城市排水管道损坏原因与修复对策
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由于排水管道的整体长度与其直径尺度相差悬 殊, 加之其十分脆弱的接口部位, 管道的整体刚度非 常弱, 其对地基的不均匀沉降或空洞产生位移的抵 抗能力极差, 只能被动变形。对于每节管道, 由于直 径较大, 管道很短, 而其刚度又相对较大, 节间管道 不可能随整体结构变形而变形。这种结构特性必然 使脆弱的接口部位对地基沉降十分敏感。当管线整 体结构变形时, 最大的不均匀沉降发生在接口处, 造 成接口处受损、断裂, 形成所谓铰接的链条结构。利 用弹性地基梁和渗流理论, 考虑到管道接头构造和 施工等因素对管道地基基床系数的影响, 对不同口 径和不同埋深的排水管道分析计算后, 得到以下有 关结论, 这些结论与前述的机理分析的有关论断基 本一致。
( 4) 同样口径的管道接头, 靠近窨井的接头开裂 的频率要高于远离窨井的接头, 而且前者裂缝首先 发生在管道接头的上半部, 其裂缝宽度一般也都大 于后者。另外, 窨井与管道相交的接头往往未按设 计要求施工, 存在着严重的漏水隐患, 造成大量流砂 漏入管道和窨井内, 因此围绕着窨井部位的地面沉 陷发生频率也相对较高。建议窨井与管道接口要采 取专门密封技术, 并且靠近窨井的几个接头尽量采 用柔性连接。
沉的原因是多方面的, 主要因素可概括如下: ( 1) 沟槽开挖施工会对流砂层产生扰动, 仅作一
般的平整、夯实对控制流砂层的运动是不够的, 在管 道上覆荷载的作用下, 在某些薄弱区域将会产生相 对较大的沉陷, 导致管道接头拉裂, 而管内外压力的 不平衡又进一步加剧对流砂层的扰动冲刷, 直至地 基及管道损坏和路面下沉。
除了管道严重错口或下沉必须开挖重埋的情况 外, 都应选用非开挖技术。经修复的管道, 一般应在 未来二三十年内甚至更长的时间里不再渗漏。所选 用的修复方法应具有价格优势, 其造价不宜高于开 槽修复的价格。在施工作业中, 尽量能实现无需在
给水排水 Vol 28 No 3 2002 77
干燥条件下( 甚至可以略带水) 操作, 可以在各种季 节和温度中施工, 并能应付少量的管口错位等。 4 2 大管的修复方法
闸北
2
2
1
5 23
普陀
1
73
1
4
79 35 6
静安
1
1 05
卢湾
21
徐汇
2
3
2
5 23
5 23
长宁
1
3
2
6 27
闵行
1
11
3 14
浦东
5
5 23
合计
13 1 18 165 13 9 3 222 100
所占比例/ % 5 8 0 5 8 1 74 3 5 8 4 0 1 4 100
保证埋管的施工质量, 将对施工技术的控制和管道 接头、窨井的设计提出更高的要求。管道不均匀下
( 6) 车辆严重超载, 在冲击荷载的作用下, 窨井 可能产生严重下沉, 造成管道接头错位开裂。
( 7) 管道铺设中, 因窨井的两水平轴线与管道轴 线斜交或截管等原因, 少量接头使用砖砌与窨井连 接, 砌体砌筑质量差, 造成窨井与管道的连接处严重 漏水、流砂涌入, 致使窨井和附近管道严重下沉。
( 8) 早期的管道接头多为刚性设计, 抵抗不均匀 沉降的能力很差, 加之接头构造防水设计考虑较少, 管道接头开裂漏水已存在先天不足。 3 管道非均匀沉降计算分析及其有关结论
在制定维修方案之前, 最好的作法是对人员无 法进入的中小型管道进行一次电视摄像检查。如果 管道内泥沙堵塞严重, 影响 T V 摄像机进入, 则需要 事先用绞车或高压冲射设备进行必要的清理。
对直径 800 mm 以下的中小型管道的修复方法 建议如下:
