劉 海 俊

(晉中市市政工程管理中心，山西 晉中 030600)

市政道路埋設(shè)塑料排水管道塌陷原因分析

劉 海 俊

(晉中市市政工程管理中心，山西 晉中 030600)

結(jié)合工程實(shí)例，從地質(zhì)條件、管道位置、施工工藝等方面，分析了城市道路埋設(shè)塑料排水管道發(fā)生塌陷的原因，并提出了針對(duì)性的解決措施，以保證市政工程的施工質(zhì)量，從而提高社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

道路，排水管道，路面塌陷，壓實(shí)度

0 引言

隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大，塑料排水管道以其內(nèi)壁光滑、抗腐蝕性能強(qiáng)、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、安裝方便及施工速度快、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于市政雨水、污水排水管道工程中。目前工程中常見(jiàn)的埋地塑料排水管主要有3類：硬聚氯乙烯(PVC-U)，高密度聚乙烯(HDPE)和玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管(RPM)。市政排水管道常伴隨著道路建設(shè)埋設(shè)于路面下，卻往往會(huì)因?yàn)楣艿赖氖┕べ|(zhì)量問(wèn)題，使城市道路路面發(fā)生塌陷。一些城市的道路在建成后不久便發(fā)生連續(xù)、多次塌陷，被戲稱為“塌塌不休”“坑坑不息”，這與地下管線尤其是排水管道的工程質(zhì)量好壞有著直接的關(guān)系。作者根據(jù)多年施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合城市道路埋設(shè)塑料排水管道發(fā)生路面塌陷的實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析，通過(guò)分析其原因，針對(duì)性地提出幾點(diǎn)防治措施。

1 工程背景

某市城區(qū)從2006年開始實(shí)施雨水、污水分流改造施工，污水管道大量使用塑料排水管道，主要為高密度聚乙烯(HDPE)雙壁波紋管及鋼帶增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管。但近年來(lái)，深埋地下的塑料排水管道問(wèn)題頻發(fā)，因管道漏水問(wèn)題引發(fā)了多次不同程度的路面塌陷，一度讓人對(duì)其性能產(chǎn)生懷疑。這既可能是設(shè)計(jì)不當(dāng)，也可能是施工質(zhì)量問(wèn)題，需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

某道路污水管道建成于2006年，敷設(shè)管徑1 000 mm的鋼帶增強(qiáng)聚乙烯(PE)螺旋波紋管2 750 m，管道環(huán)剛度不小于10 kN/m2。施工時(shí)分為A,B兩個(gè)標(biāo)段，均與市政道路同時(shí)新建，由兩個(gè)不同的施工單位進(jìn)行施工。其中A標(biāo)段污水管道埋設(shè)于機(jī)動(dòng)車道路面下，B標(biāo)段污水管道埋設(shè)于道路南側(cè)機(jī)非分隔帶下。隨著污水處理廠配套管網(wǎng)的建成，該段污水管道于2011年開始投入運(yùn)行。2012年年初，B標(biāo)段埋設(shè)污水管道的綠化分隔帶及兩側(cè)瀝青路面分段發(fā)生塌陷，3座污水檢查井下沉約50 cm，地面沉陷多數(shù)呈漏斗坑狀，有部分路面塌陷至機(jī)動(dòng)車道第二條車道位置，綠化分隔帶及兩側(cè)路面出現(xiàn)起伏。A標(biāo)段污水管道位置路面未出現(xiàn)下沉。

2 路面塌陷原因分析

路面塌陷是因路基土被水沖刷、潛蝕，土粒隨水流失引起的。土產(chǎn)生流砂或潛蝕的主要原因有土的類別、密實(shí)程度、顆粒級(jí)配、透水性和動(dòng)水等等。在動(dòng)水力的作用下，級(jí)配不良、土質(zhì)疏松的細(xì)砂或粉土容易發(fā)生流砂或潛蝕現(xiàn)象。在對(duì)B標(biāo)段路面塌陷處管道開挖修復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，塌陷嚴(yán)重地段的污水管道豎向完全變形，基本被壓扁，管道周圍土體呈現(xiàn)液化流動(dòng)狀態(tài)，上游的管道內(nèi)淤積大量泥土，淤積深度約2/3管道高度。直觀上看B標(biāo)段路面塌陷的直接原因就是污水管道漏水，管道周圍土體流失后，塑料管道無(wú)法承受上部覆土荷載而發(fā)生塌陷。但與B標(biāo)段相比，A標(biāo)段位于機(jī)動(dòng)車道路面下，還要承受車輛荷載，卻全段路面未發(fā)生一處塌陷，管道由同一廠家供貨，規(guī)格一致，說(shuō)明管道材質(zhì)沒(méi)有問(wèn)題，就需要從兩個(gè)標(biāo)段不同施工單位的細(xì)部差異上來(lái)尋找答案。作者通過(guò)對(duì)2006年工程施工時(shí)自己觀察到的實(shí)際情況進(jìn)行回憶，同時(shí)查閱了工程竣工檔案資料，根據(jù)B標(biāo)段塌陷部位開挖修復(fù)時(shí)觀測(cè)的數(shù)據(jù)以及對(duì)兩個(gè)標(biāo)段的施工技術(shù)人員、監(jiān)理人員的走訪調(diào)查，整理出兩個(gè)標(biāo)段污水管道施工主要差異情況見(jiàn)表1。

