濕陷性黃土地區(qū)室外給排水管網(wǎng)設(shè)計探討

劉子龍

（蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司，蘭州 730000）

1 引言

室外給排水管網(wǎng)是保證建筑物給排水及消防各系統(tǒng)正常運行的“大動脈”，是工程設(shè)計過程中非常重要的內(nèi)容。 濕陷性黃土地區(qū)室外給排水管道的設(shè)計尤為重要， 因為該地區(qū)土質(zhì)特點表現(xiàn)為遇水浸濕時，黃土發(fā)生增濕軟化效應(yīng)，土的強(qiáng)度瞬間降低， 在附加壓力或土的自重作用下濕陷變形造成管網(wǎng)斷裂，對建筑物危害極大，其防水設(shè)計也是濕陷性黃土地區(qū)設(shè)計的重中之重。

2 濕陷性黃土概述

我國的濕陷性黃土地區(qū)主要分布在黃河中游山西、陜西、甘肅大部分地區(qū)以及河南西部。 濕陷性黃土是指在一定壓力下受水浸濕， 土的結(jié)構(gòu)迅速破壞， 并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土。 天然的地面或挖、填方場地的設(shè)計地面以下濕陷性黃土為主要地層的場地為濕陷性黃土場地， 濕陷性黃土場地根據(jù)其上覆土的飽和自重壓力作用下受水浸濕是否產(chǎn)生顯著附加下沉的現(xiàn)象又分為自重濕陷性黃土和非自重性濕陷黃土。 濕陷性黃土地基的濕陷等級應(yīng)根據(jù)各黃土層累計的總濕陷量Δs和計算自重濕陷量Δzs等因素判定。濕陷性黃土地基的濕陷等級越高，地基浸水后總濕陷量和自重濕陷量越大，其對建筑的危害也越大，相應(yīng)的設(shè)計措施的要求也就越高。 建筑物防護(hù)范圍的大小是根據(jù)建筑物的重要性和所在地基濕陷等級而綜合確定的，同一建筑物位于不同地基濕陷等級時，它的防護(hù)范圍大小也是不同的。

3 濕陷性黃土地區(qū)室外給排水管網(wǎng)設(shè)計實例

3.1 西雁·頤馨家園

3.1.1 項目概況

“西雁·頤馨家園” 選址位于會寧縣新城區(qū)祖厲河河道西南側(cè)，用地東南側(cè)為橫跨祖厲河的寨子路，西南側(cè)為平定高速公路， 場地處于祖厲河河道與平定高速公路之間的平地上東南側(cè)與祖厲河道有14 m 左右的垂直落差，沿河道規(guī)劃有濱河路通過，道路標(biāo)高低于用地標(biāo)高14 m 左右，城市地理位置及環(huán)境條件比較優(yōu)越。 總用地面積73 175.76 m2， 建筑面積204 512 m2，包括21 棟地上建筑和局部地下車庫。場地原始地貌屬祖厲河西岸Ⅰ級階地，場地目前地面較平坦，西邊存在邊坡，坡體高約14.00 m，坡度約60°，該建筑場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性等級綜合評定為Ⅱ～Ⅲ（中等～嚴(yán)重）。 濕陷性土層下限深度為地表以下8.0～15.0 m。

本小區(qū)水源為城市自來水， 小區(qū)從寨子路和西南側(cè)支路市政給水管 （供水壓力0.30 MPa） 上各引入一條管徑為DN150 的給水管與小區(qū)內(nèi)的環(huán)狀管網(wǎng)相接。 室內(nèi)生活排水匯集至室外化糞池經(jīng)處理后排入濱河路市政排水管網(wǎng)； 室外雨水經(jīng)管網(wǎng)收集后排入濱河路市政雨水管網(wǎng)。

3.1.2 設(shè)計范圍

室外供水管網(wǎng)、室外排水管網(wǎng)、室外雨水管網(wǎng)及室外消防設(shè)施。

3.1.3 管材

給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接： 不大于?100mm 的管道采用電熔焊， 大于?100mm 采用對接熱熔熔焊；消火栓系統(tǒng)采用焊接鋼管，焊接連接；噴淋系統(tǒng)采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管， 法蘭連接； 排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯(PVC-U)雙壁波紋管，彈性密封橡膠圈接口[1]。