( 1) 位于粉质粘土或粉土地区, 地面严重塌陷, 接口错位达 5 cm 以上的严重损坏的管道, 因无法再 采用非开挖方式修复, 只能采用拆管埋管。
所谓的大管是指管径在1 000 mm 以上, 人员可 进入检修的管道。其修复标准, 应该更高一些, 应选 用更加可靠、使用寿命更长的方法, 修复的价格比支 管要高一些。
根据大管所处的不同地质条件、不同的施工质 量和损坏程度, 建议采用以下 4 种修复方法: 4 2 1 采用 PE 聚氯乙烯内衬
( 1) 粉质粘土的厚度超过 1/ 2 管径的地方。 ( 2) 出现粉土层的地方。 ( 3) 管道渗漏严重, 连续漏点多, 并且窨井也有 比较严重渗漏的地方。 为使聚氯乙烯与原管壁很好地粘合, 还要往两 者之间压入一层 PE 膜内衬。PE 内衬的价格比较 贵, 但抗渗漏效果好, 整体性和可靠性好, 使用寿命 长, 且能把窨井和管道结合部位进行有效的整体密 封加固。因此适宜用在地位最重要、地质条件最差、 损坏最严重的地方。 4 2 2 采用 PVC 内套环 ( 1) 粉质粘土的厚度小于 1/ 2 管径的地区。 ( 2) 接口渗漏比较严重, 但数量较少的单个渗漏 点。 ( 3) 采用注浆等方法修复以后又有重新发生渗 漏的地方。 PVC 套环比 PE 内衬便宜, 对单个接口的修复 效果好, 安装操作简单, 施工速度快。特别适用于接 口渗漏严重但数量很少的地方。 4 2 3 采用环氧玻璃钢内衬法进行加固 对直径 1 m 以上尚未采用 PE 内衬或 PVC 套 环加固的大管, 作为预防措施, 都可采用本法。玻璃 钢内衬价格比较便宜, 整体性好, 既可用于修补管道 接口, 又可用于修补窨井渗漏。在管道接口做过管 带的地方, 采用玻璃钢内衬法可以不必凿除管带就 可施工, 这无疑对加快施工速度、降低工程造价非常 有利。玻璃钢内衬的厚度比较薄, 所以建议用在轻 微渗漏、地质条件比较好的地方。 4 2 4 采用水泥注浆修复 尽管在本市以水泥注浆为主的堵漏和基础加固
( 5) 由不均匀沉降引起的接头裂缝, 可以引起管 外流砂的缓慢涌入, 涌入量的大小依赖于裂缝宽度、 接头构造、形式、埋深、地下水位的高低、管道基础的 质量以及周围土层的特性。地面沉陷多数成漏斗坑 状, 在 8 个月到 1 年内最大直径可达 3 m 左右, 甚至 更大。管道埋设越深漏斗坑越大。 4 修复方法的优化 4 1 选择修复方案的基本原则
施工、材料与设备
城市排水管道损坏原因与修复对策
陈立道 施兰章 朱保罗
提要 针对目前上海市排水管道所存在的损坏现象, 在调查研究的基础上, 对损坏状况进行了 统计分类, 分析了管道等的损坏机理, 并且通过计算分析了流砂地区因管道损坏渗漏而引起的地面 下沉和管道坍塌。在分析的基础上, 根据多年研究和积累的工程经验, 提出了软土地层修复排水管 道的优化方案。
( 2) 沟槽开挖或超挖使基底产生反弹、扰动后, 在回填土重量作用下, 又使反弹、扰动( 或超挖) 部位 产生较大的沉降值和差异沉降, 并使接口开裂。管 外高压地下水通过裂缝渗漏流入管内, 并带走粉砂, 使管外土体被局部掏空, 进一步增加差异沉降并使 开裂扩大, 大量流砂涌入管内, 恶性循环, 发生塌陷。
直径 800 mm 以下的管道人员无法进入管内检 修, 要确定损坏程度比较困难。目前检查和判断中 小型管道的损坏主要靠: 地面塌陷程度; 两窨井 之间的通光检查( 观察对面井内射来的手电光受阻 的程度来检查和判断管道损坏情况) ; ! 对管内沉积 物进行分析、判断( 如: 沉积物中含有的粉土量) 。
关键词 城市排水管道 管道损坏 地面下沉 修复方案 上海市
