導(dǎo)語(yǔ)：給排水系統(tǒng)抗震管道設(shè)計(jì)探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］給排水系統(tǒng)由于受限于周圍環(huán)境與技術(shù)水平等要素，給排水技術(shù)及其施工工藝暴露出較大問(wèn)題，如防震設(shè)計(jì)處理上，存在較大的發(fā)展空間。針對(duì)市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的普遍性問(wèn)題，從抗震技術(shù)角度，對(duì)于改進(jìn)與發(fā)展給排水系統(tǒng)提出一些建議，以供參考。

［關(guān)鍵詞］給排水工程；管道設(shè)計(jì)；抗震結(jié)構(gòu)

市政給排水系統(tǒng)是城市現(xiàn)代化發(fā)展的基礎(chǔ)性城市建設(shè)系統(tǒng)之一，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃的設(shè)計(jì)，對(duì)保障國(guó)民生命安全、維護(hù)居民居住環(huán)境、推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義?，F(xiàn)階段，生態(tài)化城市建設(shè)成為促進(jìn)城市發(fā)展的新模式，也是推動(dòng)市政建設(shè)的重要戰(zhàn)略步驟。對(duì)此，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)城市發(fā)展建設(shè)，從生態(tài)化角度規(guī)劃設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)的抗震功能，對(duì)城市建設(shè)而言，具有非常重要的價(jià)值。

1市政給排水設(shè)計(jì)的現(xiàn)存問(wèn)題

1.1給排水系統(tǒng)處理模式的不恰當(dāng)選擇。城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，由于前期實(shí)地勘測(cè)與調(diào)查不充分，再加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)傾向于集中式的給排水處理模式，管道埋深度不斷加大，增加了系統(tǒng)管網(wǎng)的水泵站建設(shè)數(shù)量，提高了給排水規(guī)劃建設(shè)成本。一些地區(qū)在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往過(guò)于追求排水功能，大量采用封閉施工建設(shè)方式，大量水泥和鋼筋的使用，加大了管道疏通難度，甚至?xí)斐沙鞘兴?wèn)題。而有些城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，不注重生態(tài)化功能建設(shè)，城市人工景觀建設(shè)用水量較大，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象日益突出。1.2給排水系統(tǒng)缺少抗震功能。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)的形式是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋面廣、流域空間廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)規(guī)模大等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外給排水系統(tǒng)的抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)局限在管道部分的抗震，對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的整體抗震功能的研究與實(shí)踐較少。抗震可靠性指標(biāo)作為評(píng)估給排水系統(tǒng)管網(wǎng)的抗震性能的基礎(chǔ)指標(biāo)，未能發(fā)揮其整體性量化作用，未充分應(yīng)用到管線整體布局與設(shè)計(jì)中。不僅如此，據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的地震災(zāi)害資料可知，地震對(duì)給排水系統(tǒng)造成的影響與破壞是巨大的，如水庫(kù)壩的塌陷、剪短、滑動(dòng)，系統(tǒng)主干道的接口斷開(kāi)、折斷、破裂或脫落等，甚至出現(xiàn)大面積的損壞，嚴(yán)重影響供水設(shè)備與建筑的運(yùn)行與安全?？梢哉f(shuō)，水資源是人們維持生命的必需資源，給排水系統(tǒng)應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)獲得修復(fù)，進(jìn)而保障災(zāi)后維持正常給水。對(duì)此，給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)與防災(zāi)工作迫在眉睫。

