市政給排水管道工程中結構設計要點探討

張茂誠

隨著我國社會經濟的持續發展，人們生活發生了翻天覆地的變化，更離不開市政工程建設，其在很大程度上體現了一個城市的發展水平和綜合實力，提高工程質量是促進城市發展前進的重要保證。市政給排水管道的結構設計極其重要，是其可否長期有效地發揮自身價值的關鍵。本文主要分析了市政給排水管道工程結構設計中的地基處理，同時就管槽回填、基坑支護設計以及抗震設計方面進行了研究和探討。

市政給排水管道在實際運行中，由于各種原因導致管道脫節、變形過大、管體破壞、不均勻沉降等問題，從而引發管道滲漏、上部結構開裂、壓力下降、鄰近建筑物基礎下陷、地面和道路沉降等危害。因此，可以看出給排水管道的結構設計在整個市政工程中舉足輕重。雖然結構設計在市政給排水管道工程設計中處于輔助地位，但只要實現與給排水專業密切配合、科學設計，相關問題也就可以避免或得到有效解決，從而提高市政給排水管道使用的安全性和穩定性。

一、管道地基處理

當管道直接敷設在軟土、液化土、回填欠密實土地基上時，地基的不均勻沉降是導致管道發生事故的主要原因。因此，地基強度、不均勻沉降以及穩定性，對于地基來說非常重要。當地基由于上部結構的自重及附加荷載作用而產生過大的壓縮變形時，尤其是已經超出了管道的不均勻沉降允許范圍時，會導致管道過量下沉，接口開裂，管道無法正常使用。因此，必須要有效處理管道不良地基。

管道地基處理常用方法有：換填、拋石擠淤、預制鋼筋砼方樁和水泥攪拌樁等，這些處理的措施應按建筑地基處理技術規范執行。

1.開槽法施工的地基處理

管道基礎的地基處理，要將管材、施工場地和工期、土質情況，包括對地面交通影響等因素著重納入考慮范圍之內，具體問題具體分析，選擇正確的地基處理方法。當進行明挖施工時，可采用以下方法：換填法、高壓旋噴樁法和水泥深層攪拌樁法等。

（1）換填法

適用于淺層軟弱地基處理，將軟弱土層挖去后分層壓實回填粗砂碎石，通常是管道下2m范圍內有持力層時比較適用。假設換填厚度過大，不僅增加了換填材料造價，無法控制沉降量，而且伴隨著開挖深度增大，則會產生更高的支護費用。另外，由于大多數城市地下水位較高，而且一般都是在老城區進行截污管施工，開挖過深，假如無法有效止水，則會由于地下水流失導致周圍地陷，然后民房或路面會因此開裂，產生不必要的費用，因此換填深度最好是控制在2m以內。

（2）拋石法

拋石擠淤，指的是在軟土中投入片石，將淤泥擠出，以提高地基強度的措施。該種方法優點在于不用挖淤，無需抽水，便捷和方便操作。在較稀的軟土較為適用，表層無硬殼，厚度薄，這樣片石可以沉達到底部。具體來說，拋石擠淤法通常適用厚度小于4m的軟土層，且表層無硬殼的具有觸變性的流塑狀的飽和淤泥或淤泥質土的處理。

（3）預制鋼筋砼方樁

預制鋼筋砼方樁，是指在預制構件加工廠預制，然后進行養護，強度達到設計要求后，將其運輸到施工現場，用打樁機打入土中，然后在樁的頂部澆筑承臺梁（板）基礎。其施工優點主要是：高效的機械施工效率，施工現場文明施工效果好，使用靜壓法施工，環境噪聲污染較小。然而缺點在于：單樁承載力低，且施工擠土效應較大，因此，在施工時，要對周邊道路管線及臨近建筑物做好保護工作。

（4）高壓旋噴樁法

處理淤泥、淤泥質土，流塑或可塑粘性土，以及粉土、砂土和碎石土等地基的時候，采用高壓旋噴樁法比較適宜。由于樁機較小，適用于施工場地狹窄的地方，但費用較大，其每延1米所需的費用，采用水泥土深層攪拌樁的話，只需要四分之一即可，因此，在無法采用水泥土深層攪拌樁法的情況下，而且在軟土層厚度大于5m 且施工場地狹窄、空間矮小，使用該種方法比較適合。