表1 兩個(gè)標(biāo)段污水管道施工主要差異情況調(diào)查表 m

參照表1中兩個(gè)標(biāo)段的主要差異情況，分析如下。

2.1 不良地質(zhì)條件影響

A標(biāo)段與B標(biāo)段所處工程地質(zhì)條件基本相同，土層為粘性土、粉土與砂土交互沉積層，顆粒相對(duì)較細(xì)，且存在流砂層，土層性質(zhì)較差。A標(biāo)段污水管道平均埋深4.5 m，管底平均深度位于地下水位線以下約0.5 m；B標(biāo)段污水管道平均埋深5 m，管底平均深度位于地下水位線以下約1.6 m。兩個(gè)標(biāo)段污水管道施工時(shí)均采用井點(diǎn)降水，B標(biāo)段整個(gè)管道均位于地下水位線以下，一旦管道存在縫隙，地下水就會(huì)滲透進(jìn)入污水管道，在動(dòng)水壓力作用下，細(xì)粒土隨水流失進(jìn)入污水管道，時(shí)間一長(zhǎng)，管道周圍逐漸形成空洞，路面就會(huì)發(fā)生塌陷下沉。

2.2 管道基礎(chǔ)與溝槽回填

兩個(gè)標(biāo)段管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同，設(shè)計(jì)要求管底基礎(chǔ)采用20 cm厚砂墊層，管底至管頂以上50 cm范圍用砂回填，設(shè)計(jì)并沒(méi)有明確是采用哪種規(guī)格的砂。于是A標(biāo)段施工單位對(duì)管底墊層及管周圍回填材料使用了由天然砂礫過(guò)篩加工制成的粗砂，B標(biāo)段使用了瀟河砂，粒徑偏細(xì)，容易隨水流失，承載力較差。A標(biāo)段溝槽底部寬度比B標(biāo)段寬0.4 m，管道每側(cè)回填寬度均比B標(biāo)段寬0.2 m，根據(jù)埋地塑料管通過(guò)“管土共同作用”來(lái)承受管頂上部荷載的機(jī)理，A標(biāo)段管道兩側(cè)土體受力情況要明顯優(yōu)于B標(biāo)段。設(shè)計(jì)要求車行道下管道溝槽全部采用天然砂礫回填，其余部位溝槽采用素土回填。按照設(shè)計(jì)要求，A標(biāo)段污水管道位于車行道下，管頂50 cm以上回填材料采用天然砂礫；B標(biāo)段污水管道管頂50 cm以上回填材料采用素土，土體承載力低于A標(biāo)段。B標(biāo)段管道周圍采用細(xì)砂進(jìn)行回填，在管道出現(xiàn)滲漏時(shí)，細(xì)砂極易隨水流失，使管壁外側(cè)土體失去承載力，是發(fā)生路面塌陷的主要原因。B標(biāo)段施工人員對(duì)塑料管道的“管土共同作用”受力機(jī)理認(rèn)識(shí)不到位，為了少挖土方，溝槽開挖寬度窄，管道兩側(cè)工作面寬度不夠，無(wú)法對(duì)管底腋角部位及管兩側(cè)有效夯實(shí)，使管壁所受應(yīng)力較大，周圍土壤承受外壓負(fù)載較小，導(dǎo)致管道發(fā)生變形開裂，路面出現(xiàn)下沉。

2.3 管道位置影響

A標(biāo)段污水管道位于機(jī)動(dòng)車道瀝青路面下，溝槽回填密實(shí)度高，地面降水難以滲入管道溝槽；B標(biāo)段管道位于4 m寬綠化分隔帶下方，施工單位對(duì)回填土壓實(shí)度重視程度不足，溝槽回填土不密實(shí)，綠化灌溉用水及雨水滲入溝槽，回填土及分隔帶兩側(cè)路基受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生變形、下沉，也是造成路面塌陷的原因之一。在對(duì)B標(biāo)段管道開挖修復(fù)時(shí)證實(shí)綠化分隔帶下回填土較溝槽兩側(cè)原狀土松散，回填并不密實(shí)。

