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市政给排水管道工程结构设计要点

本站     2020-10-17 10:07:07    

随着我国社会经济的持续发展,人们生活发生了翻天覆地的变化,更离不开市政工程建设,其在很大程度上体现了一个城市的发展水平和综合实力,提高工程质量是促进城市发展前进的重要保证。市政给排水管道的结构设计极其重要,是其可否长期有效地发挥自身价值的关键。本文主要分析了市政给排水管道工程结构设计中的地基处理,同时就管槽回填、基坑支护设计以及抗震设计方面进行了研究和探讨。市政给排水管道在实际运行中,由于各种原因导致管道脱节、变形过大、管体破坏、不均匀沉降等问题,从而引发管道渗漏、上部结构开裂、压力下降、邻近建筑物基础下陷、地面和道路沉降等危害。因此,可以看出给排水管道的结构设计在整个市政工程中举足轻重。虽然结构设计在市政给排水管道工程设计中处于辅助地位,但只要实现与给排水专业密切配合、科学设计,相关问题也就可以避免或得到有效解决,从而提高市政给排水管道使用的安全性和稳定性。

一、管道地基处理

当管道直接敷设在软土、液化土、回填欠密实土地基上时,地基的不均匀沉降是导致管道发生事故的主要原因。因此,地基强度、不均匀沉降以及稳定性,对于地基来说非常重要。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时,尤其是已经超出了管道的不均匀沉降允许范围时,会导致管道过量下沉,接口开裂,管道无法正常使用。因此,必须要有效处理管道不良地基。管道地基处理常用方法有:换填、抛石挤淤、预制钢筋砼方桩和水泥搅拌桩等,这些处理的措施应按建筑地基处理技术规范执行。1.开槽法施工的地基处理管道基础的地基处理,要将管材、施工场地和工期、土质情况,包括对地面交通影响等因素着重纳入考虑范围之内,具体问题具体分析,选择正确的地基处理方法。当进行明挖施工时,可采用以下方法:换填法、高压旋喷桩法和水泥深层搅拌桩法等。(1)换填法适用于浅层软弱地基处理,将软弱土层挖去后分层压实回填粗砂碎石,通常是管道下2m范围内有持力层时比较适用。假设换填厚度过大,不仅增加了换填材料造价,无法控制沉降量,而且伴随着开挖深度增大,则会产生更高的支护费用。另外,由于大多数城市地下水位较高,而且一般都是在老城区进行截污管施工,开挖过深,假如无法有效止水,则会由于地下水流失导致周围地陷,然后民房或路面会因此开裂,产生不必要的费用,因此换填深度最好是控制在2m以内。(2)抛石法抛石挤淤,指的是在软土中投入片石,将淤泥挤出,以提高地基强度的措施。该种方法优点在于不用挖淤,无需抽水,便捷和方便操作。在较稀的软土较为适用,表层无硬壳,厚度薄,这样片石可以沉达到底部。具体来说,抛石挤淤法通常适用厚度小于4m的软土层,且表层无硬壳的具有触变性的流塑状的饱和淤泥或淤泥质土的处理。(3)预制钢筋砼方桩预制钢筋砼方桩,是指在预制构件加工厂预制,然后进行养护,强度达到设计要求后,将其运输到施工现场,用打桩机打入土中,然后在桩的顶部浇筑承台梁(板)基础。其施工优点主要是:高效的机械施工效率,施工现场文明施工效果好,使用静压法施工,环境噪声污染较小。然而缺点在于:单桩承载力低,且施工挤土效应较大,因此,在施工时,要对周边道路管线及临近建筑物做好保护工作。(4)高压旋喷桩法处理淤泥、淤泥质土,流塑或可塑粘性土,以及粉土、砂土和碎石土等地基的时候,采用高压旋喷桩法比较适宜。由于桩机较小,适用于施工场地狭窄的地方,但费用较大,其每延1米所需的费用,采用水泥土深层搅拌桩的话,只需要四分之一即可,因此,在无法采用水泥土深层搅拌桩法的情况下,而且在软土层厚度大于5m且施工场地狭窄、空间矮小,使用该种方法比较适合。(5)水泥土深层搅拌桩法水泥土深层搅拌桩法,适用于持力层在现状地面以下18m范围内的情况。其工作原理是将水泥固化剂和地基软土就地搅拌混合,搅拌时不会使地基土侧挤出,几乎不会影响周围建筑物。施工有着安静、环保等特点,在市区内施工不受影响。然而水泥搅拌桩法施工时,如若遇低洼处,应进行回填土和加以压实;桩机较大,所需施工场地大,由于是复合地基,而且水泥土搅拌桩施工较慢,因此要对复合地基承载力进行检验,荷载试验耗时较长,同时桩身强度要达到荷载条件,且在成桩28d后进行;搅拌桩总桩长在20m以内为宜;对于持力层在现地面以下18m范围内较为适宜;同时其工期充裕,施工场地大,管道下地基为正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等情况。2.非开槽法施工的地基处理非开挖施工包括牵引法施工和顶管施工,管道下为淤泥、淤泥质土等软弱土层时,假如管道上的覆土已经固结,同时不再增加,可以无需进行地基处理,如果没有的话,则要考虑地基处理。管道下的淤泥或淤泥质土等软弱土层的附加应力,会随着覆土高度增大而增大,并由于受到压缩,软土产生沉降,当软弱土层厚度不均时,出现不均匀沉降。由于污水、雨水为重力流,当管道产生沉降后产生局部淤积,则会出现水流不畅或倒流;沉降不均匀,会造成钢筋混凝土管接口发生开裂或者折断等,所以必须要进行地基处理。通常来说,牵引管施工法一般适用于管径小于DNl000的管道,顶管施工则适用于管径大于DN600的管道。非开挖施工主要是由专业的施工单位施工。

