隔震建筑中給排水管道穿越隔震層的技術措施探討

任翾

銀川中房物業集團股份有限公司 寧夏 銀川 750000

1 隔震建筑隔震原理分析

隔震建筑隔震主要是在建筑底部（或層間位置）進行隔震裝置的設置，隔震裝置多由上部結構、隔震層、下部結構組成。隔震建筑隔震本質上是通過隔震裝置的設置，分離上部結構、下部結構，阻斷地震動能量向上層傳遞渠道。一般隔震裝置阻尼較大，可在吸收地震能量的同時，降低建筑結構承受地震作用力，確保建筑物自始至終處于彈性運作狀態。同時隔震裝置水平剛度處于較小的水平，可以延遞結構物基本周期，減小建筑結構物自身加速度反應，為建筑結構安全提供保障[1]。

2 隔震建筑中給排水管道布置特點

2.1 柔性敷設

隔震建筑中存在隔震層，建筑上部結構、下部結構完全分離，一旦發生地震，隔震建筑的上部結構、下部結構之間會發生較大位移。此時，為避免建筑給排水管道在上下部結構位移過程中被扯斷，需要根據國標GB50011的要求，對穿越隔震層的給排水管道進行特殊處理。即采用柔性敷設方式，促使穿越隔震層的給排水管道（包括生活排水管、消火栓給水管道、自動噴水給水管道、生活給水管）適應建筑上部結構、下部結構的水平位移，達到“小震無感、中震不壞、大震可修”的效果。

2.2 支架固定

隔震建筑中，給排水管道與上部建筑連接位置、下部建筑連接位置均采用支架固定方式。其中給排水管道與上部建筑連接位置采用懸吊固定支架；而給排水管道與下部建筑連接位置采用落地固定支架。對于同一根給排水管道，2根隔震軟連接中間固定方式為吊桿吊架。支架固定方式可以在滿足建筑給排水隔震變形要求的同時，減少維修成本，提高經濟效益。

2.3 順直安裝

隔震建筑中，給排水管道穿越隔震層時需保證軟管平順或垂直無扭曲，控制給排水管道運行過程安全。同時，確保出現超過抗震級別地震時，給排水管道滿足建筑物整體抗震偏移量要求，減少泄露風險，降低經濟、安全損失。

3 隔震建筑中給排水管道穿越隔震層需解決的問題

3.1 管道易堵塞

隔震建筑原有下水管道由業主家經樓下商網通向室外排水井，整體給排水管道敷設方式為地埋方式（深度2.5m）。對于上部結構排水，根據其重力排水的特點，在排水管穿越隔震層時，將污水收集井（或集水坑）設置在隔震層下部，促使上部重力排水直接排送到污水收集井（或集水坑），隨后提升出戶。這一排水方式為重力排水，重力排水演變為壓力排水或者水中雜質在軟連接拐彎位置沉積堵塞管道，導致管道內存在多處塌陷、堵塞，影響正常使用。

3.2 檢查維修不便

隔震建筑中，隔震建筑部分排水管道數量多，分布位置不均，使用集中收集再穿越隔震層出戶的方式排水直接導致穿越隔震層給排水管道維修不便。一旦開展給排水管道維修作業，就需破壞隔震層與商網內地面，影響商戶正常營業[2]。

3.3 管線形變風險大

單層建筑面積較大，包含給排水管道較多，分散不均，受剪切力、伸縮力等多力作用，形變風險較大。比如，在給排水立管穿越隔震層時，與隔震層相交的平面上易出現相對水平位移，促使立管產生剪切力拉扯管道沿立管中心線偏轉，在地震力達到設計限度后可對立管產生角向扭曲；再如，給排水排出橫管垂直穿越主體建筑和處于地下室底板位置的隔震層，將產生軸向伸縮力與角向剪切力，在各力超出設計限度時橫管將發生形變。

4 隔震建筑中給排水管道穿越隔震層的補償策略

4.1 設置隔震軟連接

為避免穿越隔震層給排水管道堵塞，將隔震軟連接設置在重力排水管、污水收集井連接位置（或排水出戶）位置，隔震軟連接為插接式排水專用隔震軟連接。插接式抗震軟連接包括內管體（內管管體、一端內管球形管頭）、外管體（外管管體、一端球形管頭）、內管安裝組件（內管連接法蘭、內管壓蓋、安裝腔、插孔）、外管安裝組件（外管連接法蘭、內管壓蓋、安裝腔、插孔）幾個部分，在內管安裝盒體的內管連接法蘭與安裝腔、插孔均連通，外管安裝盒體的外管連接法蘭、安裝腔、插孔相連通。利用插接方式，促使內管球形管頭嵌入安裝腔，可360°旋轉。而外管球形管頭嵌入外管安裝腔并設置收徑，內外管管頭、安裝腔之間均設置密封件（四氟密封圈）。同時將1個及以上帶密封圈安裝槽安裝于內管管體、外管管體自由端。進而利用螺紋連接方式，連接外管安裝盒體與外管壓蓋、內管安裝盒體與內管壓蓋。最后，利用密封承插方式，連接內管管體自由端、外管管體自由端，促使內管管體自由端、外管管體自由端在地震來臨時自由伸縮（內管管件插入外管管件內的距離長短變化），同時內管安裝盒體與球形管頭、外管安裝盒體與球形管體自由旋轉一定角度，將破壞作用降低到最小水平。

