浅谈湿陷性黄土地区给排水管道设计

2022-09-10

前言

随着国民经济的飞速发展, 我国对能源的需求量越来越大, 特殊地质情况下的油气勘探开发, 例如湿陷性黄土地区的油气勘探开发, 正在变得越来越普遍。新疆, 作为我国油气资源最为丰富的地区之一, 同时也是我国湿陷性黄土分布的主要地区, 也在加紧进行油气勘探开发。湿陷性黄土地区的油气开发, 给这一特殊地质情况下的地面工程建设, 提出了新的要求。排601新区产能建设工程, 就属于湿陷性黄土地区的油气开发地面建设工程。

新疆排601新区产能建设工程, 包括联合站, 注气站, 变电所、生产管理区等部分, 总计部署油井64口, 新建产能9.6x104t/a, 单井产量7-8t/d。其中一期按10x104t/a建设, 预留30x104t/a规模位置。其中, 联合站水专业的主要工程量为5400m3/d (其中1期1800m3/d) 的含油污水处理系统和6300m3/d (其中1期2100m3/d) 的清水处理系统。站内给水设计主要是消防水罐、辅助性生产厂房区、加药间、联合泵房以及门卫的给水, 水源均引自站外水源井, 辅助生产、生活用水均引自消防水罐;排水设计主要是站内的油罐区排水、维修化验冲洗排水、拖布池冲洗排水以及消防水罐、反冲洗回收水罐等的溢流、放空排水。根据岩土工程勘察报告, 排601新区产能建设工程联合站、注气站、变电所的建设用地均为Ⅰ级非自重湿陷性黄土场地。

一、湿陷性黄土的一般性概念

湿陷性黄土是黄土的一种, 多出在地表上层。黄土在一定的压力 (即土自重压力或者土自重压力与附加应力) 作用下受水浸湿, 土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质, 叫做黄土的湿陷性。黄土的湿陷是水的作用下产生的, 因此压力和水是湿陷的诱因。

湿陷性黄土分为非自重湿陷性和自重湿陷性两种, 在土自重压力下受水浸湿不发生湿陷, 需要有一定的附加荷载作用浸水才发生湿陷的为非自重湿陷性黄土, 在土自身压力下受水浸湿发生湿陷的为自重湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土对工程建设的危害性小于自重湿陷性黄土。湿陷性黄土的湿陷等级应根据基底下各层土累计的总湿陷量△s和计算自重湿陷量△zs的大小等因素来判定。

根据岩土工程勘察报告, 排601联合站第②粉土层的自重湿陷量△zs=0-15mm, 第②粉土层和第④粉土层的的总湿陷量△s=62.85mm, 湿陷起始压力93-187KPa, 由此综合判定联合站建设场地为非自重湿陷

性黄土场地, 地基湿陷等级为Ⅰ级 (轻微) 。

二、湿陷性黄土地区给排水管道设计

湿陷性黄土地区的给排水设计, 既要考虑因给排水管道渗漏, 从而引起黄土湿陷, 产生不均匀沉降对管道造成的破坏, 同时也要考虑黄土湿陷对邻近的建构筑物造成的不利影响。在理想情况下, 对于湿陷性黄土地区给排水管道的设计, 最可靠的措施就是对地基进行处理, 彻底消除湿陷量, 使建构筑物及给排水管道均坐落在可靠的人工地基之上, 这样从根本上避免因漏水而引起的地基湿陷对管道本身和邻近建构筑物的影响。排601新区联合站地质情况复杂, 占地面积达69.6亩 (约合46423m3) , 完全进行地基处理工程量巨大, 且工程费用高, 彻底处理地基的方案不经济、不现实。按照国标《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025-2004 (以下简称《湿陷规范》) 第6.1.1条规定:“甲类建筑应该消除地基的全部湿陷量或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层, 或将基础设置在非湿陷性黄土层上;乙、丙类建筑应消除地基的部分湿陷量。”联合站的建构筑物除门卫和围墙为丙类建筑外, 其余均为乙类建筑, 因此, 站内各建构筑物的地基只需做消除部分湿陷量的处理。这种情况下, 就需要采取防水措施, 来避免和减少给排水管道渗漏湿陷。

给排水管道的防水措施有:基本防水措施, 检漏防水措施和严格防水措施。基本防水措施即从管道敷设、管道材料和接口等方面采取措施防止雨水或生产、生活污水的渗漏。检漏防水措施在基本防水措施的基础上, 对防护范围内的地下管道, 增设检漏管沟和检漏井。严格防水措施在检漏防水措施的基础上, 提高了防水地面、排水沟、检漏管沟、和检漏井等设施的材料标准, 如增设可靠的防水层, 采用钢筋混凝土排水沟等。

1. 给排水管道的布置

在湿陷性黄土地区, 室外给排水埋地管道都应尽量布置在建构筑物的防护距离外, 以避免埋地给排水管道漏水湿陷对建构筑物造成影响, 同时, 也可以减少给排水管道的建设成本。据此, 联合站的室外埋地给排水管道首先应根据站场总平面进行总体布局, 将管道布置在建构筑物的防护距离之外 (依据《湿陷规范》, 布置在乙类建构筑物5米以外, 丙类建构筑物4m以外, 具体见表3-1) 。但由于联合站用地有限, 各类建构筑物布置紧凑, 且站内各类管网众多、纵横交错, 不可能将所有的室外给排水埋地管道都布置在建构筑物防护距离之外。设计时只能依据各给排水点的位置, 结合站内其他管线的布置, 尽量优化调整, 使较少的给排水埋地管道敷设在建构筑物防护距离之内。由于站内的加药间、门卫、联合泵房以及部分辅助性生产厂房有用水要求, 这部分建筑物必然有给排水管道出入。针对这种情况, 根据《湿陷规范》的规定, 必须对防护范围内的给排水管道采取与建筑物相应的防水措施, 并使这些管道以最短的长度与防护范围外的管道相接。

