湿陷性黄土地区室外给排水管网设计探讨

刘子龙

（兰州有色冶金设计研究院有限公司，兰州 730000）

1 引言

室外给排水管网是保证建筑物给排水及消防各系统正常运行的“大动脉”，是工程设计过程中非常重要的内容。 湿陷性黄土地区室外给排水管道的设计尤为重要， 因为该地区土质特点表现为遇水浸湿时，黄土发生增湿软化效应，土的强度瞬间降低， 在附加压力或土的自重作用下湿陷变形造成管网断裂，对建筑物危害极大，其防水设计也是湿陷性黄土地区设计的重中之重。

2 湿陷性黄土概述

我国的湿陷性黄土地区主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部。 湿陷性黄土是指在一定压力下受水浸湿， 土的结构迅速破坏， 并产生显著附加下沉的黄土。 天然的地面或挖、填方场地的设计地面以下湿陷性黄土为主要地层的场地为湿陷性黄土场地， 湿陷性黄土场地根据其上覆土的饱和自重压力作用下受水浸湿是否产生显著附加下沉的现象又分为自重湿陷性黄土和非自重性湿陷黄土。 湿陷性黄土地基的湿陷等级应根据各黄土层累计的总湿陷量Δs和计算自重湿陷量Δzs等因素判定。湿陷性黄土地基的湿陷等级越高，地基浸水后总湿陷量和自重湿陷量越大，其对建筑的危害也越大，相应的设计措施的要求也就越高。 建筑物防护范围的大小是根据建筑物的重要性和所在地基湿陷等级而综合确定的，同一建筑物位于不同地基湿陷等级时，它的防护范围大小也是不同的。

3 湿陷性黄土地区室外给排水管网设计实例

3.1 西雁·颐馨家园

3.1.1 项目概况

“西雁·颐馨家园” 选址位于会宁县新城区祖厉河河道西南侧，用地东南侧为横跨祖厉河的寨子路，西南侧为平定高速公路， 场地处于祖厉河河道与平定高速公路之间的平地上东南侧与祖厉河道有14 m 左右的垂直落差，沿河道规划有滨河路通过，道路标高低于用地标高14 m 左右，城市地理位置及环境条件比较优越。 总用地面积73 175.76 m2， 建筑面积204 512 m2，包括21 栋地上建筑和局部地下车库。场地原始地貌属祖厉河西岸Ⅰ级阶地，场地目前地面较平坦，西边存在边坡，坡体高约14.00 m，坡度约60°，该建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷性等级综合评定为Ⅱ～Ⅲ（中等～严重）。 湿陷性土层下限深度为地表以下8.0～15.0 m。

本小区水源为城市自来水， 小区从寨子路和西南侧支路市政给水管 （供水压力0.30 MPa） 上各引入一条管径为DN150 的给水管与小区内的环状管网相接。 室内生活排水汇集至室外化粪池经处理后排入滨河路市政排水管网； 室外雨水经管网收集后排入滨河路市政雨水管网。

3.1.2 设计范围

室外供水管网、室外排水管网、室外雨水管网及室外消防设施。

3.1.3 管材

给水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道连接： 不大于ϕ100mm 的管道采用电熔焊， 大于ϕ100mm 采用对接热熔熔焊；消火栓系统采用焊接钢管，焊接连接；喷淋系统采用内外热镀锌钢管， 法兰连接； 排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯(PVC-U)双壁波纹管，弹性密封橡胶圈接口[1]。

3.1.4 管道敷设

本场地为Ⅱ～Ⅲ（中等～严重）自重湿陷性黄土场地，依据国家现行规范要求防护范围内的给排水管道应布置在防水管沟内， 为了节省投资建设方要求防护范围以外的主干管采用直埋敷设的方式， 直埋给水及消防管埋深均在地面以下1.5 m以下。 防护范围内的给水引入管、排水出户管等均敷设于地沟内，地沟均设检漏井。

