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城市排水管道结构性缺陷成因及策略
作者:鸿粤园林发布时间:2020-05-11

  城市排水管道普遍存在各种病害和缺陷问题,直接影响了排水系统功能的正常发挥。对管网的检测与修复是管网运维管理的重要工作。本文以笑小区排水管网结构性缺陷为例,对缺陷的主要成因归纳为施工质量、管材质量二方面,应对策略归纳为严控施工质量和验收环节、采用智慧水务技术、运用排水管道非开挖修复新技术、加大排水管道新产品研发力度、变被动管理为主动管理这五个方面,分析排水管道结构性缺陷成因,有针对性地提出一系列解决策略。


  一、排水管道结构性缺陷成因


  管道结构性缺陷主要考虑的是土壤风险、管道本身风险。前者取决于管道敷设位置的地质状况、动荷载变化等;管道风险来自管道自身的几何尺寸、管材等。具体可理解为如下几个原因:


  (一)施工质量缺陷沟槽回填质量。常见问题是没有用良性土或粗砂分层回填管道沟槽,而是用杂填土回填施工。这会导致管道沟槽胸腔回填土密实度没有达到要求,以致管侧无抗荷载能力,荷载集中在管顶,使管道发生变形破裂。由于密实度不足而形成的软土高压缩性,管道容易出现纵向垂直变位。特别是埋设塑料管材的沟槽,一旦管道变形失稳,其破坏程度往往比混凝土管严重。以南湖汇水区为例,发现的58处管道变形病害均属于塑料管材沟槽回填不合格所致。管道基础处理质量。对软弱基础处理不到位也会引起管道结构性缺陷。仍以南湖汇水区为例,检测发现的95处管道错口中有70处是砼管的基础,17处管道脱节中有14处是砼管基础。这样的结果表明混凝土管道的抗不均匀沉降效果较差,这可能与混凝土管道管节短,管道接口较多有关。


  (二)管材质量缺陷刚度不够的管材抗荷载抗变形的能力差,柔性不够的管材承受变形的扰度低。选择管材时这两个方面的性能都要满足。市场上管材种类繁多,事实上给选择合适的管材增加了难度。以HDPE为代表的各类化学管材成本高、种类多,其质量良莠不齐,市场较为混乱。由于HDPE等塑料管材属于石化衍生品,其原料价格受石油价格影响较大,因此一些不良厂家为了降低成本,通过添加塑料二次料、增大碳酸钙投加量等方法增加环刚度,这降低了塑料管材的质量和使用寿命。还有一些塑料管材从工艺上降低成本,采用钢塑复合结构(如:钢带增强管、塑钢缠绕管、钢塑复合管、中空壁塑钢缠绕管等),但这些管材在地下水位高的南方地区使用时,因为地下水接触钢带与母材之间的裂隙后,会加速材料腐蚀,破坏管道结构,厂商标称的50年使用寿命有待检验。传统钢筋混凝土管道的市场质量也不容乐观。由于砼管价格低,利润少,传统混凝土管道的生产大厂日趋减少,目前供货的大多是一些山寨小厂,生产的混凝土排水管质量不等,使用中容易开裂。


  (三)管网资产维护管理困难在南湖汇水区排水管道检测中,发现多处管道被异物侵入。一些排水暗管从管道侧壁非法接入,破坏了管道结构,例如:电缆从管道内部穿越、排水管道被拖管破坏、自来水管横穿排水管。这些侵入物不仅严重破坏了排水管道的使用功能,而且带来了安全隐患。遇到管道水位较高的情况时,日常维护难以发现,需要CCTV检测(管道闭路电视检测系统)才能发现破坏部位,增大了管道运行维护的难度。由于排水管网是地下隐蔽物,且大部分为重力流管道,因此被异物侵入后,其破坏的后果不像电缆、自来水、燃气管道破坏时呈现爆发性的严重事故,而是具有明显的滞后性,往往数天或一场暴雨到来时才能发现问题,因此执法和举证较难。