近年来, 随着我国经济的发展, 城市建设的规模 越来越大, 然而由于种种原因, 我国很多城市的排水 管道存在着不同程度的损坏现象, 给城市排水和地 面交通与通讯带来了后患, 严重影响了城市的环境 与市容。上海市每年用于管道抢修的费用高达千万 元之多, 成了市、区两级市政部门的沉重负担。如何 加以控制, 并在技 术上、经 济上选择合适的 修复方 案, 已引起人们的关注。经验表明要解决该问题, 单 靠一般的养护维修手段难以奏效, 往往顾此失彼, 甚 至恶性循环, 因此需要展开损坏防治技术的系统研 究。本文以上海市排水管道损坏的特点为例, 通过 对上海市 13 个行政区内的市政排水管道的损坏情 况调查, 研究分析了其损坏机理, 总结提出了相应的 治理对策, 以期为其他地区的城市提供借鉴。 1 损坏类型及区域分布统计
由统计结果可以看出, 损坏类型相对比较集中, 接口流砂渗漏是造成路面下沉与塌陷的主要原因, 下沉与塌陷主要集中在杨浦、虹口、宝山、普陀等几 个流砂现象比较严重的地区。在这种特定的地质条 件下实施开槽埋管无疑增加了施工作业的难度, 要
76 给水排水 Vol 28 No 3 2002
表 1 各区排 水管道损坏情况
行政区
损坏类型
各区
工业 硫化 砖管
窨井
接口流
废水 氢气 年久
开裂
砂渗漏
腐蚀 体腐 坍塌
下沉
沉陷/ 处
/ 处 蚀/ 处 / 处
/处
管道 接口 错位 /处
其他 /处
损坏 总数 /处
损坏 处比 例 /%
杨浦
4
虹口
40
7
9
22
4
1
51 23 36 16 2
宝山
16
1
17 7 7
南市( 原)
5
5 23
黄浦
4
4 18
( 3) 沟槽回填后, 拔桩引起的管沟地基的土层损 失, 严重松动了管 道的地基, 造成管道的不 均匀下 沉, 促使接头开裂。
( 4) 沟槽回填两侧不对称产生较大的水平位移 及管道间错位, 促使接头开裂, 发生塌陷。
( 5) 外界打桩振动, 挤压使粉砂产生扰动、液化, 土体结构被破坏, 待超空隙水消 散后, 管道 严重下 沉, 接头开裂。另外附近深基坑开挖, 井点降水引起 管道的不均匀沉降也会导致接头的开裂或窨井的严 重下降。
尽管水泥注浆价格比较便宜, 而且对地基加固 有好处, 但是考虑到干管的重要性, 长久性, 所以一 般认为, 水泥注浆不宜作为一种主体修复方法而只 能作为一种辅助修复方法。 4 3 中小型管的修复方法
( 4) 同样口径的管道接头, 靠近窨井的接头开裂 的频率要高于远离窨井的接头, 而且前者裂缝首先 发生在管道接头的上半部, 其裂缝宽度一般也都大 于后者。另外, 窨井与管道相交的接头往往未按设 计要求施工, 存在着严重的漏水隐患, 造成大量流砂 漏入管道和窨井内, 因此围绕着窨井部位的地面沉 陷发生频率也相对较高。建议窨井与管道接口要采 取专门密封技术, 并且靠近窨井的几个接头尽量采 用柔性连接。
沉的原因是多方面的, 主要因素可概括如下: ( 1) 沟槽开挖施工会对流砂层产生扰动, 仅作一
般的平整、夯实对控制流砂层的运动是不够的, 在管 道上覆荷载的作用下, 在某些薄弱区域将会产生相 对较大的沉陷, 导致管道接头拉裂, 而管内外压力的 不平衡又进一步加剧对流砂层的扰动冲刷, 直至地 基及管道损坏和路面下沉。
除了管道严重错口或下沉必须开挖重埋的情况 外, 都应选用非开挖技术。经修复的管道, 一般应在 未来二三十年内甚至更长的时间里不再渗漏。所选 用的修复方法应具有价格优势, 其造价不宜高于开 槽修复的价格。在施工作业中, 尽量能实现无需在
给水排水 Vol 28 No 3 2002 77
干燥条件下( 甚至可以略带水) 操作, 可以在各种季 节和温度中施工, 并能应付少量的管口错位等。 4 2 大管的修复方法
闸北
2
2
1
5 23
普陀
1
73