3.1.5 存在的问题及解决办法

本项目一期工程1#～12#楼于2012 年年初开工，2013 年年底竣工验收。 交付使用5 年后室外给排水管网事故频发，经常出现场地塌陷引起的管道断裂现象。 经实地踏勘后发现，场地绿化浇洒处由于经常漏水， 在有浇洒喷头的下方形成不同形状的洞穴， 在遇到大雨后雨水顺着这些洞穴在地面形成大面积的塌陷， 从而使洒水栓附近的管网因基础下沉而断裂。 最后，经各方面综合考虑，建设方同意对室外管网进行改建，将室外所有直埋管道（包括采暖管）均敷设于综合管沟。 对室外绿化浇洒系统进行日常的巡检管理。 工程改建完成至今，室外管网一直运行正常。

3.2 天庆嘉园A区

3.2.1 项目概况

天庆嘉园住宅小区位于兰州市东北部的雁滩乡， 位于兰州市高新技术开发区内，南北间贯穿606-3#道路，东西向邻601-1#道路，交通位置十分便利，其用地东南角为兰州电信二枢纽工程，周围环境状况良好。 本设计小区共有建筑物25 栋（1#～8#、15#～21#楼位6 层及以下的多层住宅，9#～14#楼位5 栋11 层的小高层住宅楼）沿街及11 层小高层区域大底盘地下车库组成。

拟建场地位于兰州市城关区黄河南岸一级阶地的中部，地形开阔，较为平坦。 场地内地层结构较为简单，分为5 层，自上至下土层情况如下。

1）杂填土，土质不均，厚度变化较大，一般厚1～2 m。

2）粉土层，黄褐色，上部有少量植物根系，土质均匀性较好，稍密，稍湿～饱和，一般厚度在1～1.5 m，该层土具非自重湿陷，湿陷等级为I 级，在自然含水量状态下以高压缩性为主。

3）细砂，含砾卵石，湿—饱和，稍密，一般厚0.5 m，分布不连续，呈透镜体状。

4）卵石层，饱和，上部局部呈稍密状，一般呈中密状，分布稳定，顶面埋深一般在1.5～2.5 m，该层厚一般在7.5 m 以上。

5）砂岩，棕红色，强风化，较松散，胶结差，厚度巨大，未揭穿。

根据工程地质情况， 卵石层顶面位于地下室地坪下约为0.9～2.5 m， 勘察期间地下水位位于地下室地坪标高下约为1.8 m，因此，本工程基础持力层选用卵石层，纯地下室部分因柱网较大，采用独立基础，主楼下部因纵向柱网较小，采用纵向条形基础，所有墙下采用条形基础，设构造防水底板兼基础拉梁。

本小区给水由601-3#及606-3#路两路供水，供水压力为0.15 MPa，管径为DN150。生活污水经汇集后排入室外化粪池处理后排至601-3#路市政污水管网； 建筑物屋面雨排水经室外雨水管网汇集后排至601-3#路市政雨水管网。

3.2.2 设计范围

室外给水、纯净水给水系统、消防给水系统、排水系统及室外雨排水系统。

3.2.3 管材

给水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道连接： 不大于ϕ100 mm 的管道采用电熔焊， 大于ϕ100 mm 采用对接热熔焊。纯净水系统采用PP-R 三型聚丙烯管，热熔连接；自喷系统及消火栓系统采用焊接钢管，焊接连接；排水及雨排水管采用埋地硬聚氯乙烯（PVC-U）双壁波纹排水管，橡胶圈接口。

3.2.4 管道敷设

由于该地块为I 级非自重湿陷性场地， 湿陷性黄土厚度不大，埋深比较浅，高层底部由于为地下车库，埋深范围内挖去全部湿陷性黄土，消除湿陷性，但是考虑检修及管材的使用年限等因素，小区的给水及消防管在管沟内和热网共沟敷设，管沟内的管位以断面为准，详见图1 和图2。 排水管穿管沟处避免设管接头，入户及局部给水管线采用直埋方式敷设，给水管埋深均在地面以下1.3 m； 给水管道与污水管道交叉时，给水管应敷设在污水管上面，若在污水管的下面时，给水管接口离污水管的水平净距不小于1.0 m，并采用钢套管，套管伸出交叉管的长度每边不得小于3 m。