3.1.4 管道敷設(shè)

本場地為Ⅱ～Ⅲ（中等～嚴(yán)重）自重濕陷性黃土場地，依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范要求防護(hù)范圍內(nèi)的給排水管道應(yīng)布置在防水管溝內(nèi)， 為了節(jié)省投資建設(shè)方要求防護(hù)范圍以外的主干管采用直埋敷設(shè)的方式， 直埋給水及消防管埋深均在地面以下1.5 m以下。 防護(hù)范圍內(nèi)的給水引入管、排水出戶管等均敷設(shè)于地溝內(nèi)，地溝均設(shè)檢漏井。

3.1.5 存在的問題及解決辦法

本項目一期工程1#～12#樓于2012 年年初開工，2013 年年底竣工驗收。 交付使用5 年后室外給排水管網(wǎng)事故頻發(fā)，經(jīng)常出現(xiàn)場地塌陷引起的管道斷裂現(xiàn)象。 經(jīng)實地踏勘后發(fā)現(xiàn)，場地綠化澆灑處由于經(jīng)常漏水， 在有澆灑噴頭的下方形成不同形狀的洞穴， 在遇到大雨后雨水順著這些洞穴在地面形成大面積的塌陷， 從而使灑水栓附近的管網(wǎng)因基礎(chǔ)下沉而斷裂。 最后，經(jīng)各方面綜合考慮，建設(shè)方同意對室外管網(wǎng)進(jìn)行改建，將室外所有直埋管道（包括采暖管）均敷設(shè)于綜合管溝。 對室外綠化澆灑系統(tǒng)進(jìn)行日常的巡檢管理。 工程改建完成至今，室外管網(wǎng)一直運行正常。

3.2 天慶嘉園A區(qū)

3.2.1 項目概況

天慶嘉園住宅小區(qū)位于蘭州市東北部的雁灘鄉(xiāng)， 位于蘭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，南北間貫穿606-3#道路，東西向鄰601-1#道路，交通位置十分便利，其用地東南角為蘭州電信二樞紐工程，周圍環(huán)境狀況良好。 本設(shè)計小區(qū)共有建筑物25 棟（1#～8#、15#～21#樓位6 層及以下的多層住宅，9#～14#樓位5 棟11 層的小高層住宅樓）沿街及11 層小高層區(qū)域大底盤地下車庫組成。

擬建場地位于蘭州市城關(guān)區(qū)黃河南岸一級階地的中部，地形開闊，較為平坦。 場地內(nèi)地層結(jié)構(gòu)較為簡單，分為5 層，自上至下土層情況如下。

1）雜填土，土質(zhì)不均，厚度變化較大，一般厚1～2 m。

2）粉土層，黃褐色，上部有少量植物根系，土質(zhì)均勻性較好，稍密，稍濕～飽和，一般厚度在1～1.5 m，該層土具非自重濕陷，濕陷等級為I 級，在自然含水量狀態(tài)下以高壓縮性為主。

3）細(xì)砂，含礫卵石，濕—飽和，稍密，一般厚0.5 m，分布不連續(xù)，呈透鏡體狀。

4）卵石層，飽和，上部局部呈稍密狀，一般呈中密狀，分布穩(wěn)定，頂面埋深一般在1.5～2.5 m，該層厚一般在7.5 m 以上。

5）砂巖，棕紅色，強(qiáng)風(fēng)化，較松散，膠結(jié)差，厚度巨大，未揭穿。

根據(jù)工程地質(zhì)情況， 卵石層頂面位于地下室地坪下約為0.9～2.5 m， 勘察期間地下水位位于地下室地坪標(biāo)高下約為1.8 m，因此，本工程基礎(chǔ)持力層選用卵石層，純地下室部分因柱網(wǎng)較大，采用獨立基礎(chǔ)，主樓下部因縱向柱網(wǎng)較小，采用縱向條形基礎(chǔ)，所有墻下采用條形基礎(chǔ)，設(shè)構(gòu)造防水底板兼基礎(chǔ)拉梁。