2給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用

埋地給排水管道是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，在整個(gè)給排水系統(tǒng)中承擔(dān)著輸水與配水的功能，經(jīng)歷次地震災(zāi)害調(diào)查了解到，給排水管道震后毀壞非常嚴(yán)重。對(duì)此，在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)重點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的抗震性能，降低災(zāi)害毀壞程度，保證震后生活應(yīng)急的水量輸送。無(wú)論是哪種地震，對(duì)給排水系統(tǒng)管道所造成的非人為性破壞都是非常巨大的，應(yīng)從管道抗震原理、抗震可靠性與耐久性等，借鑒建筑施工隔震原理，針對(duì)給排水管道抗震中的設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，采取耗散系統(tǒng)受震能量方式，進(jìn)而起到一種隔震效果。2.1輸水管道的隔震設(shè)計(jì)。管道土體與輸水管道之間鋪設(shè)干燥的砂土，作為隔震基礎(chǔ)層。砂土與普通土體相比具有很強(qiáng)的摩擦力，能消耗一些地震產(chǎn)生的能量。粘聚力與摩擦強(qiáng)度是決定砂土摩擦力的重要參數(shù)，按粒徑大小，將其劃分為5個(gè)種類，具體樣態(tài)指標(biāo)見(jiàn)表1。從表1數(shù)據(jù)可知，砂粒粒徑最大，砂粒摩擦角較大，粘聚力較低，受到外界環(huán)境因素的影響會(huì)加重顆粒之間的摩擦力；粉砂粒徑最小，摩擦力最小，但是粘聚力最大，說(shuō)明顆粒間結(jié)構(gòu)緊密，較容易傳遞地震作用力，不能較好地消耗地震能量。而中間3種砂粒，從細(xì)砂、中砂到粗砂，隨著粒徑增加，摩擦角逐漸增強(qiáng)，但聚合力逐漸減小。從3種物理指標(biāo)來(lái)看，粗砂可考慮作為隔震層的原材料，能消耗掉一部分地震能量，有減震作用。2.2管網(wǎng)抗震可靠性的規(guī)劃設(shè)計(jì)。2.2.1管網(wǎng)參數(shù)值的設(shè)計(jì)。管網(wǎng)線的設(shè)計(jì)考慮因素較多，其參數(shù)值的選擇具有較大的隨機(jī)性，如管線材質(zhì)、地形結(jié)構(gòu)、接口抗震力與變形量、工程施工方式等。從管道接口變形界限來(lái)說(shuō)，給排水系統(tǒng)管線抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)在100~800mm范圍中選擇管徑，其中R1是管線開(kāi)裂移位的極限值，R2是滲漏位移的極限值，Rk是管線接口開(kāi)裂的極限抗力，具體參數(shù)詳見(jiàn)表2。2.2.2兩態(tài)破壞性可靠性分析。按照給排水系統(tǒng)抗震性能需求、實(shí)際規(guī)劃規(guī)模與可靠性原理，地震與管道作用同時(shí)存在的情況下，設(shè)系統(tǒng)管道的瞬時(shí)狀態(tài)函數(shù)定義為：Z=f（R,S）=R–S設(shè)定管道的接口處破壞變形為可靠性指標(biāo)，系統(tǒng)管道的完好狀態(tài)極限方程可表示為：Zn=R2–Sn式中：R2為滲漏位移的極限；Sn為管道接口變形。根據(jù)以上公式，可得出管道受到破壞的2種情況：（1）當(dāng)Zn<0，則管道破壞處于滲漏狀態(tài)；（2）當(dāng)Zn>0，則管道破壞處于非滲漏狀態(tài)。進(jìn)而假設(shè)R、S服從正態(tài)分布，根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)可知，Z同樣服從正態(tài)分布，概率密度的公式可表示為：222)(21σσusef−−=π式中：μ為隨機(jī)變量期望值；σ為隨機(jī)變量標(biāo)準(zhǔn)差。μ=μR–μS，22SR+=σσσ式中：μR–μ2為均值；σR=R2為標(biāo)準(zhǔn)差；μS為管道接口的最大變形均值；σS為管道接口的最大變形標(biāo)準(zhǔn)差。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)管道受到地震破壞時(shí)，管道破壞概率的計(jì)算公式可表示為：(βφ)σµφσσµ−==<∫−==∞−−−02)(2221PP)0(dxeZsnfπ式中：為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)；β為可靠性指標(biāo)。對(duì)此，給排水管網(wǎng)管道在遭受到地震災(zāi)害時(shí)，安全概率可表示為：=−=σµφf(shuō)PP1管道遭到地震破壞的作用點(diǎn)如下。