濕陷性黃土地區室外給排水管網設計探討

劉子龍

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司，蘭州 730000）

1 引言

室外給排水管網是保證建筑物給排水及消防各系統正常運行的“大動脈”，是工程設計過程中非常重要的內容。 濕陷性黃土地區室外給排水管道的設計尤為重要， 因為該地區土質特點表現為遇水浸濕時，黃土發生增濕軟化效應，土的強度瞬間降低， 在附加壓力或土的自重作用下濕陷變形造成管網斷裂，對建筑物危害極大，其防水設計也是濕陷性黃土地區設計的重中之重。

2 濕陷性黃土概述

我國的濕陷性黃土地區主要分布在黃河中游山西、陜西、甘肅大部分地區以及河南西部。 濕陷性黃土是指在一定壓力下受水浸濕， 土的結構迅速破壞， 并產生顯著附加下沉的黃土。 天然的地面或挖、填方場地的設計地面以下濕陷性黃土為主要地層的場地為濕陷性黃土場地， 濕陷性黃土場地根據其上覆土的飽和自重壓力作用下受水浸濕是否產生顯著附加下沉的現象又分為自重濕陷性黃土和非自重性濕陷黃土。 濕陷性黃土地基的濕陷等級應根據各黃土層累計的總濕陷量Δs和計算自重濕陷量Δzs等因素判定。濕陷性黃土地基的濕陷等級越高，地基浸水后總濕陷量和自重濕陷量越大，其對建筑的危害也越大，相應的設計措施的要求也就越高。 建筑物防護范圍的大小是根據建筑物的重要性和所在地基濕陷等級而綜合確定的，同一建筑物位于不同地基濕陷等級時，它的防護范圍大小也是不同的。

3 濕陷性黃土地區室外給排水管網設計實例

3.1 西雁·頤馨家園

3.1.1 項目概況

“西雁·頤馨家園” 選址位于會寧縣新城區祖厲河河道西南側，用地東南側為橫跨祖厲河的寨子路，西南側為平定高速公路， 場地處于祖厲河河道與平定高速公路之間的平地上東南側與祖厲河道有14 m 左右的垂直落差，沿河道規劃有濱河路通過，道路標高低于用地標高14 m 左右，城市地理位置及環境條件比較優越。 總用地面積73 175.76 m2， 建筑面積204 512 m2，包括21 棟地上建筑和局部地下車庫。場地原始地貌屬祖厲河西岸Ⅰ級階地，場地目前地面較平坦，西邊存在邊坡，坡體高約14.00 m，坡度約60°，該建筑場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性等級綜合評定為Ⅱ～Ⅲ（中等～嚴重）。 濕陷性土層下限深度為地表以下8.0～15.0 m。

本小區水源為城市自來水， 小區從寨子路和西南側支路市政給水管 （供水壓力0.30 MPa） 上各引入一條管徑為DN150 的給水管與小區內的環狀管網相接。 室內生活排水匯集至室外化糞池經處理后排入濱河路市政排水管網； 室外雨水經管網收集后排入濱河路市政雨水管網。

3.1.2 設計范圍

室外供水管網、室外排水管網、室外雨水管網及室外消防設施。

3.1.3 管材

給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接： 不大于?100mm 的管道采用電熔焊， 大于?100mm 采用對接熱熔熔焊；消火栓系統采用焊接鋼管，焊接連接；噴淋系統采用內外熱鍍鋅鋼管， 法蘭連接； 排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯(PVC-U)雙壁波紋管，彈性密封橡膠圈接口[1]。

3.1.4 管道敷設

本場地為Ⅱ～Ⅲ（中等～嚴重）自重濕陷性黃土場地，依據國家現行規范要求防護范圍內的給排水管道應布置在防水管溝內， 為了節省投資建設方要求防護范圍以外的主干管采用直埋敷設的方式， 直埋給水及消防管埋深均在地面以下1.5 m以下。 防護范圍內的給水引入管、排水出戶管等均敷設于地溝內，地溝均設檢漏井。