本小區(qū)給水由601-3#及606-3#路兩路供水，供水壓力為0.15 MPa，管徑為DN150。生活污水經(jīng)匯集后排入室外化糞池處理后排至601-3#路市政污水管網(wǎng)； 建筑物屋面雨排水經(jīng)室外雨水管網(wǎng)匯集后排至601-3#路市政雨水管網(wǎng)。

3.2.2 設(shè)計范圍

室外給水、純凈水給水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及室外雨排水系統(tǒng)。

3.2.3 管材

給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接： 不大于?100 mm 的管道采用電熔焊， 大于?100 mm 采用對接熱熔焊。純凈水系統(tǒng)采用PP-R 三型聚丙烯管，熱熔連接；自噴系統(tǒng)及消火栓系統(tǒng)采用焊接鋼管，焊接連接；排水及雨排水管采用埋地硬聚氯乙烯（PVC-U）雙壁波紋排水管，橡膠圈接口。

3.2.4 管道敷設(shè)

由于該地塊為I 級非自重濕陷性場地， 濕陷性黃土厚度不大，埋深比較淺，高層底部由于為地下車庫，埋深范圍內(nèi)挖去全部濕陷性黃土，消除濕陷性，但是考慮檢修及管材的使用年限等因素，小區(qū)的給水及消防管在管溝內(nèi)和熱網(wǎng)共溝敷設(shè)，管溝內(nèi)的管位以斷面為準(zhǔn)，詳見圖1 和圖2。 排水管穿管溝處避免設(shè)管接頭，入戶及局部給水管線采用直埋方式敷設(shè)，給水管埋深均在地面以下1.3 m； 給水管道與污水管道交叉時，給水管應(yīng)敷設(shè)在污水管上面，若在污水管的下面時，給水管接口離污水管的水平凈距不小于1.0 m，并采用鋼套管，套管伸出交叉管的長度每邊不得小于3 m。

圖1 天慶嘉園A區(qū)地下車庫頂板管道布置圖（單位：mm）

圖2 天慶嘉園A區(qū)地下車庫外管道布置圖（單位：mm）

3.2.5 存在的問題及解決辦法

由于受地下車庫頂板覆土厚度的限制， 本項目室外綜合管溝直接砌筑在地下車庫頂板。 在交付使用幾年后物業(yè)反映地下車庫有漏水情況， 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)漏水部位上方都有綜合管溝經(jīng)過，最后得出結(jié)論：由于地溝內(nèi)管網(wǎng)滲水及室外雨水、綠化澆水等滲入地溝，在地溝最低點經(jīng)常形成積水，積水通過地下車庫頂板滲入地下車庫。 為了解決滲水問題，在管溝積水處增加排水地漏，將水就近引入地下車庫集水坑，從而解決了車庫頂板的漏水問題。

3.3 紅山綠茵住宅小區(qū)

3.3.1 項目概況

項目位于蘭州市城關(guān)區(qū)南山路南側(cè)，環(huán)山路西側(cè)，有一條排洪溝將小區(qū)分為南北兩部分。 根據(jù)自然地形條件，周邊環(huán)境以及建筑物平面規(guī)劃布局等條件，場地共分為3 個臺階，第一臺階高度為1 541.00 m 左右， 第二臺階標(biāo)高在1 551.00 m 左右，第三臺階在1 553.50 m 左右，場地臺階通過道路連接。 項目總用地面積8.79 hm2，總建筑規(guī)模為：21.68 萬m2。 小區(qū)內(nèi)共有17 棟住宅樓及1 棟6 個班的幼兒園，其中：3#、4#、5#、6#、7#、8#樓為12～32 層住宅樓，地下1 層為人防用房，地下1 層向南延伸形成A 區(qū)地下車庫， 地上1 層為商場，2 層以上為住宅；1#、7#、8#樓為30～32 層住宅樓，地下1 層為戊類庫房，地上1 層為商場，2 層以上為住宅；2#、9#、10#、11#、12#、13#、15#、16#樓為25～32（10～11）層的住宅樓，地下1 層為自行車庫、戊類庫房、核6 級人防、設(shè)備用房等，地上均為住宅；13#、14#樓為17（15）層的住宅樓，地下1 層為自行車庫、戊類庫房、設(shè)備用房等；16#樓為6 層住宅樓；18#樓為3 層6 個班的幼兒園。

