濕陷性黃土地區火電廠管道工程設計

李 欣

(中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

濕陷性黃土在我國北方多個省份廣泛分布，其特性是在一定壓力下受水浸濕，結構會迅速破壞，并產生顯著的附加下沉。對建筑結構以及管道工程造成危害，而管道工程的破損，又將使得周邊建筑物的沉降情況進一步惡化。

目前濕陷性黃土地區火力發電廠主要遵循GB50025－2004《濕陷性黃土地區建筑規范》進行勘察、設計、施工、維護。對于管道工程的設計來說，必須結合場地濕陷性等級、總平面布置、建筑物的地基處理、基礎形式等方面綜合考慮，采取必要的工程措施，確保管道安全運行，而一旦漏水，可及時發現、維修，避免發生濕陷事故。

本文以山西某電廠為例具體闡述濕陷性黃土地區廠區室外管道的設計要點。

1 工程概述

該電廠位于晉中地區，廠區總平面布置主要分為主廠區、煤場、灰場三塊。主廠區屬黃土臺塬地貌；煤場位于黃土溝壁至溝底一帶，地勢較低；灰場為典型的黃土溝谷。

該電廠屬濕陷性黃土場地。主廠區西部(煙囪后輔助廠房布置場地)以及輸煤棧橋、運煤公路一帶，其濕陷等級為Ⅲ級“嚴重”，其余地段濕陷等級為Ⅱ級“中等”(偏Ⅲ級“嚴重”)。場地濕陷下限深度一般在7.5～19.5m之間(自基礎底面起算)。灰場的濕陷等級為Ⅱ～Ⅲ級。

2 管道工程技術措施

濕陷性黃土地區的管道工程設計的目標，除了減少管道自身受濕陷性的影響，更是作為防止建筑物濕陷性事故的重要防線。

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》3.0.2條，防止或減小建筑物地基浸水濕陷的設計措施可分為：地基處理措施、防水措施和結構措施。其中防水措施又分為基本防水措施、檢漏防水措施和嚴格防水措施。不同等級防水措施的選擇與建筑物地基處理措施密不可分。

2.1 全廠建(構)筑物的地基處理

為防止地基濕陷對建筑物產生危害，根據規范要求，按照其重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，對建筑物的重要性進行分類，并采取不同的地基處理措施。

本工程汽機房、除氧煤倉間、鍋爐房、煙囪、空冷平臺、石灰石庫、干煤棚等甲類、重要的乙類建筑，基礎所承受的上部荷載較大，對地基強度和變形控制要求較高，其地基處理方式為整片強夯＋人工挖孔樁或人工挖孔樁。主廠房設備基礎、斗輪機基礎的地基處理方式為整片強夯，消除部分濕陷量。一般建筑物(乙、丙類)采用淺基礎，進行強夯結合灰土墊層的地基處理，次要輕型建筑可做灰土墊層處理，消除地基的部分濕陷量。

2.2 管道工程設計

濕陷性黃土地區的管道、溝道設計首先要從布置入手，盡量滿足與建筑物的防護距離，即建筑物受到滲漏影響的最小距離。根據《濕陷性黃土地區建筑規范》5.2.4條，“埋地管道、排水溝、雨水明溝和水池等與建筑物之間的防護距離，不宜小于表1中規定的數值，當不能滿足要求時，應采取與建筑物相應的防水措施。”

表1 埋地管道、排水溝、雨水明溝和水池等與建筑物之間的防護距離 單位：m

埋地管道與水池之間之間的防護距離與建筑物之間的防護距離的規定相同，當不能滿足要求時，必須加強池體的防滲漏處理。

在工程的設計中，應根據建筑物的重要性類別、地基處理情況以及管道的重要性，采取相應的工程措施。如建筑(構)物的地基處理消除全部濕陷量，或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層，或將基礎設置在非濕陷黃土層上，防護距離內的管道設計可按非濕陷性場地考慮；地基處理若只消除部分濕陷量，為防止或減小建筑物地基浸水濕陷，管道需布置在防護距離外,對防護距離內的管道采取防水措施。