1
4
79 35 6
静安
1
1 05
卢湾
21
徐汇
2
3
2
5 23
5 23
长宁
1
3
2
6 27
闵行
1
11
3 14
浦东
5
5 23
合计
13 1 18 165 13 9 3 222 100
所占比例/ % 5 8 0 5 8 1 74 3 5 8 4 0 1 4 100
保证埋管的施工质量, 将对施工技术的控制和管道 接头、窨井的设计提出更高的要求。管道不均匀下
( 6) 车辆严重超载, 在冲击荷载的作用下, 窨井 可能产生严重下沉, 造成管道接头错位开裂。
( 7) 管道铺设中, 因窨井的两水平轴线与管道轴 线斜交或截管等原因, 少量接头使用砖砌与窨井连 接, 砌体砌筑质量差, 造成窨井与管道的连接处严重 漏水、流砂涌入, 致使窨井和附近管道严重下沉。
( 8) 早期的管道接头多为刚性设计, 抵抗不均匀 沉降的能力很差, 加之接头构造防水设计考虑较少, 管道接头开裂漏水已存在先天不足。 3 管道非均匀沉降计算分析及其有关结论
在制定维修方案之前, 最好的作法是对人员无 法进入的中小型管道进行一次电视摄像检查。如果 管道内泥沙堵塞严重, 影响 T V 摄像机进入, 则需要 事先用绞车或高压冲射设备进行必要的清理。
对直径 800 mm 以下的中小型管道的修复方法 建议如下:
( 1) 位于粉质粘土或粉土地区, 地面严重塌陷, 接口错位达 5 cm 以上的严重损坏的管道, 因无法再 采用非开挖方式修复, 只能采用拆管埋管。
所谓的大管是指管径在1 000 mm 以上, 人员可 进入检修的管道。其修复标准, 应该更高一些, 应选 用更加可靠、使用寿命更长的方法, 修复的价格比支 管要高一些。
根据大管所处的不同地质条件、不同的施工质 量和损坏程度, 建议采用以下 4 种修复方法: 4 2 1 采用 PE 聚氯乙烯内衬
( 1) 粉质粘土的厚度超过 1/ 2 管径的地方。 ( 2) 出现粉土层的地方。 ( 3) 管道渗漏严重, 连续漏点多, 并且窨井也有 比较严重渗漏的地方。 为使聚氯乙烯与原管壁很好地粘合, 还要往两 者之间压入一层 PE 膜内衬。PE 内衬的价格比较 贵, 但抗渗漏效果好, 整体性和可靠性好, 使用寿命 长, 且能把窨井和管道结合部位进行有效的整体密 封加固。因此适宜用在地位最重要、地质条件最差、 损坏最严重的地方。 4 2 2 采用 PVC 内套环 ( 1) 粉质粘土的厚度小于 1/ 2 管径的地区。 ( 2) 接口渗漏比较严重, 但数量较少的单个渗漏 点。 ( 3) 采用注浆等方法修复以后又有重新发生渗 漏的地方。 PVC 套环比 PE 内衬便宜, 对单个接口的修复 效果好, 安装操作简单, 施工速度快。特别适用于接 口渗漏严重但数量很少的地方。 4 2 3 采用环氧玻璃钢内衬法进行加固 对直径 1 m 以上尚未采用 PE 内衬或 PVC 套 环加固的大管, 作为预防措施, 都可采用本法。玻璃 钢内衬价格比较便宜, 整体性好, 既可用于修补管道 接口, 又可用于修补窨井渗漏。在管道接口做过管 带的地方, 采用玻璃钢内衬法可以不必凿除管带就 可施工, 这无疑对加快施工速度、降低工程造价非常 有利。玻璃钢内衬的厚度比较薄, 所以建议用在轻 微渗漏、地质条件比较好的地方。 4 2 4 采用水泥注浆修复 尽管在本市以水泥注浆为主的堵漏和基础加固
( 5) 由不均匀沉降引起的接头裂缝, 可以引起管 外流砂的缓慢涌入, 涌入量的大小依赖于裂缝宽度、 接头构造、形式、埋深、地下水位的高低、管道基础的 质量以及周围土层的特性。地面沉陷多数成漏斗坑 状, 在 8 个月到 1 年内最大直径可达 3 m 左右, 甚至 更大。管道埋设越深漏斗坑越大。 4 修复方法的优化 4 1 选择修复方案的基本原则