（1）管道連接處的錯(cuò)動(dòng)，常出現(xiàn)三彎頭、三通、閘門等連接處，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)變形或集中應(yīng)變。（2）管體的折斷，常出現(xiàn)在飾面水泥、鑄鐵管、鋼筋混凝土等管道上，特別是直徑較小的鑄鐵管或鋼管較容易出現(xiàn)破裂或折斷現(xiàn)象。（3）接頭破壞，在連續(xù)性管網(wǎng)的焊接處容易出現(xiàn)斷裂，螺栓接口處易出現(xiàn)松動(dòng)，鑄鐵管接口的填料可能有松動(dòng)、破壞等問(wèn)題，這種破損現(xiàn)象在地震發(fā)生時(shí)最為普遍。（4）管道接口的形式。在同樣的地震作用、地質(zhì)條件作用下，柔性給排水管道比剛性給排水管道的抗震性能要強(qiáng)，主要原因是柔性接口的給排水管道能較好地接受或承受地震導(dǎo)致的周圍場(chǎng)地應(yīng)變。2.2.3系統(tǒng)管道網(wǎng)絡(luò)抗震布局與設(shè)計(jì)。（1）地質(zhì)條件的選擇。給排水系統(tǒng)輸水與配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，應(yīng)鋪設(shè)在地質(zhì)情況較好的位置，應(yīng)綜合考慮地基變形、滑坡、山崩、液化等情況，避免上述地形。若因抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)，無(wú)法避免這種地形時(shí)，可根據(jù)實(shí)地情況采用加固技術(shù)、高強(qiáng)度管網(wǎng)管道、抗震接口，管道埋深前做好地質(zhì)勘測(cè)，同時(shí)考慮抗震強(qiáng)度與地質(zhì)環(huán)境設(shè)計(jì)管道的埋置深度，管道要覆蓋一定厚度的土質(zhì)，以抵抗惡劣的環(huán)境與承受荷載量，避免惡劣環(huán)境對(duì)系統(tǒng)管道造成的強(qiáng)制破壞。（2）管網(wǎng)布局。給排水系統(tǒng)的管網(wǎng)布局要選擇合適的管網(wǎng)冗余度，建議采取環(huán)狀的布置方式，形成環(huán)環(huán)相扣的連通態(tài)，以便發(fā)生地震災(zāi)害能實(shí)現(xiàn)調(diào)水功能。當(dāng)前市政給排水的管線鋪設(shè)區(qū)域較大，應(yīng)合理布局多個(gè)子區(qū)域，且應(yīng)保證當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，調(diào)節(jié)給排水的水閘減少管道水量壓力，從而緩沖地震對(duì)管道的物理?yè)p害。在給排水管網(wǎng)布局上，考慮到主干道與分區(qū)功能，減少地震發(fā)生時(shí)的斷水面積，進(jìn)而減少災(zāi)后管網(wǎng)建設(shè)工作，及時(shí)恢復(fù)給水需求。（3）管網(wǎng)管道的設(shè)計(jì)。給排水管道設(shè)計(jì)中，減少管道垂直或水平的急轉(zhuǎn)彎方向設(shè)計(jì)，避免地震災(zāi)害破壞力強(qiáng)度過(guò)大造成的外界地震作用與管道內(nèi)部水壓形成的雙重作用下的損壞，可根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模，合理選擇一定的弧度，能在地震發(fā)生時(shí)有充足的管道變量。對(duì)此，地下銜接處管道應(yīng)能承受一定變形量，避免管網(wǎng)出現(xiàn)物理性破損而造成整體癱瘓。在管道上可間隔適當(dāng)距離設(shè)置一個(gè)或若干個(gè)自控裝置，進(jìn)而預(yù)備在地震發(fā)生時(shí)，能通過(guò)切斷閥門減輕水量壓力。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，給排水管線埋地接口處最容易受到地震的破壞影響，若在接口處安裝疊層的橡膠作為起隔震作用的支座，管道與支座材料之間用多邊形的鋼板、螺栓連接方式等，便可削弱地震破壞應(yīng)力，再加上在隔震層鋪設(shè)砂土方式，實(shí)現(xiàn)減震的效果。本文提出城市給排水系統(tǒng)抗震規(guī)劃設(shè)計(jì)中，可通過(guò)分析抗震可靠性指標(biāo)，立足于管線埋線的地質(zhì)與布局條件，對(duì)管網(wǎng)抗震功能進(jìn)行勘測(cè)地質(zhì)、布局管線與抗震設(shè)計(jì)，進(jìn)而增強(qiáng)給排水系統(tǒng)的抗震功能，減少因?yàn)?zāi)害不可抗力帶來(lái)的損失。

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作者:閆彬 單位:中國(guó)建筑第七工程局有限公司