沿海地區地下消防管線設計問題探討

李建高　霍小爭（.國貿工程設計院，北京　00037；.北京天恒筑景建筑設計咨詢有限公司，北京　0600）

?

沿海地區地下消防管線設計問題探討

李建高1霍小爭2
（1.國貿工程設計院，北京100037；2.北京天恒筑景建筑設計咨詢有限公司，北京102600）

摘要：根據沿海地區地下水及土壤的特點，從管材、地基處理、管道基礎等方面，探討了該類場地地下消防管線設計中存在的問題，并提出了相應的處理措施，為沿海地區地下消防管線的優化設計提供了參考。

關鍵詞：消防管線，管材，地基處理，地基承載力

1　沿海地區地下水及土壤特點

目前，我國土地資源日漸稀缺，使得很多建設項目由內陸轉向了沿海，采用沿海灘涂或吹砂填海工藝人為造陸地進行項目建設，建設用地具有地下水位高，地基松軟、腐蝕性較強等特點。筆者根據建設場地特點及設計完成項目的使用情況，對該類型場地地下消防管線設計中的幾個問題進行探討。

2　問題探討

2.1管材

GB 50013—2006室外給水排水設計規范7.4.1條條文解釋中“配水管道管材一般采用球墨鑄鐵管、鋼管、聚乙烯管、硬質聚氯乙烯管等”。GB 50974—2014消防給水及消火栓系統技術規范8.2.4條中“埋地管道宜采用球墨鑄鐵管、鋼絲網骨架塑料復合管和加強防腐的鋼管等管材”。

由于場地有較強的腐蝕性，所以球墨鑄鐵管和鋼絲網骨架塑料復合管自然成為管材的首選，但是對于沿海灘涂、吹砂填海場地，實踐證實球墨鑄鐵管其實并不是最好的管材。2012年我們設計了天津某港區一工程項目，該工程項目分兩期，第一期消防管線采用球墨鑄鐵管，第二期采用鋼絲網骨架塑料復合管。兩期管道基礎做法相同，但是一期施工完成后屢次爆管，不斷進行修復，給業主造成很大困難；二期施工完成后到目前為止只出現過一次管道漏水，得到業主好評。

造成兩期不同結果的原因在于，球墨鑄鐵管采用橡膠圈承插連接，管道彎管、叉管、管堵、三通處均由支墩來支撐，以平衡管道內壓力，但是由于場地地基較差，施工完成后不可避免有一定的沉降量。不均勻沉降一方面使球墨鑄鐵管接口處出現偏移，一旦沉降量超出管道允許偏移量就造成管道爆管；另一方面消防管網壓力較高，支墩在管道推力及沉降不均共同作用下，偏離管道軸向也會造成管道爆管。與球墨鑄鐵管相比，鋼絲網骨架塑料復合管采用管件電熱熔連接，使整個管道成為一體，具有整體性強、接頭少、抗軸向拉伸能力強等特點，管道允許偏移量較球墨鑄鐵管大，在輕微的不均勻沉降后，仍能保持較好的完整性，所以出現爆管幾率大大降低。

2.2地基處理

由于沿海灘涂、吹砂填海場地土層一般具有含水率高、孔隙比大、強度低、壓縮性高、透水性差等特點（以實際場地的地勘報告為準），整個場地的地基承載力極低，達不到管道施工所需承載力，考慮解決軟土層的承載力、后期沉降問題，一般在管道敷設之前需要進行地基處理。一般的地基處理方法有換填法、強夯法、拋石擠淤法。換填法適用于淤土層厚度小于4 m的情況，對于場地軟地基土層厚達十幾米或幾十米的沿海灘涂、吹砂填海場地，此法基本不可實現；強夯法一般可處理5 m～10 m的軟土層，對于透水性差的沿海灘涂、吹砂填海場地土層，強夯易使場地形成“橡皮土”（在規定的壓實度要求下，土體含水量超標而無法壓實的粘性土體），應慎重采用；拋石擠淤法，對于大面積、大厚度的沿海灘涂、吹砂填海場地而言，所需石料數量巨大，有時難以實現。筆者在此類場地采用排水固結法（在場地使用先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時土體強度逐步提高的方法，適用于處理淤泥質土、淤泥和充填土等飽和粘性土地基，該系統由排水系統和加壓系統兩部分組成，排水系統一般采用砂井、塑料排水帶等，加壓系統可以采用堆載預壓、真空預壓、降水預壓、電滲排水法。通過臨時堆填土石等方法對地基進行堆載預壓，或進行真空預壓，以提高地基的承載力）提高地基承載力，取得了較為理想的效果。