3.1.5 存在的問題及解決辦法

本項目一期工程1#～12#樓于2012 年年初開工，2013 年年底竣工驗收。 交付使用5 年后室外給排水管網事故頻發，經常出現場地塌陷引起的管道斷裂現象。 經實地踏勘后發現，場地綠化澆灑處由于經常漏水， 在有澆灑噴頭的下方形成不同形狀的洞穴， 在遇到大雨后雨水順著這些洞穴在地面形成大面積的塌陷， 從而使灑水栓附近的管網因基礎下沉而斷裂。 最后，經各方面綜合考慮，建設方同意對室外管網進行改建，將室外所有直埋管道（包括采暖管）均敷設于綜合管溝。 對室外綠化澆灑系統進行日常的巡檢管理。 工程改建完成至今，室外管網一直運行正常。

3.2 天慶嘉園A區

3.2.1 項目概況

天慶嘉園住宅小區位于蘭州市東北部的雁灘鄉， 位于蘭州市高新技術開發區內，南北間貫穿606-3#道路，東西向鄰601-1#道路，交通位置十分便利，其用地東南角為蘭州電信二樞紐工程，周圍環境狀況良好。 本設計小區共有建筑物25 棟（1#～8#、15#～21#樓位6 層及以下的多層住宅，9#～14#樓位5 棟11 層的小高層住宅樓）沿街及11 層小高層區域大底盤地下車庫組成。

擬建場地位于蘭州市城關區黃河南岸一級階地的中部，地形開闊，較為平坦。 場地內地層結構較為簡單，分為5 層，自上至下土層情況如下。

1）雜填土，土質不均，厚度變化較大，一般厚1～2 m。

2）粉土層，黃褐色，上部有少量植物根系，土質均勻性較好，稍密，稍濕～飽和，一般厚度在1～1.5 m，該層土具非自重濕陷，濕陷等級為I 級，在自然含水量狀態下以高壓縮性為主。

3）細砂，含礫卵石，濕—飽和，稍密，一般厚0.5 m，分布不連續，呈透鏡體狀。

4）卵石層，飽和，上部局部呈稍密狀，一般呈中密狀，分布穩定，頂面埋深一般在1.5～2.5 m，該層厚一般在7.5 m 以上。

5）砂巖，棕紅色，強風化，較松散，膠結差，厚度巨大，未揭穿。

根據工程地質情況， 卵石層頂面位于地下室地坪下約為0.9～2.5 m， 勘察期間地下水位位于地下室地坪標高下約為1.8 m，因此，本工程基礎持力層選用卵石層，純地下室部分因柱網較大，采用獨立基礎，主樓下部因縱向柱網較小，采用縱向條形基礎，所有墻下采用條形基礎，設構造防水底板兼基礎拉梁。

本小區給水由601-3#及606-3#路兩路供水，供水壓力為0.15 MPa，管徑為DN150。生活污水經匯集后排入室外化糞池處理后排至601-3#路市政污水管網； 建筑物屋面雨排水經室外雨水管網匯集后排至601-3#路市政雨水管網。

3.2.2 設計范圍

室外給水、純凈水給水系統、消防給水系統、排水系統及室外雨排水系統。

3.2.3 管材

給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接： 不大于?100 mm 的管道采用電熔焊， 大于?100 mm 采用對接熱熔焊。純凈水系統采用PP-R 三型聚丙烯管，熱熔連接；自噴系統及消火栓系統采用焊接鋼管，焊接連接；排水及雨排水管采用埋地硬聚氯乙烯（PVC-U）雙壁波紋排水管，橡膠圈接口。

3.2.4 管道敷設

由于該地塊為I 級非自重濕陷性場地， 濕陷性黃土厚度不大，埋深比較淺，高層底部由于為地下車庫，埋深范圍內挖去全部濕陷性黃土，消除濕陷性，但是考慮檢修及管材的使用年限等因素，小區的給水及消防管在管溝內和熱網共溝敷設，管溝內的管位以斷面為準，詳見圖1 和圖2。 排水管穿管溝處避免設管接頭，入戶及局部給水管線采用直埋方式敷設，給水管埋深均在地面以下1.3 m； 給水管道與污水管道交叉時，給水管應敷設在污水管上面，若在污水管的下面時，給水管接口離污水管的水平凈距不小于1.0 m，并采用鋼套管，套管伸出交叉管的長度每邊不得小于3 m。