2. 给排水管道的防水措施

以建构筑物防护距离为界, 给排水管道分为防护范围内和防护范围外两类, 防护范围内的给排水埋地管道, 都必须采取与建构筑物相应的防水措施, 按照《湿陷规范》5.1.1条的规定:各级湿陷性黄土上的乙类建筑需要采取检漏防水措施;Ⅰ级湿陷性黄土上的丙类建筑需要采取基本防水措施;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级湿陷性黄土地基上的丙类建筑, 需要采取检漏防水措施。排601联合站的地基湿陷等级为Ⅰ级, 按照规范要求, 丙类建筑只需采取基本防水措施, 但为了保险起见, 联合站所有建构筑物防护范围内的给排水埋地管道均采取了与乙类建构筑物相适应的检漏防水措施。

采取检漏防水措施的室内外给排水埋地管道, 必须敷设在砖壁 (钢筋) 混凝土槽形底检漏管沟里, 以便定期检漏, 及时发现管道破损、漏水现象;检漏管沟沟底设有坡度, 坡向检漏井;进出户管的检漏管沟, 沟底坡度一般大于0.02。在排601联合站给排水设计时, 给排水管道分室外、室内和进出户管三种, 对于室外给排水管道和进出户管均采用了埋地的形式, 这部分管道敷设在检漏管沟中, 其中管道贯穿检漏井壁时必须做防水处理, 即设水泥沙浆止水圈环, 管沟选用国标图集04S531-2的B2型砖壁、防水钢筋混凝土检漏管沟, 进出户管检漏管沟沟底坡度取0.025, 其余取0.005, 坡向检漏井, 检漏井采用了钢筋混凝土结构, 内设积水坑, 深度大于30cm。而室内的给水管道, 则采用了明装的形式, 这样既减少地基浸水的机会又便于管道的检修。

针对防护范围外的管道, 为了管道地基不受水浸湿, 以免因不均匀沉降而拉裂管道, 在这次设计中同样采取了相应的防水措施。

3. 管材的选用

湿陷性黄土地区的给排水管道, 管道材质的选择应较普通地区高些, 优先选用钢管、铸铁管、预应力钢筋混凝土管及质地优良的塑料管。联合站给排水的设计, 给水管道选用了强度高、耐腐蚀、安装方便、质量轻、采用热熔连接的PP-R热水管, 排水管道选用了不宜结垢、内壁光滑、采用承插连接的PVC-U排水管, 其余消防水罐, 反冲洗水罐等的排水采用了强度高、自重小、进行了内外防腐、采用焊接连接的20#无缝钢管。

4. 给排水管道设计遵循的步骤

湿陷性黄土地区的给排水设计, 也有一定的步骤。通过本次设计从资料收集、查阅标准规范到分析探讨, 最后完成设计的全过程, 笔者从中得到一些启示, 总结出了在湿陷性黄土地质情况下给排水设计的一般顺序。

湿陷性黄土地区的给排水设计, 首先, 要明确湿陷性黄土的湿陷类型、湿陷等级。湿陷类型和湿陷等级的确定, 是开展后续工作的前提, 后期的设计, 都必须依据所确定的黄土的湿陷类型和湿陷等级。黄土的湿陷类型和湿陷等级, 通过岩土工程勘察报告来确定。

其次, 确定站场建构筑物的类型和防护距离。站场建构筑物的类型, 应根据其重要性、地基受水浸湿的可能性大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度来确定。在确定了建构筑物类型后, 各类建构筑物的防护距离就可以参照《湿陷规范》的相关内容来得出。

再次, 确定防水措施。这里所说的防水措施, 包括建构筑物的防水措施和防护范围内给排水管道的防水措施。建构筑物的防水措施, 通过建构筑物的类型结合黄土的湿陷类型和湿陷等级来确定, 给排水管道的防水措施, 则需要与其相邻的建构筑物相同。同时, 给排水管道防水措施的确定, 还应该考虑相邻建构筑物的重要性, 采取防水措施的工程量、经济性等因素综来确定, 必要时, 也可以采取更严格的防水措施。

最后, 就是根据建构筑物的类型, 防护距离和防水措施, 结合各用水点, 进行平面管网的规划、布置。平面管网布置时, 尽量将给排水管道布置在建构筑物的防护距离之外。防护范围内的给排水管道, 尽量避免交叉, 出现检漏管沟相交的情况。同时, 检漏井, 检查井等, 也应该结合建构筑物, 道路等的情况来进行布置。结束语

湿陷性黄土地区的给排水设计, 由于受特殊地质情况的影响, 跟一般地质情况下的给排水设计存在着很多不同, 本文仅以排601联合站为例, 介绍了这种地质情况下的给排水设计的思路及注意事项。在今后的工作中, 我们还要加强学习, 不断总结湿陷性黄土地区给排水设计的经验, 努力使这一特殊地质情况下的给排水设计能够迈上新的台阶。

摘要：本文以“新疆排601新区产能建设工程”联合站部分的给排水设计为例, 介绍了湿陷性黄土地区给排水管道的防水措施, 设计原则, 设计特点以及设计时应注意的事项。

关键词：Ⅰ级非自重湿陷性黄土,给排水管道,基本防水措施,检漏防水措施,防护距离