不均勻沉降對給排水管道的影響及管道防沉降措施

摘 要：地質發生不均勻沉降時，穿越不同沉降區域處的給排水管道可能會因為沉降分界點兩邊產生的拉力不一致而被破壞。特別是埋地管線的損壞以及損壞的具體位置不能立刻被發現，而且開挖維修的工作量也較大，對工程造成的損失較大。基于此，梳理給排水管線的防沉降措施，特別是針對地質沉降大的回填土區域，采用有效的管道防沉降措施，減輕或避免這種地質沉降帶來的管道破壞，減少因此帶來的維修工作和財產損失。針對地質沉降對埋地管道的影響進行分析總結，并結合工程經驗列舉了一些預防措施，以供相關技術領域的從業者參考。

關鍵詞：不均勻沉降；給排水管道；管道防沉降措施

中圖分類號：TU196.2" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）10-0028-03

0 引言

地質的不均勻沉降在工程中非常常見，其不均勻沉降的嚴重程度也因為所處地質構造的不同和人為活動的影響而不同。嚴重不均勻沉降會對該區域地上或者地下給排水管道造成較大的影響。給排水管道與土建的交界面最多，例如埋地的給排水管道、進出戶的給排水管道、重力排水管道等等均會因為不均勻沉降問題而對管道系統帶來不利影響甚至造成破壞損失。

目前的新建項目中對埋地管道防沉降措施的需求也逐漸增多，項目設計和施工中對這方面的要求也越來越嚴格。

1 不均勻沉降發生的典型區域

地塊不均勻沉降差的存在會導致位于該地塊上的給排水管道應力分布發生改變，從而對給排水管道帶來一系列的影響。在工程中不同區域的沉降值，往往跟地質結構、土壤特性、地下水位變化、人為活動等有著很密切的關系。沉降往往是持續而緩慢發生的，新建工程從表觀上并不能在早期快速發現不均勻沉降，但可以根據容易發生不均勻沉降的典型位置，結合地質勘查情況進行提前判斷和預防。

不均勻沉降發生的典型區域大多為強夯區和非強夯區的分界處。很多工程中都會對地基進行強夯處理，特別是位于人工填土、濕陷土、黃土等地基上的運輸道路、重型場地。這些區域的地基經過強力夯實處理后土壤固結，沉降量會明顯小于未進行強夯處理的區域，。這就會在強夯區和非強夯區的分界處存在沉降差。表1是某項目中地勘單位提供的某地塊強夯前和強夯后的沉降量的對比，從表1可以看出，強夯前后沉降量差值為14.6 mm。

一些軟弱土層區域或地質結構存在較大差異的區域，強夯區和非強夯區的沉降差值往往會更大。軟弱土包括松軟土、回填土等，其性質不穩定，隨著時間的推移，在重力作用下，土體會逐漸變形、壓縮，直至重新被壓實，沉降量一般較大[1]。

發生不均勻沉降的典型區域還有建構筑物結構基礎外邊緣處。建筑物例如廠房、裝置、公用工程房，構筑物例如水池、管廊等施工時，除了會對地基進行強夯處理外，其基礎結構也常常采用樁基礎。樁基礎若較深，受力點會傳遞到地質持力層。這種結構基礎的沉降值非常小，而結構基礎外的地質則是自然沉降或僅僅做了強夯處理，這樣在基礎外邊緣處就會存在較大的沉降差值。圖1是某工廠廠房結構基礎外邊緣處的不均勻沉降情況，圖2是某工廠管廊結構基礎外邊緣處不均勻沉降的情況。

廠內道路與市政道路分界處也容易發生不均勻沉降。廠內道路的地基處理以及道路基礎做法需要根據廠區實際使用需求進行設計、施工，其與市政道路的做法常常存在一些區別。這樣會導致廠內道路與市政道路的沉降速率、沉降值等均有所不同，可能存在一定的沉降差值。

2 不均勻沉降對給排水管道的影響

不均勻沉降對給排水管道的主要影響如下：①對于埋地給排水管道，由于自身重力和土壓力的影響而發生變形，導致應力集中甚至破壞管道。②對于地上管道，管道的支撐結構會由于不均勻沉降變得不穩定或變形，從而導致管道受到變形或破壞。③對于重力排水管道，不均勻沉降會導致排水管道的坡度發生改變，造成倒坡、滲漏及排水不暢的問題。

埋地管道損壞以及損壞具體位置常不能立刻被發現，發現后開挖維修的工作量也較大，其在工廠中還可能會導致影響正常生產，帶來的損失較大。埋地污水管道還會導致污染地下水源。故針對埋地管道防沉降更應有足夠的重視。

3 易受不均勻沉降影響的給排水管道分布典型位置

給排水管道位于上文中提到的不均勻沉降發生的典型區域中時，較易受到影響，針對易受不均勻沉降影響的給排水管道分布典型位置進行總結。

3.1 穿越強夯區和非強夯區分界處的給排水管道

一般穿越強夯區和非強夯區可以是埋地給排水管道，也可以是通過管道支撐固定的地上管道，它們都會受到兩側不均勻沉降的影響，其中在分界處受到的影響最大。類似的還有給排水管道穿越不同自然沉降區域，可能管道較長，會穿越不同的自然沉降區域，區域本身并未進行任何地基處理，比如采用局部穿越回填土或松軟土區域。