2.4 施工工藝影響

B標(biāo)段地下水位高，施工單位在井點(diǎn)降水后，地下水位還沒(méi)有降到溝槽底面0.5 m以下便開挖溝槽，溝槽底部土壤含水量高，開挖后使基底產(chǎn)生反彈、擾動(dòng)，在管道鋪設(shè)完成后上部回填土重量作用下，又使反彈、擾動(dòng)(或超挖)部位產(chǎn)生較大的沉降值和差異沉降，管底鋪設(shè)的20 cm厚細(xì)砂墊層并不能抵抗槽底產(chǎn)生的較大形變，管道豎向形變超過(guò)允許變形率，使管體或接口開裂。管道基礎(chǔ)薄弱也是路面發(fā)生塌陷的原因之一。

污水檢查井設(shè)計(jì)采用磚砌結(jié)構(gòu)，施工單位在塑料管道與檢查井連接時(shí)，砌筑質(zhì)量差，管外壁與磚砌體間未做特殊處理，造成檢查井與管道的連接處漏水，管外地下水通過(guò)裂縫滲漏流入井內(nèi)，并帶走細(xì)砂，使管外土體被局部掏空。管道投入運(yùn)行后，管內(nèi)污水流量較大，通過(guò)縫隙不斷沖刷管道外側(cè)細(xì)砂，加速了管外土體流失進(jìn)程，致使檢查井和附近管道嚴(yán)重下沉，發(fā)生塌陷。

3 防治措施

1)針對(duì)地下水位高、管道基礎(chǔ)地質(zhì)條件不良導(dǎo)致管道和基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷問(wèn)題，應(yīng)注重對(duì)管道基礎(chǔ)采取加固措施?？稍诠艿赖撞肯蠕?0 cm～30 cm厚碎石墊層，再鋪設(shè)10 cm厚中粗砂墊層，可有效增強(qiáng)管道對(duì)地基的不均勻沉降產(chǎn)生位移的抵抗能力，使管道豎向變形率控制在較小范圍以內(nèi)。2)溝槽回填材料與壓實(shí)度控制?；靥畈牧喜捎么稚靶Ч^好，盡量不使用粒徑偏細(xì)的中砂。對(duì)管道設(shè)計(jì)土弧基礎(chǔ)支承角范圍內(nèi)的腋角部位，必須回填密實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到95%以上?；靥顣r(shí)要注意從管道、檢查井等構(gòu)筑物兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱回填，確保管道及構(gòu)筑物不產(chǎn)生移位。分層夯實(shí)厚度控制在15 cm以內(nèi)，同時(shí)要防止管道受兩側(cè)回填擠壓發(fā)生向上移動(dòng)，避免管道高程發(fā)生變化。要嚴(yán)格控制管底、胸腔、管頂以上溝槽各部位回填土壓實(shí)度，對(duì)回填土分層取樣檢驗(yàn)，壓實(shí)度檢驗(yàn)不合格不得繼續(xù)進(jìn)行回填。無(wú)論管道位于車行道下還是綠化帶下，都要回填密實(shí)，使管道與土共同受力，避免塌陷事故發(fā)生。3)為防止發(fā)生滲漏，管道與檢查井連接采用橡膠密封圈柔性連接做法，按管道承口內(nèi)徑尺寸預(yù)制混凝土圈梁，砌筑檢查井時(shí)將圈梁按照管道軸線、高程砌入井壁，再將套上橡膠圈的管道插入圈梁內(nèi)。井內(nèi)抹灰時(shí)用1∶2防水砂漿對(duì)混凝土圈梁與井壁接縫重點(diǎn)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

道路埋設(shè)塑料排水管道發(fā)生塌陷除了地質(zhì)條件不良、管道基礎(chǔ)薄弱、回填不密實(shí)、回填材料不合理、管道與檢查井連接處漏水等因素外，還可能是管道質(zhì)量、接口、安裝等因素，但主要還是施工質(zhì)量問(wèn)題。塑料排水管道施工技術(shù)要求較高，只要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求及施工規(guī)范進(jìn)行施工，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高施工隊(duì)伍技術(shù)水平，有理由相信，埋地塑料排水管將有無(wú)限廣闊的前景和未來(lái)。

Analysis on municipal road buried plastic drainage pipeline collapse causes

Liu Haijun

(JinzhongMunicipalEngineeringAdministrationCenter,Jinzhong030600,China)

Combining with engineering examples,starting from aspects of geological conditions,pipeline location and construction technology,the paper analyzes urban road buried plastic drainage pipeline collapse causes,and puts forward corresponding solving measures,with a view to guarantee municipal engineering construction quality and to improve social and economic benefits as well.

road,drainage pipeline,pavement collapse,compaction degree

2015-10-21

劉?？?1974- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0147-02

U417.3 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A