圖1 天慶嘉園A區地下車庫頂板管道布置圖（單位：mm）

圖2 天慶嘉園A區地下車庫外管道布置圖（單位：mm）

3.2.5 存在的問題及解決辦法

由于受地下車庫頂板覆土厚度的限制， 本項目室外綜合管溝直接砌筑在地下車庫頂板。 在交付使用幾年后物業反映地下車庫有漏水情況， 經檢查發現漏水部位上方都有綜合管溝經過，最后得出結論：由于地溝內管網滲水及室外雨水、綠化澆水等滲入地溝，在地溝最低點經常形成積水，積水通過地下車庫頂板滲入地下車庫。 為了解決滲水問題，在管溝積水處增加排水地漏，將水就近引入地下車庫集水坑，從而解決了車庫頂板的漏水問題。

3.3 紅山綠茵住宅小區

3.3.1 項目概況

項目位于蘭州市城關區南山路南側，環山路西側，有一條排洪溝將小區分為南北兩部分。 根據自然地形條件，周邊環境以及建筑物平面規劃布局等條件，場地共分為3 個臺階，第一臺階高度為1 541.00 m 左右， 第二臺階標高在1 551.00 m 左右，第三臺階在1 553.50 m 左右，場地臺階通過道路連接。 項目總用地面積8.79 hm2，總建筑規模為：21.68 萬m2。 小區內共有17 棟住宅樓及1 棟6 個班的幼兒園，其中：3#、4#、5#、6#、7#、8#樓為12～32 層住宅樓，地下1 層為人防用房，地下1 層向南延伸形成A 區地下車庫， 地上1 層為商場，2 層以上為住宅；1#、7#、8#樓為30～32 層住宅樓，地下1 層為戊類庫房，地上1 層為商場，2 層以上為住宅；2#、9#、10#、11#、12#、13#、15#、16#樓為25～32（10～11）層的住宅樓，地下1 層為自行車庫、戊類庫房、核6 級人防、設備用房等，地上均為住宅；13#、14#樓為17（15）層的住宅樓，地下1 層為自行車庫、戊類庫房、設備用房等；16#樓為6 層住宅樓；18#樓為3 層6 個班的幼兒園。

基地現狀地面標高為1 540.00～1 556.00 m，最大高差16 m。地貌單元劃數黃河南岸Ⅱ級階地后緣， 與山前洪積扇交接部位，場地地形西高東低，南高北低。 場地內地層主要為第四系全新統沖洪積物。 其結構自上而下依次為：①層雜土填土、②層粉質黏土、③層粉砂、④層卵石。 場地內大部粉質黏土具有非自重濕陷性，濕陷等級為Ⅱ級（中等）呈中壓縮性，厚度大，硬塑。④層卵石厚度較大，強度高。 故場地穩定性好。 場地內17#樓有自重濕陷性，濕陷等級為Ⅱ級（中等）。 初步判斷場地土最大濕陷深度為16.8 m。

本工程從南山路市政給水管網（供水壓力0.12 MPa）兩路引管至該小區，引入管管徑為DN200。引入管進入用地紅線后與本工程室外環狀給水管相連接，形成雙向供水。

3.3.2 設計范圍

本工程紅線以內所有建筑的室外和室內給水排水及消防系統的管網設計。

3.3.3 管材

市政管網直供給水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道連接：管徑不大于100 mm 的管道采用電熔焊焊接，管徑大于100 mm 采用對接熱熔熔焊；其余各分區給水管采用鋁合金襯塑管 （PP-R）（其中中低區及高區支管為1.25 MPa 級別，高區為1.6 MPa 級別）；消火栓系統采用焊接鋼管，焊接連接；噴淋系統采用內外熱鍍鋅鋼管，法蘭連接；排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯（PVC-U）雙壁波紋管，彈性密封橡膠圈接口。

3.3.4 管道敷設

由于場地具有Ⅱ級（中等）自重濕陷性，場地為臺階式布置，室外壓力管道、采暖及電信等在室外綜合管溝內敷設，管溝內的管位以斷面為準， 根據現場實際情況管溝上覆土可做適當調整，綜合管溝尺寸見圖3，地溝深度不大于2.2 m。

圖3 紅山綠茵住宅小區綜合管溝尺寸示意圖（單位：mm）

管線綜合設計符合住宅小區的使用功能， 根據各類管線的性質、用途、敷設方式，滿足各類管線的施工、維修、間距等要求，以經濟合理、節約用地為原則，全面規劃，合理確定各類管線的位置。