就該電廠來說，甲類、重要的乙類建筑地基采取了樁基，防護距離內的管道按照常規電廠設計。進行強夯處理的大部分乙、丙類一般建(構)筑物地基，在場地條件為濕陷等級高，厚度大的情況下，無法處理到基礎以下全部濕陷性黃土層，只能消除部分濕陷量。在廠區征地范圍已限定，總平面布置不能為全廠地下管道預留充足的管道走廊來滿足與建(構)筑物的防護距離要求的情況下,必須采取工程措施對管道進行防護。除必要的結構措施外，還應采取嚴格防水措施，對防護范圍內的地下管道，增設鋼筋混凝土檢漏溝和檢漏井，并設防水層和防水保護層，以此作為防止建筑物濕陷的主要措施。

2.2.1 輔機循環水管防水設計

該工程的主機采用直接空冷系統，輔機采用大閉式系統，輔機循環水泵布置在煙囪后輔助區域的綜合水泵房，兩臺機組共配備2根DN700的循環水進水管、2根DN700的循環水出水管，管材為焊接鋼管。輔機循環水管途經的主要區域為汽機房A排前、主廠房固定端、爐后、綜合水泵房。

該工程的主廠房、鍋爐房、空冷柱均采用樁基且場地進行強夯處理，就廠房建筑本身來說，防水措施可按一般地區設計，但基于以下因素：

(1)輔機循環水管管徑大、數量多、管線長，管道走廊狹窄，布置困難。

(2)管道途經建(構)筑物多為乙類，且靠近綜合管架，防護距離不能完全滿足規范要求，一旦泄漏，影響較大。

(3)主廠房內的設備基礎布置在只部分消除濕陷性的地基上。

為實現安全運行，輔機循環水管以及各壓力水管從綜合水泵房出來后，采用管道隧道(設有檢漏井)一直布置到A排前；爐后考慮采用管道支架。

管道隧道為半通行方式的鋼筋混凝土溝道，埋地封閉式結構，內壁采取嚴格防水措施。分段設置檢漏井。管道分兩層布置，下層采用管道支座固定于溝底，上層采用支架固定于側壁。

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》中5.5.1條的要求，“管道接口應嚴密不漏水，并具有柔性”，輔機循環水管每隔10～20 m的距離設置一個柔性卡箍接頭，使之對于管道膨脹以及各種原因招致的不均勻沉降具備一定的抵御能力，在管道彎頭和三通處設置鎮墩或固定支座進行固定，避免拉脫。

2.2.2 綜合水泵房區域管道防水設計

本工程綜合水泵房區域布置有綜合水泵房(21臺水泵)、原水預處理站、各類水池(5個水池總容積達3000 m3)、輔機冷卻塔等建(構)筑物，管線非常集中，從布置上無法滿足與建筑物和水池之間防護距離要求，采取以下工程措施：

(1)輔機冷卻塔進出水管(輔機循環水管)明裝，在地面上與各閉式冷卻塔連接。

(2)水池的各進水管利用綜合管架輸送到附近，在防護范圍內采用檢漏溝與水池連接。

(3)輔機循環水泵上的進水管聯絡閥集中布置于閥門井中。

(4)各水泵吸水管集中設置在綜合水泵房和水池之間的水泵吸水管路地下式管道層內。

(5)綜合水泵房內管道全部采取地上布置方式。

(6)綜合水泵房出水管集中設置在半通行隧道內。

(7)個別無條件布置檢漏溝的管道，采取外加套管(端頭進行瀝青麻絲填充密實，聚氨脂密封油封口)連接檢漏井的檢漏方式。

除上述措施，在管道設計上還針對易發生受力不均的薄弱部位加強了設防標準，增加管道系統的柔韌性和嚴密性。

(1)管道在水池壁上采用剛性防水翼環，減少水池滲水。

(2)管道穿越建筑物外墻處采用柔性防水套管，柔性材料填充，并用密封膏封實。

(3)在水泵進出口設置限位伸縮接頭減少安裝誤差并可承受部分縱向位移，減少閥門管道連接處的漏水。

(4)管道在池壁外以及與建(構)構筑物連接部位設置柔性卡箍接頭。

(5)管道彎頭處采用固定支座、鎮墩，直線處采用滑動支座，對管道進行支撐、固定，防止接口拉脫。

2.2.3 其他給水管道

除以上重點防護的區域，廠區還有相當數量的有壓管道，布置上充分利用綜合管架和除灰管架，覆蓋從主廠房固定端到綜合水泵房、煙囪后道路、油泵房、輸煤棧橋沿線的大片區域。建(構)筑物防護距離內埋地管道采用C型嚴格防水檢漏溝和檢漏井。

