淺析微膨脹土地區排水管道設計

【摘 要】膨脹土由于具有脹縮的特點，其膨脹力將對管道造成位移、斷裂的危險。本文僅在設計排水管道選擇及管道基礎處理方面，結合相關工程設計經驗，提出了在微膨脹土地區設計排水管道時管道材料的選擇，排水管道的基礎處理以及排水管道附屬構筑物的一些做法和注意事項。

【關鍵詞】膨脹力；柔性接口排水鑄鐵管；HDPE雙壁波紋管；管溝；溝槽換土

膨脹土指的具有較大的吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮特性的高液限粘土。在有關文獻中被稱之為脹縮土、搞膨脹性土、裂土、膨潤土等。膨脹土在我國的分布范圍很廣泛，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。

膨脹土是一種超大型壓密實的高性粘土，是一種對于環境變化，特別是對于濕度變化非常敏感的土。膨脹土的礦物質成分主要是蒙脫石，為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等特性，性質及其不穩定。膨脹土根據脹縮指標的不同，有強、中、弱性之分。

根據膨脹土的性質和實驗證明，當膨脹土脹起而受到安全約束時，將發生最大的膨脹力。由于膨脹力的作用產生彎矩，輕者使管道產生位移，重者使管道發生斷裂危險，更有甚者，可能對附近建筑物基礎產生不良影響。

本文僅探討在微膨脹土（弱性，脹縮總率為1.0～2.5%，脹縮率≤0.7%）地區，關于室外排水管道的設計、施工及附屬構筑物施工的注意事項。

1 微膨脹土地區的排水管道選擇

在微膨脹土地區設計排水管道，在選擇排水管道時，需考慮到微膨脹土的膨脹壓力對管道的影響，即增強管道自身的抗裂強度，選用高強度管材。不宜選用鋼筋混凝土管和UPVC管，根據本人在設計過程中的一些工程實例，可采用如下管道：

1.1 柔性接口排水鑄鐵管

柔性接口排水鑄鐵管，具有以下特點：

1.1.1 噪音低、強度高、壽命長

排水管的水流呈不充盈和重力流狀態，摩擦、沖擊、振動產生噪音在所難免。

鑄鐵中的石墨對振動能起緩沖作用，阻止晶粒間的振動能的傳遞，并將振動能量轉變為熱能。所以鑄鐵管材具有很好的減震降噪性。試驗資料表明，DN100管道流量為2.7L/s時，鑄鐵管的噪音值為46.5dB，U-PVC管的噪音值為58dB，故在要求安靜的居住建筑、學校、醫院、會場、賓館等場合，宜選用鑄鐵排水管材。

鑄鐵的抗拉、抗彎強度是常用塑料管材PVC的4倍。

鑄鐵的基體組織的電位差小、電化學作用小，同時含硅量高，能夠在表面形成連續的SIO2保護膜，因此其耐銹蝕性能遠高于鋼材，在相同的環境、介質中鑄鐵的耐銹性是鋼材的3倍以上。

鑄鐵排水管材優良的耐腐蝕和強度特性，使其使用壽命遠大于鋼管和塑料管材。

1.1.2 柔性抗震

鑄鐵的線脹系數比較低，因而受環境溫度影響自身產生伸縮量很小，同時鑄鐵排水管材的柔性接口結構，使其具有較高的抗伸縮、曲撓變形能力和抗震能力，系統軸向變形35mm、橫向振動曲撓值31.5mm以內接口不滲漏。

