量小于孔径的细、粉砂土颗粒源源不断地带入管内，形成流砂，日长时久势必把管基座下的土基掏空，使管道下沉、断裂、报废。
2 结论与建议
依笔者之见，《评定标准》中排水管道闭水试验的允许渗水量主要是受两个条件控制：①排水管道的渗水量不致造成地下水的污染；②排水管道的渗水量不致造成污水厂处理的污水数量超过其设计能力的允许范围。
一般情况下，《评定标准》中确定的允许渗水量能够确保污水管道的正常安全运行，但在易产生流砂的轻亚粘土及细、粉砂土层中铺设的污水管道，根据上述分析计算，这个允许渗水量显然是偏大了，即不能确保此类污水管道的正常安全运行。因此其闭水试验的允许渗水量应严格控制，当其值等于渗水孔径为0.1 mm时的渗水量，则从表1可以看出细砂土层中只有等于(当渗水量集中于一孔渗流时)或小于(当渗水量分散于几孔渗流时)总土重9.56%的土颗粒可以通过，这样发生砂土颗粒随地下水大量涌入管内的几率就会大大下降，从而基本上保证了污水管道在一段时期内的正常安全运行。
由于要求的渗水量是在一次闭水试验中集中渗水孔径为0.1 mm时的渗水量，所以其大小与管道长度无关，而与闭水试验的次数有关。同样长度的污水管道分段闭水的段落越多，只要其每段闭水试验的渗水量均等于或小于集中渗水孔径为0.1 mm时的渗水量，就可认为该段污水管道是安全的。
混凝土或钢筋混凝土污水管道各种常用管径在集中渗水孔径为0.1
mm时的渗水量见表3。
表3 集中渗水孔径为0.1 mm时污水管道渗水量
从表3可以看出，其渗水量是比较小的，若采用常规的“带井闭水法”很难测定渗水量的数值，因此建议采用不带井的“量筒法”来做闭水试验。
当然为确保在易产生流砂的土层中铺设的污水管道闭水试验的允许渗水量能达到上述要求，还必须从设计及施工两个方面采取必要的措施，如选择合适的管材和接口，用注浆加固地基，管子和窨井采用柔性连接，施工时严格遵守操作规程并采取有效的降水措施及选择合适的施工工艺等。
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作者单位：(苏州市政工程总公司)