二、管槽回填

管槽回填质量的好坏,不仅会直接影响到排水管道的整体性,而且还会直接影响到道路路面平整度,同时其也可能造成管道不均匀沉降。管道回填不同的部分,其压实度的标准也是各不相同的,比如管顶0.5m范围内压实度要高于85%,管道两侧的压实度不得低于90%,其他部分按标准要求回填。因此,管道良好的回填质量,是确保良好道路路面的重要保障。

三、基坑支护设计

软土地区给排水管道工程要具体问题具体分析,一般对于埋深小于3m的管道地基,可以进行放坡开挖;对于深度大于3m的管道地基,可采用钢板桩支护,必要时可增加横撑。采用开挖施工过程中,在开挖地基时,如果地下水位过高或过低时,还要进行相应的降水排水,而且还要做好变形监测工作,确保地基的安全。对于埋深大于6m的管道,适合的土层条件下建议采用非开挖施工。

四、抗震设计

在确定给排水管线走向时,最好不要选择不利于抗震的场地和地基,当管线必须通过活动断裂带时,管道宜尽量与断裂带正交,此外在管材选择方面,对于抗拉、抗折强度高,且具有较好延性的钢管较为合适。对于要求更高的工程,可在管道外部设置钢管套筒加以保护。当排水管道采用钢筋混凝土结构时,应通过相应的构造措施,使其应对外部应力和变形的能力变得更强。此外,给排水管道全线接口应尽量使用柔性连接,管道基础宜采用砂石土弧基础,以增强管道的变形能力和抗震能力,这是优良管道结构的重要保证。管道穿越构筑物时宜设置套管并采用柔性连接,如果管道一定要和墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接。

五、结语

综上所述,给排水管道的结构设计在整个市政工程中占据着十分重要的地位,其对城市雨水疏通和供水排污效果影响深远。因此,在具体的结构设计过程中,需要充分考虑实际情况和结合多种因素,对管道结构设计的要点进行分析,总结出合理的设计思路,从管道地基处理、基坑支护和抗震设计等多个角度出发,对管道结构设计中的相关难题予以解决,从而确保市政给排水管道工程结构质量。


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