1.1.3 耐高溫，阻燃防火

排水管具有貫穿、連接各樓層和房間的特性，一旦發生火災如若排水管材易熔、阻燃性差，很快融化破裂就會形成煙灶效應。鑄鐵管阻燃及高熔點是它有很好的防火阻燃性。

柔性接口排水鑄鐵管由于價格較高，勢必會增加其工程成本，在經濟條件允許的情況下，是微膨脹土地區室外排水管道選擇時的主要選擇對象。

1.2 高密度聚乙烯（HDPE）雙壁波紋管

HDPE雙壁波紋管具有優異的化學穩定性、耐老化及耐環境應力開裂的性能。

性能特點如下：

1.2.1 結構獨特，強度高，抗壓耐沖擊

外壁呈環形波紋狀結構，大大增強了管材的環剛度，從而增強了管道對土壤負荷的抵抗力，在這個性能方面，HDPE雙壁波紋管與其他管材相比較具有明顯的優勢。

1.2.2 適當的撓曲度

HDPE雙壁波紋管還具有適當的撓曲度，一定長度的HDPE雙壁波紋管軸向可略為撓曲，不受地面一定程度的不均勻沉降的影響，可以不用管件就直接鋪在略為不直的溝槽內等。

1.2.3 連接方便，接頭密封好，無滲漏。

1.2.4 重量輕、施工快捷，降低費用。

1.2.5 良好的耐低溫，抗沖擊性能

HDPE雙壁波紋管的脆化溫度是-70℃。一般低溫條件下(-30℃以上)施工時不必采取特殊保護措施，冬季施工方便，而且，HDPE雙壁波紋管有良好的抗沖擊性。

1.2.6 綜合工程造價與混凝土基本相當，運營成本低。

1.2.7 土質良好的情況下無須基礎。

在微膨脹土地區，選用HDPE雙壁波紋管時，應注意其連接方式為承插式連接，橡膠圈密封。管材的環剛度≥8KN/m2.較柔性接口排水鑄鐵管。

HDPE雙壁波紋管價格較為便宜，施工也較簡單、方便。因此在微膨脹土地區常采用此管道作為室外排水管道。

綜上所述，在微膨脹土地區，在選用室外排水管道材料時，柔性接口排水鑄鐵管和高密度聚乙烯（HDPE）雙壁波紋管為主要管道種類，可根據項目實際經濟，施工工期及后期管理考慮選擇適合項目自身情況來選擇排水管道的材質種類。

2 微膨脹土地區排水管道施工的處理措施

2.1 設鋼筋混凝土管溝

用鋼筋混凝土砌筑管溝，把管道保護起來，避免受雨水及管道漏水的影響，是在膨脹土地區保護排水管道的最有效的辦法。

管溝在長度方向上每隔30-40米設置一條伸縮縫，并在管溝最低處和伸縮縫前設置檢漏井。管溝的寬度要能滿足排水管道檢修時的空間要求，一般為D+600mm（D為排水管道的公稱直徑）。管溝內的排水管道基礎詳見各排水管道施工安裝規范及國家標準圖集。

但是，由于排水管道全部采用管溝保護，造價較高，因此一般在強膨脹土地區采用，而在微膨脹土地區，若考慮其管道安全性以及項目經濟條件允許，也可采用鋼筋混凝土管溝保護的方式。

2.2 管道溝槽換土

微膨脹土地區室外排水管道還可采用換土的方法來保護排水管道。具體做法如下：

在作管道基礎前，應先行對地基以下600mm原土進行換土回填，并夯實、加固；若不采用換土方式，也須對地基以下600mm原土添加7～8%比例的生石灰和30%的粗砂，混合均勻后再夯實、加固。在管道接口處增設混凝土支墩墊塊，具體做法詳見國標圖集S5.對室外排水管道的溝槽進行回填時，應原土回填或換土回填，建議換土回填，若采用原土回填，應按7～8%的比例添加生石灰。

在微膨脹土地區，管道溝槽換土是常用的保護室外排水管道的處理措施，其主要特點是施工簡單、快捷，難度低，且造價較低。

2.3 無紡布圍包

在排水管道溝槽挖好后，在溝槽底部鋪一層1米寬的防水油氈。然后用防水纖維布將管道包圍起來，回填土可采用原膨脹土。由于無紡布圍包的膨脹土體積很小，即使管道接口處不嚴密而漏水，此部分膨脹土的膨脹應力也是有限的，所以不會對排水管道造成危險。

無紡布圍包具有嚴密的防水性，并能夠隨意彎折，施工也很方便。

綜上，根據一些項目的實際情況，在微膨脹土地區，室外排水管道的基礎處理方法主要采用管道溝槽換土的方式，一些對管道基礎要求較高的項目中采用了設鋼筋混凝土管溝的方式來處理。

3 微膨脹土地區排水管道構筑物施工的注意事項

室外排水管道相關構筑物，如室外閥門井、檢查井、化糞池等最好采用鋼筋混凝土結構，其壁厚應由結構專業根據膨脹土的性能另行計算確定，構筑物底部應墊200～300mm的砂層或灰土墊層，周圍回填200～300mm的砂隔層。

另外，還需要注意建筑物區域內要做到排水通暢，以免積水滲漏，影響管道及構筑物的安全性。地面雨水溝也需要用鋼筋混凝土砌筑，不建議采用磚砌，因為磚砌的強度較低，雨水溝坡度不宜小于0.5%。

4 結語

以上是對我們在微膨脹土地設計工程時，對室外排水管道的設計施工的一些不夠成熟的做法的總結，在此簡單探討，還有待在今后實踐總不斷總結完善。我們在以后膨脹土地區的室外排水管道設計中可根據工程的實際情況，選擇適合當地的管道，并從經濟技術性及施工進度要求等方面做詳細的比較，使其最終選擇方案既能滿足工程進度要求，又能滿足技術上可靠，經濟上又合理的基本原則。

參考文獻：

[1]劉繼順，王占紅，孟曉橋，王羨春. 淺析排水管道基礎處理[J]. 中國新技術新產品. 2007，(10).

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