2012年天津某港區工程項目中，場地土質為淤泥質粘土層、粉質粘土層、粉砂層，采用真空預壓處理排水固結法進行地基處理，處理后各層地基承載力見表1。

表1　采用真空預壓法處理后土層的地基承載力

2015年廈門某港區工程項目中，場地土質為雜填土層、填砂層、填石層、淤泥層、粉質粘土層，采用堆載預壓處理排水固結法進行地基處理，處理后各層地基承載力見表2。

表2　采用堆載預壓處理后土層的地基承載力

由場地試驗數據可以看出，經地基處理后，場地的地基承載力顯著提高，但是部分土層承載力仍然不能滿足地基承載力特征值fak≥100 kPa，且地基處理后各層土質承載力不均，因此還需進行管道基礎處理。

2.3管道基礎的做法

由于場地地基承載力較小，且不均勻，宜設置混凝土管道基礎。混凝土管道基礎可參照鋼筋混凝土管管道基礎做法。考慮到混凝土管道基礎為剛性基礎，而鋼絲網骨架塑料復合管為柔性管道，為防止柔性管道與剛性基礎直接接觸，在混凝土管道基礎上敷設90°中粗砂基礎，管道基礎做法見圖1。

圖1　管道混凝土基礎圖

2.4復核地基承載力

管道基礎地基承載力驗算可按下式計算：

Pz1+ Pz2+ Pz3+ Pc≤fak。

其中，Pz1為混凝土基礎永久作用標準值，kN/m2，混凝土自重取25 kN/m3；Pz2為90°中粗砂基礎永久作用標準值，kN/m2，中粗砂自重取20 kN/m3；Pz3為90°回填土永久作用標準值，kN/m2，回填土自重取18 kN/m3；Pc為可變作用標準值，kN/m2。

可變作用標準值可按下式計算：

Pc=（μd×Q）/［（ai+1.4H）×（bi+1.4H）］。

其中，μd為動力系數，可按表3取值；Q為車輛一個車輪承擔的輪壓標準值，kN；ai為車輛一個車輪的著地分布長度，m；bi為車輛一個車輪的著地分布寬度，m；H為自車行路面至管頂的深度，m。

表3　車行路面至管頂的深度與動力系數值

天津及廈門某港區工程項目場地內車輛均為重車，軸重140 kN，一個車輪的著地分布長度取0.60 m，一個車輪的著地分布寬度取0.20 m，埋地消防管道為鋼絲網骨架塑料復合管，管徑為300，管頂覆土厚度為1.3 m，混凝土基礎寬度500 mm，基礎厚度C1=150 mm。

經復核Pz1+ Pz2+ Pz3+ Pc= 49.96 kN/m2= 49.96 kPa≤fak（最差土層地基承載力）。

3　結語

1）沿海地區地下消防管線宜采用鋼絲網骨架塑料復合管等整體性強、接頭少、連接技術成熟可靠、抗軸向拉伸能力強的柔性管道。

2）根據場地特性，選擇合適的地基處理方案及管道基礎做法，并充分利用道路對地基的處理成果。

3）復核管道基礎的地基承載力是否滿足要求。

參考文獻：

［1］GB 50332—2002，給水排水工程管道結構設計規范［S］.

［2］溫一凡.城市建設理論研究（電子版）［Z］.2011.

［3］趙華標.淺談軟土地基下管道基礎處理方法［J］.中國科技博覽，2009（9X）：46.

［4］王峰.軟土地基排水管道設計探討［J］.中國科技博覽，2009（23）：65.

［5］尚菊萍.橡皮土地基的預防和處理［J］.建筑技術與應用，2012（6）：71.

On underground fire-fighting pipeline design in coastal areas

Li Jiangao1Huo Xiaozheng2
（1.GuoMao Engineering Design Institute，Beijing 100037，China；
2.BeiJing TianhengZhujing Designing Consuitation Co.，Ltd，Beijing 102600，China）

Abstract：Based on the features of underground water and soil at coastal areas，the paper explores the problems in the underground fire-fighting pipeline design at the site from the pipe materials，foundation treatment，and pipeline foundation，and points out respective measures，so as to provide some reference for the optimal design of the underground fire-fighting pipeline at the area.

Key words：firefighting pipeline，pipe material，foundation treatment，foundation loading capacity

中圖分類號：TU967

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0115-03

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：李建高（1979-），男，工程師；霍小爭（1982-），女，工程師