以總平面設計為前提，將各類管線盡量集中布置，為環境留有余地，縮短長度，減少投資。 滿足安全衛生及使用要求，綜合考慮與建筑物、道路、小區環境的相互關系和相互影響。 在各種管線布置發生矛盾時應遵循的原則為： 壓力管線避讓自流管線，可彎曲管線避讓不可彎曲管線，小管徑避讓大管徑，電力、電訊在上，給排水在下。

根據區內場地情況、環境等特點，本小區各類管線設計考慮主干管綜合管溝方式敷設, 只管各專業按各自要求設置，在有地下室處管道均敷設于地下室頂板， 在地下室敷設的有生活給水管、高區給水管、自噴給水管、消防給水管、電力線路、電訊線路（含寬帶網）、熱力管線，地下車庫管道布置詳見圖4。管道出地下室后以綜合管溝方式敷設[2]。

圖4 紅山綠茵住宅小區地下車庫頂板管道布置圖（單位：mm）

排水管穿管溝處避免設管接頭。 給水管道與污水管道交叉時，給水管應敷設在污水管上面，若在污水管的下面時，應設鋼套管，套管的兩端應采用防水材料封閉。 管溝穿越排洪溝處已經預埋有管涵（涵管已施工完），涵管位置以實際為準。 管涵兩端做檢查井方便檢修維護，管涵尺寸及管道布置斷面詳見圖5。

圖5 紅山綠茵住宅小區管涵斷面管道布置圖（單位：mm）

本工程采用生活污水與雨水分流制排水的管道系統。 室外雨水及污水管道出戶管均在管溝內敷設， 出戶后從第一個檢查井開始（防護區以外）的管道均采用直埋方式敷設，生活污水經室外化糞池處理后排入南山路市政污水管網， 由于南區污水無法自流排入北區污水管網，因此，南區污水經匯集至2 000 mm×2 000 mm×5 800 mm 的污水井后由潛污泵經穿越排洪溝的綜合管溝 （管涵斷面布置圖） 排至北區污水檢查井內。 室外雨排水系統經管道匯集后南區的排入排洪溝內，且排出口在洪水位（50 年一遇）以上0.2 m 處；北區的排入南山路市政雨水管網。

本工程采用磚砌檢查井， 全部采用重型球墨鑄鐵井蓋和蓋座，在排水管道落差大于2.0 m 處設跌水井。 室外道路邊適當位置設置平箅式雨水口、收集道路、人行道及屋面雨水。 本工程南區雨水經匯集后由兩根排出管排至排洪溝內， 排出管管徑均為DN400，管內流速為1.1 m/s；北區雨水經匯集后由兩根排出管排至南山路市政雨水管網， 排出管管徑均為DN300，流速為1.6 m/s。

本項目投入使用十余年， 未發生過給排水管網問題造成的地面坍塌等問題， 特別受業主表揚的就是將室外帶壓管網敷設在地下室頂板，不僅容易發現管網的漏水問題，而且維修特別方便，不需要在地面開挖，也不影響居民的正常出行。

4 結論及建議

通過上述3 種室外管道的不同布置方式， 以及各種方式管網敷設的比較， 不難看出濕陷性黃土地區給排水管網布置應盡量布置在建筑的防護距離以外， 以免管網的滲漏給建筑物的安全造成影響，同時也要考慮減少投資、滿足使用功能，方便后期的維護。 對于無地下車庫的項目，室外給水管網應做檢漏管溝，雖然成本增加但對后續的使用及維護帶來很大的方便。近年來由于用地的緊缺，高層建筑也是設計的主流，所以一般都是大底盤地下車庫，由于車庫本身的噴淋、消火栓、風管以及電纜橋架要占用一定的空間， 所以室外壓力管網利用風管的空間布置在地下車庫既不加車庫層高， 又省去了室外管溝，節約工程造價，后期的維修又十分方便，這種方式已經是近幾年室外工程設計的主流。 室外排水及雨水防護范圍以內做檢漏管溝，防護范圍以外采用直埋方式敷設，室外排水選用規范要求的柔性管道，平時做好巡檢，運行狀況良好。