沿海地区地下消防管线设计问题探讨

李建高　霍小争（.国贸工程设计院，北京　00037；.北京天恒筑景建筑设计咨询有限公司，北京　0600）



沿海地区地下消防管线设计问题探讨

李建高1霍小争2
（1.国贸工程设计院，北京100037；2.北京天恒筑景建筑设计咨询有限公司，北京102600）

摘要：根据沿海地区地下水及土壤的特点，从管材、地基处理、管道基础等方面，探讨了该类场地地下消防管线设计中存在的问题，并提出了相应的处理措施，为沿海地区地下消防管线的优化设计提供了参考。

关键词：消防管线，管材，地基处理，地基承载力

1　沿海地区地下水及土壤特点

目前，我国土地资源日渐稀缺，使得很多建设项目由内陆转向了沿海，采用沿海滩涂或吹砂填海工艺人为造陆地进行项目建设，建设用地具有地下水位高，地基松软、腐蚀性较强等特点。笔者根据建设场地特点及设计完成项目的使用情况，对该类型场地地下消防管线设计中的几个问题进行探讨。

2　问题探讨

2.1管材

GB 50013—2006室外给水排水设计规范7.4.1条条文解释中“配水管道管材一般采用球墨铸铁管、钢管、聚乙烯管、硬质聚氯乙烯管等”。GB 50974—2014消防给水及消火栓系统技术规范8.2.4条中“埋地管道宜采用球墨铸铁管、钢丝网骨架塑料复合管和加强防腐的钢管等管材”。

由于场地有较强的腐蚀性，所以球墨铸铁管和钢丝网骨架塑料复合管自然成为管材的首选，但是对于沿海滩涂、吹砂填海场地，实践证实球墨铸铁管其实并不是最好的管材。2012年我们设计了天津某港区一工程项目，该工程项目分两期，第一期消防管线采用球墨铸铁管，第二期采用钢丝网骨架塑料复合管。两期管道基础做法相同，但是一期施工完成后屡次爆管，不断进行修复，给业主造成很大困难；二期施工完成后到目前为止只出现过一次管道漏水，得到业主好评。

造成两期不同结果的原因在于，球墨铸铁管采用橡胶圈承插连接，管道弯管、叉管、管堵、三通处均由支墩来支撑，以平衡管道内压力，但是由于场地地基较差，施工完成后不可避免有一定的沉降量。不均匀沉降一方面使球墨铸铁管接口处出现偏移，一旦沉降量超出管道允许偏移量就造成管道爆管；另一方面消防管网压力较高，支墩在管道推力及沉降不均共同作用下，偏离管道轴向也会造成管道爆管。与球墨铸铁管相比，钢丝网骨架塑料复合管采用管件电热熔连接，使整个管道成为一体，具有整体性强、接头少、抗轴向拉伸能力强等特点，管道允许偏移量较球墨铸铁管大，在轻微的不均匀沉降后，仍能保持较好的完整性，所以出现爆管几率大大降低。

2.2地基处理

由于沿海滩涂、吹砂填海场地土层一般具有含水率高、孔隙比大、强度低、压缩性高、透水性差等特点（以实际场地的地勘报告为准），整个场地的地基承载力极低，达不到管道施工所需承载力，考虑解决软土层的承载力、后期沉降问题，一般在管道敷设之前需要进行地基处理。一般的地基处理方法有换填法、强夯法、抛石挤淤法。换填法适用于淤土层厚度小于4 m的情况，对于场地软地基土层厚达十几米或几十米的沿海滩涂、吹砂填海场地，此法基本不可实现；强夯法一般可处理5 m～10 m的软土层，对于透水性差的沿海滩涂、吹砂填海场地土层，强夯易使场地形成“橡皮土”（在规定的压实度要求下，土体含水量超标而无法压实的粘性土体），应慎重采用；抛石挤淤法，对于大面积、大厚度的沿海滩涂、吹砂填海场地而言，所需石料数量巨大，有时难以实现。笔者在此类场地采用排水固结法（在场地使用先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时土体强度逐步提高的方法，适用于处理淤泥质土、淤泥和充填土等饱和粘性土地基，该系统由排水系统和加压系统两部分组成，排水系统一般采用砂井、塑料排水带等，加压系统可以采用堆载预压、真空预压、降水预压、电渗排水法。通过临时堆填土石等方法对地基进行堆载预压，或进行真空预压，以提高地基的承载力）提高地基承载力，取得了较为理想的效果。