图1 天庆嘉园A区地下车库顶板管道布置图（单位：mm）

图2 天庆嘉园A区地下车库外管道布置图（单位：mm）

3.2.5 存在的问题及解决办法

由于受地下车库顶板覆土厚度的限制， 本项目室外综合管沟直接砌筑在地下车库顶板。 在交付使用几年后物业反映地下车库有漏水情况， 经检查发现漏水部位上方都有综合管沟经过，最后得出结论：由于地沟内管网渗水及室外雨水、绿化浇水等渗入地沟，在地沟最低点经常形成积水，积水通过地下车库顶板渗入地下车库。 为了解决渗水问题，在管沟积水处增加排水地漏，将水就近引入地下车库集水坑，从而解决了车库顶板的漏水问题。

3.3 红山绿茵住宅小区

3.3.1 项目概况

项目位于兰州市城关区南山路南侧，环山路西侧，有一条排洪沟将小区分为南北两部分。 根据自然地形条件，周边环境以及建筑物平面规划布局等条件，场地共分为3 个台阶，第一台阶高度为1 541.00 m 左右， 第二台阶标高在1 551.00 m 左右，第三台阶在1 553.50 m 左右，场地台阶通过道路连接。 项目总用地面积8.79 hm2，总建筑规模为：21.68 万m2。 小区内共有17 栋住宅楼及1 栋6 个班的幼儿园，其中：3#、4#、5#、6#、7#、8#楼为12～32 层住宅楼，地下1 层为人防用房，地下1 层向南延伸形成A 区地下车库， 地上1 层为商场，2 层以上为住宅；1#、7#、8#楼为30～32 层住宅楼，地下1 层为戊类库房，地上1 层为商场，2 层以上为住宅；2#、9#、10#、11#、12#、13#、15#、16#楼为25～32（10～11）层的住宅楼，地下1 层为自行车库、戊类库房、核6 级人防、设备用房等，地上均为住宅；13#、14#楼为17（15）层的住宅楼，地下1 层为自行车库、戊类库房、设备用房等；16#楼为6 层住宅楼；18#楼为3 层6 个班的幼儿园。

基地现状地面标高为1 540.00～1 556.00 m，最大高差16 m。地貌单元划数黄河南岸Ⅱ级阶地后缘， 与山前洪积扇交接部位，场地地形西高东低，南高北低。 场地内地层主要为第四系全新统冲洪积物。 其结构自上而下依次为：①层杂土填土、②层粉质黏土、③层粉砂、④层卵石。 场地内大部粉质黏土具有非自重湿陷性，湿陷等级为Ⅱ级（中等）呈中压缩性，厚度大，硬塑。④层卵石厚度较大，强度高。 故场地稳定性好。 场地内17#楼有自重湿陷性，湿陷等级为Ⅱ级（中等）。 初步判断场地土最大湿陷深度为16.8 m。

本工程从南山路市政给水管网（供水压力0.12 MPa）两路引管至该小区，引入管管径为DN200。引入管进入用地红线后与本工程室外环状给水管相连接，形成双向供水。

3.3.2 设计范围

本工程红线以内所有建筑的室外和室内给水排水及消防系统的管网设计。

3.3.3 管材

市政管网直供给水管采用HDPE 高密度聚乙烯管， 管道连接：管径不大于100 mm 的管道采用电熔焊焊接，管径大于100 mm 采用对接热熔熔焊；其余各分区给水管采用铝合金衬塑管 （PP-R）（其中中低区及高区支管为1.25 MPa 级别，高区为1.6 MPa 级别）；消火栓系统采用焊接钢管，焊接连接；喷淋系统采用内外热镀锌钢管，法兰连接；排水及雨排水管采用硬聚氯乙烯（PVC-U）双壁波纹管，弹性密封橡胶圈接口。

3.3.4 管道敷设

由于场地具有Ⅱ级（中等）自重湿陷性，场地为台阶式布置，室外压力管道、采暖及电信等在室外综合管沟内敷设，管沟内的管位以断面为准， 根据现场实际情况管沟上覆土可做适当调整，综合管沟尺寸见图3，地沟深度不大于2.2 m。