考慮到濕陷性黃土地區對于管道防腐的要求更高，而該工程的主水源為城市中水，氯離子含量較高，需要進行內外防腐，壓力管道在管材選取上采用內外高壓噴塑復合鋼管(SPTEP/PE)，基管為無縫鋼管，埋地管道的涂層厚度滿足加強級防腐的要求。

為減少管道破裂和地面滲水的影響，埋地管道的地基處理和回填與常規電廠也存在區別：

(1)地基處理：設300 mm厚度的土墊層，分層夯實,壓實系數不小于0.95；在土墊層上設300 mm厚度的3:7灰土墊層，分層夯實，壓實系數不小于0.95；在灰土墊層上設C20混凝土基礎。

(2)管道回填：采用原土回填，管頂以下的回填對稱進行，分層夯實，原土分層夯實回填虛鋪厚度小于300，壓實系數均≥0.95；頂部采用200 mm 2:8灰土回填夯實，防止地面水滲入。

2.3.4 排水管道

廠區室外排水管道主要為雨水管、生活污水管。室外排水管道容易因管材和接口損壞導致漏水，在濕陷性黃土的地質條件下，雨水排水采用明溝排水為一種經濟合理的方式。

室外排水管材上，干管選用聚乙烯螺旋波紋管，較鋼筋混凝土管具有更好的柔性，抗地基不均勻沉降的性能更好，重量輕，基礎型式簡單，易于施工，對濕陷性地質條件具有更好的適應性。出戶管以及雨水口與檢查井的連接管段采用機制球磨鑄鐵排水管。接口方式均為承插式橡膠圈柔性接口。

直埋排水管道的地基處理方式與給水管類似，波紋管需在設置3:7灰土墊層上設置砂石基礎，球磨鑄鐵管則設置C20混凝土基礎。

其他布置原則：排水管道位于建(構)筑物防護范圍內，采取嚴格防水措施；檢漏井與檢查井不共用，可相鄰設置為鋼筋混凝土雙聯井或三聯井；在不方便布置檢漏溝處設置雨水排水明溝；生活污水管出戶處均設置C型嚴格防水檢漏溝和檢漏井。

鑒于本工程地質條件的特殊性，對排水管道閉水試驗的要求也較常規工程嚴格，除按常規在施工期進行閉水試驗外，當管道因周圍進行強夯施工或有其它擾動后，應再次進行閉水實驗；并且在全廠施工基本結束時，所有排水管再次進行閉水試驗。對于不合格的管段應查找原因，進行返工。

2.3.5 經濟指標

本工程采取的管道隧道、檢漏溝、檢漏井等防水措施的土建費用約7000萬元，其中輔機循環水系統的防水措施土建費用約3000萬元。

3 總結

濕陷性黃土地區電廠的管道工程具有一定的復雜性，需要采取不同于普通工程的特殊工程措施。設計過程中，需要結合工程地質條件、建筑物危險等級劃分、地基處理方式、結構處理方式、防水方式等進行整體考慮，才能保證工程的經濟合理，既不至因措施不到位引起濕陷性事故，也不至因提高設計標準，造成浪費。

對該工程進行總結反思，在工程設計中有必要重視如下幾點：

(1)在選擇廠址階段應充分考慮地質條件，盡量避免選擇很嚴重的自重濕陷性黃土場地或濕陷性黃土厚度較大的場地，對于提高工程安全性和經濟性非常重要。

(2)建(構)筑物地基處理后場地的剩余濕陷量以及與管道的防護距離對于是否采取防水措施，采取何種防水措施尤為重要。

(3)在較為嚴重的濕陷性黃土的地質條件下，如受限于總平面布置，利用綜合管架結合地下管廊布置廠區壓力水管道，利用明溝排放雨水，在技術經濟上較為合理。

(4)濕陷性災害的防治除在設計中予以充分考慮，還應在施工過程中確保施工質量，在運行過程中提高防范意識，確保檢漏防水措施充分發揮作用，更應避免人為造成場地積水誘發濕陷事故。