基地現(xiàn)狀地面標(biāo)高為1 540.00～1 556.00 m，最大高差16 m。地貌單元劃數(shù)黃河南岸Ⅱ級階地后緣， 與山前洪積扇交接部位，場地地形西高東低，南高北低。 場地內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積物。 其結(jié)構(gòu)自上而下依次為：①層雜土填土、②層粉質(zhì)黏土、③層粉砂、④層卵石。 場地內(nèi)大部粉質(zhì)黏土具有非自重濕陷性，濕陷等級為Ⅱ級（中等）呈中壓縮性，厚度大，硬塑。④層卵石厚度較大，強(qiáng)度高。 故場地穩(wěn)定性好。 場地內(nèi)17#樓有自重濕陷性，濕陷等級為Ⅱ級（中等）。 初步判斷場地土最大濕陷深度為16.8 m。

本工程從南山路市政給水管網(wǎng)（供水壓力0.12 MPa）兩路引管至該小區(qū)，引入管管徑為DN200。引入管進(jìn)入用地紅線后與本工程室外環(huán)狀給水管相連接，形成雙向供水。

3.3.2 設(shè)計范圍

本工程紅線以內(nèi)所有建筑的室外和室內(nèi)給水排水及消防系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計。

3.3.3 管材

市政管網(wǎng)直供給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接：管徑不大于100 mm 的管道采用電熔焊焊接，管徑大于100 mm 采用對接熱熔熔焊；其余各分區(qū)給水管采用鋁合金襯塑管 （PP-R）（其中中低區(qū)及高區(qū)支管為1.25 MPa 級別，高區(qū)為1.6 MPa 級別）；消火栓系統(tǒng)采用焊接鋼管，焊接連接；噴淋系統(tǒng)采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管，法蘭連接；排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯（PVC-U）雙壁波紋管，彈性密封橡膠圈接口。

3.3.4 管道敷設(shè)

由于場地具有Ⅱ級（中等）自重濕陷性，場地為臺階式布置，室外壓力管道、采暖及電信等在室外綜合管溝內(nèi)敷設(shè)，管溝內(nèi)的管位以斷面為準(zhǔn)， 根據(jù)現(xiàn)場實際情況管溝上覆土可做適當(dāng)調(diào)整，綜合管溝尺寸見圖3，地溝深度不大于2.2 m。

圖3 紅山綠茵住宅小區(qū)綜合管溝尺寸示意圖（單位：mm）

管線綜合設(shè)計符合住宅小區(qū)的使用功能， 根據(jù)各類管線的性質(zhì)、用途、敷設(shè)方式，滿足各類管線的施工、維修、間距等要求，以經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約用地為原則，全面規(guī)劃，合理確定各類管線的位置。

以總平面設(shè)計為前提，將各類管線盡量集中布置，為環(huán)境留有余地，縮短長度，減少投資。 滿足安全衛(wèi)生及使用要求，綜合考慮與建筑物、道路、小區(qū)環(huán)境的相互關(guān)系和相互影響。 在各種管線布置發(fā)生矛盾時應(yīng)遵循的原則為： 壓力管線避讓自流管線，可彎曲管線避讓不可彎曲管線，小管徑避讓大管徑，電力、電訊在上，給排水在下。

根據(jù)區(qū)內(nèi)場地情況、環(huán)境等特點，本小區(qū)各類管線設(shè)計考慮主干管綜合管溝方式敷設(shè), 只管各專業(yè)按各自要求設(shè)置，在有地下室處管道均敷設(shè)于地下室頂板， 在地下室敷設(shè)的有生活給水管、高區(qū)給水管、自噴給水管、消防給水管、電力線路、電訊線路（含寬帶網(wǎng)）、熱力管線，地下車庫管道布置詳見圖4。管道出地下室后以綜合管溝方式敷設(shè)[2]。