图3 红山绿茵住宅小区综合管沟尺寸示意图（单位：mm）

管线综合设计符合住宅小区的使用功能， 根据各类管线的性质、用途、敷设方式，满足各类管线的施工、维修、间距等要求，以经济合理、节约用地为原则，全面规划，合理确定各类管线的位置。

以总平面设计为前提，将各类管线尽量集中布置，为环境留有余地，缩短长度，减少投资。 满足安全卫生及使用要求，综合考虑与建筑物、道路、小区环境的相互关系和相互影响。 在各种管线布置发生矛盾时应遵循的原则为： 压力管线避让自流管线，可弯曲管线避让不可弯曲管线，小管径避让大管径，电力、电讯在上，给排水在下。

根据区内场地情况、环境等特点，本小区各类管线设计考虑主干管综合管沟方式敷设, 只管各专业按各自要求设置，在有地下室处管道均敷设于地下室顶板， 在地下室敷设的有生活给水管、高区给水管、自喷给水管、消防给水管、电力线路、电讯线路（含宽带网）、热力管线，地下车库管道布置详见图4。管道出地下室后以综合管沟方式敷设[2]。

图4 红山绿茵住宅小区地下车库顶板管道布置图（单位：mm）

排水管穿管沟处避免设管接头。 给水管道与污水管道交叉时，给水管应敷设在污水管上面，若在污水管的下面时，应设钢套管，套管的两端应采用防水材料封闭。 管沟穿越排洪沟处已经预埋有管涵（涵管已施工完），涵管位置以实际为准。 管涵两端做检查井方便检修维护，管涵尺寸及管道布置断面详见图5。

图5 红山绿茵住宅小区管涵断面管道布置图（单位：mm）

本工程采用生活污水与雨水分流制排水的管道系统。 室外雨水及污水管道出户管均在管沟内敷设， 出户后从第一个检查井开始（防护区以外）的管道均采用直埋方式敷设，生活污水经室外化粪池处理后排入南山路市政污水管网， 由于南区污水无法自流排入北区污水管网，因此，南区污水经汇集至2 000 mm×2 000 mm×5 800 mm 的污水井后由潜污泵经穿越排洪沟的综合管沟 （管涵断面布置图） 排至北区污水检查井内。 室外雨排水系统经管道汇集后南区的排入排洪沟内，且排出口在洪水位（50 年一遇）以上0.2 m 处；北区的排入南山路市政雨水管网。

本工程采用砖砌检查井， 全部采用重型球墨铸铁井盖和盖座，在排水管道落差大于2.0 m 处设跌水井。 室外道路边适当位置设置平箅式雨水口、收集道路、人行道及屋面雨水。 本工程南区雨水经汇集后由两根排出管排至排洪沟内， 排出管管径均为DN400，管内流速为1.1 m/s；北区雨水经汇集后由两根排出管排至南山路市政雨水管网， 排出管管径均为DN300，流速为1.6 m/s。

本项目投入使用十余年， 未发生过给排水管网问题造成的地面坍塌等问题， 特别受业主表扬的就是将室外带压管网敷设在地下室顶板，不仅容易发现管网的漏水问题，而且维修特别方便，不需要在地面开挖，也不影响居民的正常出行。

4 结论及建议

通过上述3 种室外管道的不同布置方式， 以及各种方式管网敷设的比较， 不难看出湿陷性黄土地区给排水管网布置应尽量布置在建筑的防护距离以外， 以免管网的渗漏给建筑物的安全造成影响，同时也要考虑减少投资、满足使用功能，方便后期的维护。 对于无地下车库的项目，室外给水管网应做检漏管沟，虽然成本增加但对后续的使用及维护带来很大的方便。近年来由于用地的紧缺，高层建筑也是设计的主流，所以一般都是大底盘地下车库，由于车库本身的喷淋、消火栓、风管以及电缆桥架要占用一定的空间， 所以室外压力管网利用风管的空间布置在地下车库既不加车库层高， 又省去了室外管沟，节约工程造价，后期的维修又十分方便，这种方式已经是近几年室外工程设计的主流。 室外排水及雨水防护范围以内做检漏管沟，防护范围以外采用直埋方式敷设，室外排水选用规范要求的柔性管道，平时做好巡检，运行状况良好。