3.2 建筑給排水進出戶管道

建筑給排水進出戶管道（特別是埋地管道），其一端與建筑結構基礎固定，穿結構地坪、穿建筑外墻或管道敷設在結構基礎承臺上方，則此端與建筑結構基本一致，幾乎不會沉降。另一端位于室外地坪中，處于自然沉降或地基處理后的自然沉降影響范圍內，存在較大沉降差。建筑結構基礎外邊緣處的管道受不均勻沉降的影響是最大的。類似的還有管道與其他構筑物連接處，比如管道與水池的連接處。

3.3 埋地給排水管道上下管廊的部分

很多工廠內的給排水管道存在一部分埋地敷設，一部分在管廊上敷設。因此從地下穿出地面上管廊或從管廊進入埋地的這段管道易受不均勻沉降的影響。因為其一端常常固定在管廊上，而管廊常采用樁基礎結構，沉降值基本為零。管道另一端埋入地下，受自然沉降或地基處理后的自然沉降影響，存在較大沉降差。

3.4 與市政管線連接的給排水管道

大部分工程都會存在與市政給排水系統的連接，管道接點處常常位于市政道路與廠內道路的分界附近，易受兩側道路的沉降差值影響。

4 管道防沉降的措施

4.1 利用管道自然補償

不同材質和不同尺寸的管道其最大彎曲撓度不同，可以利用管道的自然補償來抵消一定的不均勻沉降差值，即在不均勻沉降的兩端通過設置彎頭和一定長度的直管段來實現。通過應力計算，可以獲得不同材質和尺寸的管道在抵消不同沉降差值下所需要的最小直管段長度，比如表2即不同規格鋼管在分別抵消25 mm和50 mm沉降差值時所需要的最小直管段長度。

4.2 選擇合適的管道材料或合適的連接方式

可采用抗壓、抗彎性能好、剛度高的管道[2]，這類管道不易受沉降影響而彎曲變形或斷裂，例如采用焊接連接的不銹鋼管道。 管道與管道之間可采用柔性連接方式，埋地管道采用可直埋的柔性接頭[2]。地上管道當無法設置足夠長度直管段進行自然補償時，可在直管段中間設置金屬軟管或橡膠軟接頭，如圖3。管道和檢查井或管道和構筑物也可采用柔性連接方式，例如采用柔性防水套管連接或者采用開孔連接+柔性填料填充。

4.3 合理改變埋地管道敷設方式

對于一些比較重要的埋地管道不直接采用埋地敷設，而采用管溝敷設的方式。管溝內可用柔性填料鋪墊，管道敷設在墊層上，或者管溝內采用彈性管道支架或者柔性的管道基礎。例如，建筑給排水進出戶管道室內埋地部分可采用管溝敷設，這樣既可減少不均勻沉降的影響，也可方便地對埋地管道及時進行觀察和維修。

4.4 對管道的基礎進行加固處理

對管道的基礎進行加固處理能夠最大限度減小沉降值。需對埋地管道或其檢查井、閥門井的下部地基進行強夯處理，或者在埋地管道開挖溝槽的底部澆筑一定強度的混凝土基礎，以最大限度減小管道下部地基的沉降。對地上管道，針對位于沉降區的管道基礎進行加固，管道基礎采用深基坑或樁基礎，最大限度減小管道基礎的沉降。

4.5 采用彈性管道支架

采用彈性管道支架可以抵消一定沉降值的影響[3]。彈性支架可減緩由于不均勻沉降帶來的管道應力集中問題，從而減輕管道變形等問題。彈性支承可以采用橡膠支座、彈簧支座等，具有較好的減振和減振效果，能夠吸收和分散管道的應力。

4.6 合理設計管道布置

給排水管道布置設計中，應考慮到是否會有不均勻沉降的影響，如分析后認為不均勻沉降的影響較大，則設計中應盡量避免管道穿越不均勻沉降較嚴重的區域。若無法避免，則應根據不同情況選擇合適的管道防沉降措施。應合理選擇管道支吊架固定點位置，盡可能避免分別位于不均勻沉降點兩側的相鄰支吊架固定點距離過近。

4.7 做好管道施工質量把控

管道的施工質量非常重要，施工質量的好壞會直接影響到管道的強度。例如金屬管道的焊接和塑料管道的熱熔連接，應做好焊縫的質量檢查工作，避免因焊縫不合格而導致焊縫處受不均勻沉降影響而損壞。承插柔性連接的管道應保證連接的嚴密性，以免受變形影響而滲漏。

4.8 做好管道的防護工作

管道的防護工作也是非常重要，例如針對埋地金屬管道，應嚴格把控管道表面防腐層的施工質量，延長管道的使用壽命，避免因防腐措施不到位導致管道銹蝕進而降低了管道強度，使其更易受到不均勻沉降的影響而損壞。地上管道應做好表面防腐涂漆。

5 結束語

影響給排水管道防沉降措施選擇的因素有很多，如不同地質的情況、場地的施工和夯實情況、管道布置的方案選擇、管道的材質選擇、管道應力情況分析等。在實際工程中，根據地勘情況充分認知到所處場地區域地質沉降的嚴重程度，根據沉降情況來進行分析其對給排水管道的影響。需要結合多種因素，做到優化成本和可行性，最終實現穩定、可靠、成本節約的給排水管道防沉降措施。

參考文獻

[1] 韋中賢.軟弱土地層中埋地排水管防沉降施工技術[J].建筑技術開發，2021，48（11）：59-60.

[2] 肖江融，張忠華，曾候輝.防沉降接頭在埋地給排水管道的施工應用[J].中國設備工程，2017（14）：162-163.

[3] 趙振宇.淺談沉降區的石油天然氣管道應力分析和有效防沉降措施[J].中國石油和化工標準與質量，2024（1）：121-123.