2012年天津某港区工程项目中，场地土质为淤泥质粘土层、粉质粘土层、粉砂层，采用真空预压处理排水固结法进行地基处理，处理后各层地基承载力见表1。

表1　采用真空预压法处理后土层的地基承载力

2015年厦门某港区工程项目中，场地土质为杂填土层、填砂层、填石层、淤泥层、粉质粘土层，采用堆载预压处理排水固结法进行地基处理，处理后各层地基承载力见表2。

表2　采用堆载预压处理后土层的地基承载力

由场地试验数据可以看出，经地基处理后，场地的地基承载力显著提高，但是部分土层承载力仍然不能满足地基承载力特征值fak≥100 kPa，且地基处理后各层土质承载力不均，因此还需进行管道基础处理。

2.3管道基础的做法

由于场地地基承载力较小，且不均匀，宜设置混凝土管道基础。混凝土管道基础可参照钢筋混凝土管管道基础做法。考虑到混凝土管道基础为刚性基础，而钢丝网骨架塑料复合管为柔性管道，为防止柔性管道与刚性基础直接接触，在混凝土管道基础上敷设90°中粗砂基础，管道基础做法见图1。

图1　管道混凝土基础图

2.4复核地基承载力

管道基础地基承载力验算可按下式计算：

Pz1+ Pz2+ Pz3+ Pc≤fak。

其中，Pz1为混凝土基础永久作用标准值，kN/m2，混凝土自重取25 kN/m3；Pz2为90°中粗砂基础永久作用标准值，kN/m2，中粗砂自重取20 kN/m3；Pz3为90°回填土永久作用标准值，kN/m2，回填土自重取18 kN/m3；Pc为可变作用标准值，kN/m2。

可变作用标准值可按下式计算：

Pc=（μd×Q）/［（ai+1.4H）×（bi+1.4H）］。

其中，μd为动力系数，可按表3取值；Q为车辆一个车轮承担的轮压标准值，kN；ai为车辆一个车轮的着地分布长度，m；bi为车辆一个车轮的着地分布宽度，m；H为自车行路面至管顶的深度，m。

表3　车行路面至管顶的深度与动力系数值

天津及厦门某港区工程项目场地内车辆均为重车，轴重140 kN，一个车轮的着地分布长度取0.60 m，一个车轮的着地分布宽度取0.20 m，埋地消防管道为钢丝网骨架塑料复合管，管径为300，管顶覆土厚度为1.3 m，混凝土基础宽度500 mm，基础厚度C1=150 mm。

经复核Pz1+ Pz2+ Pz3+ Pc= 49.96 kN/m2= 49.96 kPa≤fak（最差土层地基承载力）。

3　结语

1）沿海地区地下消防管线宜采用钢丝网骨架塑料复合管等整体性强、接头少、连接技术成熟可靠、抗轴向拉伸能力强的柔性管道。

2）根据场地特性，选择合适的地基处理方案及管道基础做法，并充分利用道路对地基的处理成果。

3）复核管道基础的地基承载力是否满足要求。

参考文献：

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［2］温一凡.城市建设理论研究（电子版）［Z］.2011.

［3］赵华标.浅谈软土地基下管道基础处理方法［J］.中国科技博览，2009（9X）：46.

［4］王峰.软土地基排水管道设计探讨［J］.中国科技博览，2009（23）：65.

［5］尚菊萍.橡皮土地基的预防和处理［J］.建筑技术与应用，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

中图分类号：TU967

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0115-03

收稿日期：2015-12-17

作者简介：李建高（1979-），男，工程师；霍小争（1982-），女，工程师