圖4 紅山綠茵住宅小區(qū)地下車庫頂板管道布置圖（單位：mm）

排水管穿管溝處避免設(shè)管接頭。 給水管道與污水管道交叉時，給水管應(yīng)敷設(shè)在污水管上面，若在污水管的下面時，應(yīng)設(shè)鋼套管，套管的兩端應(yīng)采用防水材料封閉。 管溝穿越排洪溝處已經(jīng)預(yù)埋有管涵（涵管已施工完），涵管位置以實際為準(zhǔn)。 管涵兩端做檢查井方便檢修維護(hù)，管涵尺寸及管道布置斷面詳見圖5。

圖5 紅山綠茵住宅小區(qū)管涵斷面管道布置圖（單位：mm）

本工程采用生活污水與雨水分流制排水的管道系統(tǒng)。 室外雨水及污水管道出戶管均在管溝內(nèi)敷設(shè)， 出戶后從第一個檢查井開始（防護(hù)區(qū)以外）的管道均采用直埋方式敷設(shè)，生活污水經(jīng)室外化糞池處理后排入南山路市政污水管網(wǎng)， 由于南區(qū)污水無法自流排入北區(qū)污水管網(wǎng)，因此，南區(qū)污水經(jīng)匯集至2 000 mm×2 000 mm×5 800 mm 的污水井后由潛污泵經(jīng)穿越排洪溝的綜合管溝 （管涵斷面布置圖） 排至北區(qū)污水檢查井內(nèi)。 室外雨排水系統(tǒng)經(jīng)管道匯集后南區(qū)的排入排洪溝內(nèi)，且排出口在洪水位（50 年一遇）以上0.2 m 處；北區(qū)的排入南山路市政雨水管網(wǎng)。

本工程采用磚砌檢查井， 全部采用重型球墨鑄鐵井蓋和蓋座，在排水管道落差大于2.0 m 處設(shè)跌水井。 室外道路邊適當(dāng)位置設(shè)置平箅式雨水口、收集道路、人行道及屋面雨水。 本工程南區(qū)雨水經(jīng)匯集后由兩根排出管排至排洪溝內(nèi)， 排出管管徑均為DN400，管內(nèi)流速為1.1 m/s；北區(qū)雨水經(jīng)匯集后由兩根排出管排至南山路市政雨水管網(wǎng)， 排出管管徑均為DN300，流速為1.6 m/s。

本項目投入使用十余年， 未發(fā)生過給排水管網(wǎng)問題造成的地面坍塌等問題， 特別受業(yè)主表揚的就是將室外帶壓管網(wǎng)敷設(shè)在地下室頂板，不僅容易發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)的漏水問題，而且維修特別方便，不需要在地面開挖，也不影響居民的正常出行。

4 結(jié)論及建議

通過上述3 種室外管道的不同布置方式， 以及各種方式管網(wǎng)敷設(shè)的比較， 不難看出濕陷性黃土地區(qū)給排水管網(wǎng)布置應(yīng)盡量布置在建筑的防護(hù)距離以外， 以免管網(wǎng)的滲漏給建筑物的安全造成影響，同時也要考慮減少投資、滿足使用功能，方便后期的維護(hù)。 對于無地下車庫的項目，室外給水管網(wǎng)應(yīng)做檢漏管溝，雖然成本增加但對后續(xù)的使用及維護(hù)帶來很大的方便。近年來由于用地的緊缺，高層建筑也是設(shè)計的主流，所以一般都是大底盤地下車庫，由于車庫本身的噴淋、消火栓、風(fēng)管以及電纜橋架要占用一定的空間， 所以室外壓力管網(wǎng)利用風(fēng)管的空間布置在地下車庫既不加車庫層高， 又省去了室外管溝，節(jié)約工程造價，后期的維修又十分方便，這種方式已經(jīng)是近幾年室外工程設(shè)計的主流。 室外排水及雨水防護(hù)范圍以內(nèi)做檢漏管溝，防護(hù)范圍以外采用直埋方式敷設(shè)，室外排水選用規(guī)范要求的柔性管道，平時做好巡檢，運行狀況良好。