對于給水管道，則根據單層建筑內分單位、分商住戶供水要求，設置若干豎向分區，在建筑隔震層進行給水管道、熱水供水橫干管設置，并采用固定支架與下部結構連接；消火栓系統供水環管、自動噴水系統供水橫干管則設置在地下一層；豎向供水干管需穿越隔震層，與供水橫干管同側的供水立管、與供水橫干管不同側的供水立管分別采用不隔震連接、隔震連接[3]。隔震連接為直接豎向安裝隔震軟連接，隔震軟連接管道劃分為2個部分，其中一個部分經固定支管與上部結構相連，另外一個部分經固定支管與下部結構相連，以固定支架為載體吸收地震內的管道位移。

4.2 設置維修檢查口

4.2.1 準備材料。在隔震建筑給排水管道穿越隔震層前，準備24mΦ100柔性鑄鐵管道以及50mΦ150柔性鑄鐵管道、80mΦ200柔性鑄鐵管道，同時準備36個Φ100檢查口與10個Φ200檢查口，45°彎頭（Φ100、Φ150、Φ200）、三通（Φ100、Φ150、Φ200）、法蘭盤（Φ100、Φ150、Φ200）、膠圈（Φ100、Φ150、Φ200）、支架（Φ40角鐵）、檢查井、UPVCΦ100排氣管等材料。

4.2.2 斷開管道。斷開通往隔震建筑商網隔震層管道是隔震建筑中給排水管道穿越隔震層的第一步。在斷開通往隔震建筑網隔震層管道期間，技術人員應廢棄原有下水管道（包括衛生間、廚房），沿著由東向西（或由西向東）的方向進行線路的重新排布。

4.2.3 敷設主管。隔震建筑中給排水管道主管為Φ150～Φ200鑄鐵管道，在主管穿越隔震層位置分道安裝檢查口（或者設置閥門），促使全部下水主管匯集到車庫。同時，進行排氣管的安裝，在排氣管位置加裝排風扇、排水器，以便將污水排到室外污水井（或化糞池），最終排向市政管網。

4.2.4 室外施工。在室外管道敷設位置，挖掘機機械開挖溝槽，將Φ200鑄鐵排水管安裝到溝槽內，與室內排水管道相連，另外一端與下水井、化糞池相連（見圖1）。同時開挖1口成品檢查井（見圖2）、1口下水井，并進行1座容量大于等于30m3化糞池的砌筑。

圖1 室外施工

圖2 排水井施工

在室外施工結束后，技術人員可以對管道固定措施、連接部位進行檢查，確定管道穩固、連接可靠后，將2個壓力表分別設置在最低灌水點、最高灌水點，經金屬軟管連接全部供回水管道，連接位置為管井位置。以一個較為緩慢的速度，由管段最低位置將水體注入管道，由低處向高處封堵溢水管道末端，排除管道空氣。注滿水后，緩慢啟動電動泵，在10min～15min時間內將壓力升高至管道工作壓力的1.5倍（不小于0.6MPa），穩定60min，觀察壓力下降情況，確保壓力下降幅度小于0.05MPa。

4.3 設置補償器

隔震建筑中，設置補償器是降低立管、橫管變形的主要方式。

4.3.1 橫管補償器。同一平面內，橫管穿越主體建筑與外墻之間隔震層時，穿越隔震層的兩端母管與隔震層兩側分別相連，中間則為隔震柔性管道。在地震力的作用下，母管一端、另外一端發生水平方向相對位移。此時，柔性管道補償器同時出現角向、軸向位移，在補償器最大軸向拉伸位移位置為承受拉力最大位置，承受壓力最大位置則為最大角向位移位置，整個過程與立管補償變形一致。在橫向柔性管道節點角向位移小于最大角位移量時，對補償器材料彎曲度具有更高的要求，為避免補償器彎曲度不足引發的軟管受損以及給排水管線位移，應適當延長隔震的柔性軟管補償器。柔性軟管補償器增加長度m為水平方向發生最大位移時補償器長度與補償器不發生位移時的長度之差，與隔震支座最大允許位移（d）、補償器安全系數（K）、補償器最大角向位移（a）具有一定關系。計算公式如下：

在考慮橫向柔性管道補償器最大拉伸長度的基礎上，結合水力學中管壁對水流的阻力與水壓、管材、黏滯系數之間的關系，選擇金屬波紋管作為橫管補償，穿越隔震溝時則采用橡膠軟管補償。

4.3.2 立管補償器。對于立管補償器，因立管垂直穿越隔震層平面時易在地震力作用下出現上管段、下管段相對位移，因此，可以在隔震平面上管段、下管段之間設置變形補償器。立管上下管段、沿著上下管段之間補償器變形分別表現為角向位移、軸向位移，因此，為確定地震力作用下立管上補償器總長度L，可以綜合考慮隔震支座最大允許位移（d）、補償器安全系數（K）、補償器的最大角向位移（a）。計算公式為：

得到地震力作用下立管上補償器總長度后，將其減去補償器在未受地震力作用下的總長度，可以得到水平方向上發生最大位移時的補償器允許伸長量最大值。

在建筑立管所選材料為金屬波紋管、補償軟管材質為橡膠時，忽略材料允許彎曲半徑下因彎曲造成的長度變化，補償軟管最大角位移與補償軟管接管長度（B）、圓周率（π）、補償軟管允許彎曲半徑（R）具有一定關系。計算公式為：

根據式-3，確定立管補償軟管彎曲半徑。

5 結束語

綜上所述，隔震建筑中，給排水管道布置具有柔性連接的特點。在給排水管道穿越隔震層時，易出現形變、堵塞、維修不便等問題。針對上述問題，技術人員可以根據隔震建筑設計規范，結合現場情況，在適宜的位置設置給排水管道抗震軟連接，增設檢查口，并設置補償器，降低管線相對位移導致的管線損壞概率，為管線安全運行提供保障。