施工、材料与设备
城市排水管道损坏原因与修复对策
陈立道 施兰章 朱保罗
提要 针对目前上海市排水管道所存在的损坏现象, 在调查研究的基础上, 对损坏状况进行了 统计分类, 分析了管道等的损坏机理, 并且通过计算分析了流砂地区因管道损坏渗漏而引起的地面 下沉和管道坍塌。在分析的基础上, 根据多年研究和积累的工程经验, 提出了软土地层修复排水管 道的优化方案。
( 2) 沟槽开挖或超挖使基底产生反弹、扰动后, 在回填土重量作用下, 又使反弹、扰动( 或超挖) 部位 产生较大的沉降值和差异沉降, 并使接口开裂。管 外高压地下水通过裂缝渗漏流入管内, 并带走粉砂, 使管外土体被局部掏空, 进一步增加差异沉降并使 开裂扩大, 大量流砂涌入管内, 恶性循环, 发生塌陷。
直径 800 mm 以下的管道人员无法进入管内检 修, 要确定损坏程度比较困难。目前检查和判断中 小型管道的损坏主要靠: 地面塌陷程度; 两窨井 之间的通光检查( 观察对面井内射来的手电光受阻 的程度来检查和判断管道损坏情况) ; ! 对管内沉积 物进行分析、判断( 如: 沉积物中含有的粉土量) 。
关键词 城市排水管道 管道损坏 地面下沉 修复方案 上海市
近年来, 随着我国经济的发展, 城市建设的规模 越来越大, 然而由于种种原因, 我国很多城市的排水 管道存在着不同程度的损坏现象, 给城市排水和地 面交通与通讯带来了后患, 严重影响了城市的环境 与市容。上海市每年用于管道抢修的费用高达千万 元之多, 成了市、区两级市政部门的沉重负担。如何 加以控制, 并在技 术上、经 济上选择合适的 修复方 案, 已引起人们的关注。经验表明要解决该问题, 单 靠一般的养护维修手段难以奏效, 往往顾此失彼, 甚 至恶性循环, 因此需要展开损坏防治技术的系统研 究。本文以上海市排水管道损坏的特点为例, 通过 对上海市 13 个行政区内的市政排水管道的损坏情 况调查, 研究分析了其损坏机理, 总结提出了相应的 治理对策, 以期为其他地区的城市提供借鉴。 1 损坏类型及区域分布统计
由统计结果可以看出, 损坏类型相对比较集中, 接口流砂渗漏是造成路面下沉与塌陷的主要原因, 下沉与塌陷主要集中在杨浦、虹口、宝山、普陀等几 个流砂现象比较严重的地区。在这种特定的地质条 件下实施开槽埋管无疑增加了施工作业的难度, 要
76 给水排水 Vol 28 No 3 2002
表 1 各区排 水管道损坏情况
行政区
损坏类型
各区
工业 硫化 砖管
窨井
接口流
废水 氢气 年久
开裂
砂渗漏
腐蚀 体腐 坍塌
下沉
沉陷/ 处
/ 处 蚀/ 处 / 处
/处
管道 接口 错位 /处
其他 /处
损坏 总数 /处
损坏 处比 例 /%
杨浦
4
虹口
40
7
9
22
4
1
51 23 36 16 2
宝山
16
1
17 7 7
南市( 原)
5
5 23
黄浦
4
4 18
( 3) 沟槽回填后, 拔桩引起的管沟地基的土层损 失, 严重松动了管 道的地基, 造成管道的不 均匀下 沉, 促使接头开裂。
( 4) 沟槽回填两侧不对称产生较大的水平位移 及管道间错位, 促使接头开裂, 发生塌陷。
( 5) 外界打桩振动, 挤压使粉砂产生扰动、液化, 土体结构被破坏, 待超空隙水消 散后, 管道 严重下 沉, 接头开裂。另外附近深基坑开挖, 井点降水引起 管道的不均匀沉降也会导致接头的开裂或窨井的严 重下降。
尽管水泥注浆价格比较便宜, 而且对地基加固 有好处, 但是考虑到干管的重要性, 长久性, 所以一 般认为, 水泥注浆不宜作为一种主体修复方法而只 能作为一种辅助修复方法。 4 3 中小型管的修复方法