（5）水泥土深層攪拌樁法

水泥土深層攪拌樁法，適用于持力層在現狀地面以下18 m范圍內的情況。其工作原理是將水泥固化劑和地基軟土就地攪拌混合，攪拌時不會使地基土側擠出，幾乎不會影響周圍建筑物。施工有著安靜、環保等特點，在市區內施工不受影響。然而水泥攪拌樁法施工時，如若遇低洼處，應進行回填土和加以壓實；樁機較大，所需施工場地大，由于是復合地基，而且水泥土攪拌樁施工較慢，因此要對復合地基承載力進行檢驗，荷載試驗耗時較長，同時樁身強度要達到荷載條件，且在成樁28d后進行；攪拌樁總樁長在20m以內為宜；對于持力層在現地面以下18m范圍內較為適宜；同時其工期充裕，施工場地大，管道下地基為正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等情況。

2.非開槽法施工的地基處理

非開挖施工包括牽引法施工和頂管施工，管道下為淤泥、淤泥質土等軟弱土層時，假如管道上的覆土已經固結，同時不再增加，可以無需進行地基處理，如果沒有的話，則要考慮地基處理。管道下的淤泥或淤泥質土等軟弱土層的附加應力，會隨著覆土高度增大而增大，并由于受到壓縮，軟土產生沉降，當軟弱土層厚度不均時，出現不均勻沉降。由于污水、雨水為重力流，當管道產生沉降后產生局部淤積，則會出現水流不暢或倒流；沉降不均勻，會造成鋼筋混凝土管接口發生開裂或者折斷等，所以必須要進行地基處理。

通常來說，牽引管施工法一般適用于管徑小于DNl000的管道，頂管施工則適用于管徑大于DN600的管道。非開挖施工主要是由專業的施工單位施工。

二、管槽回填

管槽回填質量的好壞，不僅會直接影響到排水管道的整體性，而且還會直接影響到道路路面平整度，同時其也可能造成管道不均勻沉降。管道回填不同的部分，其壓實度的標準也是各不相同的，比如管頂0.5m范圍內壓實度要高于85%，管道兩側的壓實度不得低于90%，其他部分按標準要求回填。因此，管道良好的回填質量，是確保良好道路路面的重要保障。

三、基坑支護設計

軟土地區給排水管道工程要具體問題具體分析，一般對于埋深小于3m的管道地基，可以進行放坡開挖；對于深度大于3m的管道地基，可采用鋼板樁支護，必要時可增加橫撐。采用開挖施工過程中，在開挖地基時，如果地下水位過高或過低時，還要進行相應的降水排水，而且還要做好變形監測工作，確保地基的安全。對于埋深大于6m的管道，適合的土層條件下建議采用非開挖施工。

四、抗震設計

在確定給排水管線走向時，最好不要選擇不利于抗震的場地和地基，當管線必須通過活動斷裂帶時，管道宜盡量與斷裂帶正交，此外在管材選擇方面，對于抗拉、抗折強度高，且具有較好延性的鋼管較為合適。對于要求更高的工程，可在管道外部設置鋼管套筒加以保護。當排水管道采用鋼筋混凝土結構時，應通過相應的構造措施，使其應對外部應力和變形的能力變得更強。

此外，給排水管道全線接口應盡量使用柔性連接，管道基礎宜采用砂石土弧基礎，以增強管道的變形能力和抗震能力，這是優良管道結構的重要保證。管道穿越構筑物時宜設置套管并采用柔性連接，如果管道一定要和墻體嵌固時，應在墻外就近設置柔性連接。

五、結語

綜上所述，給排水管道的結構設計在整個市政工程中占據著十分重要的地位，其對城市雨水疏通和供水排污效果影響深遠。因此，在具體的結構設計過程中，需要充分考慮實際情況和結合多種因素，對管道結構設計的要點進行分析，總結出合理的設計思路，從管道地基處理、基坑支護和抗震設計等多個角度出發，對管道結構設計中的相關難題予以解決，從而確保市政給排水管道工程結構質量。