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  二、城市排水管道结构性缺陷应对策略


  (一)严控施工质量和验收环节作为隐蔽工程,排水管道工程施工中需严抓分步验收,应从管道质量、沟槽开挖及放线、管道基础处理、管道安装与连接、沟槽回填五个方面严控质量。管道质量。选用口碑好的大厂产品,保证各类质量证明报告齐全。除了抽检之外,还可把质量管理制度化,例如:由省或市级行业主管部门牵头,对生产厂商产品质量建立信用库,合格者才能纳入采购对象。沟槽开挖和放线。施工中,监理应对沟槽的宽度、高程、线型进行复核,经测量无误后方能进入下一道工序。管道基础处理。现场监理要严抓管道基础承载力检测环节,管网在运行过程中的错口、脱节等结构性缺陷很多就是因为管道基础出现了问题。管道安装与连接。为避免渗漏发生,管道安装和连接质量是关键,混凝土管道承插或企口连接时一定要设置橡胶圈,建议采用遇水膨胀橡胶圈。混凝土管道建议采用管枕辅以砂石基础,这种半刚性基础可减少南方水网地区管节错口和脱节等病害的发生。沟槽回填。从管底基础部位开始到管顶以上0.5m范围需采用良性土或粗砂按规范分层对称回填,施工中应采用人工辅以小型机械分层夯实。工程竣工未通水前,建议请第三方检测单位采用CCTV进行全线检测,检测报告提交水务接管单位,经检验合格后方同意验收。


  (二)采用智慧水务技术管网缺陷的探测是病害防治的基础,也是管网维护运行当中的一项重要任务。城市地下排水管网面广量大,情况复杂,若对每一条管道都动用CCTV、潜望镜等技术设备进行管道检测,需要较长的时间及较高的人力、物力成本。如果对管网的重点部位进行有限次数的检测,则有望通过抽样获得的部分数据,对管网整体状况有近似全面的、准确的评估。一个完整的评估体系通常由最大缺陷值、管道缺陷的长度平均值指标、点数平均值指标综合后做出评估。管网的破坏和衰退整体上是一个渐进的过程,平时难以及时发现管网细微缺陷问题,地下的问题积重难返才反映到地面渍水。如果缺乏有效的监督管理,问题很可能从量变引起质变、小问题变成大问题。因此,在现有排水设施基础上建立智慧水务平台,加装智能机器人巡检监测,实现地下排水管网的全智能监测、预警、决策和处置,是及时发现和处置各类管道缺陷的重要手段。


  (三)运用排水管道非开挖修复新技术在社会和环境成本方面,管道非开挖修复技术有明显的优越性。根据《城镇排水管道非开挖修复技术规程》CJJ210-2014标准,管道非开挖修复工艺有上十种,目前市场上常用的管道非开挖修复技术主要有6种方法,分别为:紫外光固化工艺、热塑成型工艺、管道垫衬工艺、螺旋缠绕工艺、管盾浇筑工艺、不锈钢快速锁法,其适用条件如下表:目前,紫外光固化内衬修复呈现独特优势,值得关注和推广,其他的环保、经济的管道非开挖修复技术势在必行。一般来说,非开挖修复适用于管道结构没有严重破坏的情形,因此混凝土管道结构缺陷比塑料管材的结构缺陷好修复一些。当存在破裂、接口材料脱落缺陷,需要进行点修时,局部原位固化修复工艺及不锈钢快速锁修复工艺均可对其进行修复;当管径d<500时,采用局部原位固化修复工艺;当管径d≥500时,采用不锈钢快速锁修复工艺。

  (四)加大排水管道新产品研发力度目前市场上排水管材总体来说分为钢筋混凝土管、化学管材、金属管材三类。钢筋混凝土管具有强度高、刚度大、承载能力强、安全系数高、制造成本低、就地取材等优点,但其内壁粗糙、安装效率低、接头多、密封性差、运输困难、接口易破损等缺点也很突出;各类化学管材具有重量轻、韧性好、抗震性能好,水力特性好,抗腐蚀能力强、安装方便、密封性好等优点,但也存在成本高、市场混乱、质量参差不齐等缺点;各类金属管道如球墨铸铁管、钢管等管材多用于带压力的排水输送管道,在重力流排水管道上应用并不多。我国幅员辽阔,南北地质、地貌差异较大,因此管材使用不能一刀切,必须符合当地实际情况。由于武汉河湖众多,地质构造多为灰褐色的冲积砂、亚砂土、亚黏土冲积物或淤泥质褐色亚黏土的湖积物,一般地面以下1.0m内可见地下水,常有流砂出现,因此柔性管道较为适合本地区软弱地质。但柔性管道周边一般回填粗砂,管道一旦出现破损渗漏,丰富的地下水可将周边的粗砂随管道缝隙带走,形成空洞,继而引发地面塌陷,而塌陷又加速了塑料管道的结构破坏。自2018年12月政府发布禁止采挖河砂的通告后,沟槽回填粗砂综合单价已逼近500元/立方米,塑料管材在本地应用的综合优点已不显著,一些区拟在新建项目中采用球墨铸铁管作为市政污水重力流管材,因此研发适合江南水网区的排水管材迫在眉睫。