隔震建筑中给排水管道穿越隔震层的技术措施探讨

任翾

银川中房物业集团股份有限公司 宁夏 银川 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（或层间位置）进行隔震装置的设置，隔震装置多由上部结构、隔震层、下部结构组成。隔震建筑隔震本质上是通过隔震装置的设置，分离上部结构、下部结构，阻断地震动能量向上层传递渠道。一般隔震装置阻尼较大，可在吸收地震能量的同时，降低建筑结构承受地震作用力，确保建筑物自始至终处于弹性运作状态。同时隔震装置水平刚度处于较小的水平，可以延递结构物基本周期，减小建筑结构物自身加速度反应，为建筑结构安全提供保障[1]。

2 隔震建筑中给排水管道布置特点

2.1 柔性敷设

隔震建筑中存在隔震层，建筑上部结构、下部结构完全分离，一旦发生地震，隔震建筑的上部结构、下部结构之间会发生较大位移。此时，为避免建筑给排水管道在上下部结构位移过程中被扯断，需要根据国标GB50011的要求，对穿越隔震层的给排水管道进行特殊处理。即采用柔性敷设方式，促使穿越隔震层的给排水管道（包括生活排水管、消火栓给水管道、自动喷水给水管道、生活给水管）适应建筑上部结构、下部结构的水平位移，达到“小震无感、中震不坏、大震可修”的效果。

2.2 支架固定

隔震建筑中，给排水管道与上部建筑连接位置、下部建筑连接位置均采用支架固定方式。其中给排水管道与上部建筑连接位置采用悬吊固定支架；而给排水管道与下部建筑连接位置采用落地固定支架。对于同一根给排水管道，2根隔震软连接中间固定方式为吊杆吊架。支架固定方式可以在满足建筑给排水隔震变形要求的同时，减少维修成本，提高经济效益。

2.3 顺直安装

隔震建筑中，给排水管道穿越隔震层时需保证软管平顺或垂直无扭曲，控制给排水管道运行过程安全。同时，确保出现超过抗震级别地震时，给排水管道满足建筑物整体抗震偏移量要求，减少泄露风险，降低经济、安全损失。

3 隔震建筑中给排水管道穿越隔震层需解决的问题

3.1 管道易堵塞

隔震建筑原有下水管道由业主家经楼下商网通向室外排水井，整体给排水管道敷设方式为地埋方式（深度2.5m）。对于上部结构排水，根据其重力排水的特点，在排水管穿越隔震层时，将污水收集井（或集水坑）设置在隔震层下部，促使上部重力排水直接排送到污水收集井（或集水坑），随后提升出户。这一排水方式为重力排水，重力排水演变为压力排水或者水中杂质在软连接拐弯位置沉积堵塞管道，导致管道内存在多处塌陷、堵塞，影响正常使用。

3.2 检查维修不便

隔震建筑中，隔震建筑部分排水管道数量多，分布位置不均，使用集中收集再穿越隔震层出户的方式排水直接导致穿越隔震层给排水管道维修不便。一旦开展给排水管道维修作业，就需破坏隔震层与商网内地面，影响商户正常营业[2]。

3.3 管线形变风险大

单层建筑面积较大，包含给排水管道较多，分散不均，受剪切力、伸缩力等多力作用，形变风险较大。比如，在给排水立管穿越隔震层时，与隔震层相交的平面上易出现相对水平位移，促使立管产生剪切力拉扯管道沿立管中心线偏转，在地震力达到设计限度后可对立管产生角向扭曲；再如，给排水排出横管垂直穿越主体建筑和处于地下室底板位置的隔震层，将产生轴向伸缩力与角向剪切力，在各力超出设计限度时横管将发生形变。

4 隔震建筑中给排水管道穿越隔震层的补偿策略

4.1 设置隔震软连接

为避免穿越隔震层给排水管道堵塞，将隔震软连接设置在重力排水管、污水收集井连接位置（或排水出户）位置，隔震软连接为插接式排水专用隔震软连接。插接式抗震软连接包括内管体（内管管体、一端内管球形管头）、外管体（外管管体、一端球形管头）、内管安装组件（内管连接法兰、内管压盖、安装腔、插孔）、外管安装组件（外管连接法兰、内管压盖、安装腔、插孔）几个部分，在内管安装盒体的内管连接法兰与安装腔、插孔均连通，外管安装盒体的外管连接法兰、安装腔、插孔相连通。利用插接方式，促使内管球形管头嵌入安装腔，可360°旋转。而外管球形管头嵌入外管安装腔并设置收径，内外管管头、安装腔之间均设置密封件（四氟密封圈）。同时将1个及以上带密封圈安装槽安装于内管管体、外管管体自由端。进而利用螺纹连接方式，连接外管安装盒体与外管压盖、内管安装盒体与内管压盖。最后，利用密封承插方式，连接内管管体自由端、外管管体自由端，促使内管管体自由端、外管管体自由端在地震来临时自由伸缩（内管管件插入外管管件内的距离长短变化），同时内管安装盒体与球形管头、外管安装盒体与球形管体自由旋转一定角度，将破坏作用降低到最小水平。

对于给水管道，则根据单层建筑内分单位、分商住户供水要求，设置若干竖向分区，在建筑隔震层进行给水管道、热水供水横干管设置，并采用固定支架与下部结构连接；消火栓系统供水环管、自动喷水系统供水横干管则设置在地下一层；竖向供水干管需穿越隔震层，与供水横干管同侧的供水立管、与供水横干管不同侧的供水立管分别采用不隔震连接、隔震连接[3]。隔震连接为直接竖向安装隔震软连接，隔震软连接管道划分为2个部分，其中一个部分经固定支管与上部结构相连，另外一个部分经固定支管与下部结构相连，以固定支架为载体吸收地震内的管道位移。

4.2 设置维修检查口

4.2.1 准备材料。在隔震建筑给排水管道穿越隔震层前，准备24mΦ100柔性铸铁管道以及50mΦ150柔性铸铁管道、80mΦ200柔性铸铁管道，同时准备36个Φ100检查口与10个Φ200检查口，45°弯头（Φ100、Φ150、Φ200）、三通（Φ100、Φ150、Φ200）、法兰盘（Φ100、Φ150、Φ200）、胶圈（Φ100、Φ150、Φ200）、支架（Φ40角铁）、检查井、UPVCΦ100排气管等材料。

4.2.2 断开管道。断开通往隔震建筑商网隔震层管道是隔震建筑中给排水管道穿越隔震层的第一步。在断开通往隔震建筑网隔震层管道期间，技术人员应废弃原有下水管道（包括卫生间、厨房），沿着由东向西（或由西向东）的方向进行线路的重新排布。

4.2.3 敷设主管。隔震建筑中给排水管道主管为Φ150～Φ200铸铁管道，在主管穿越隔震层位置分道安装检查口（或者设置阀门），促使全部下水主管汇集到车库。同时，进行排气管的安装，在排气管位置加装排风扇、排水器，以便将污水排到室外污水井（或化粪池），最终排向市政管网。

4.2.4 室外施工。在室外管道敷设位置，挖掘机机械开挖沟槽，将Φ200铸铁排水管安装到沟槽内，与室内排水管道相连，另外一端与下水井、化粪池相连（见图1）。同时开挖1口成品检查井（见图2）、1口下水井，并进行1座容量大于等于30m3化粪池的砌筑。

图1 室外施工

图2 排水井施工

在室外施工结束后，技术人员可以对管道固定措施、连接部位进行检查，确定管道稳固、连接可靠后，将2个压力表分别设置在最低灌水点、最高灌水点，经金属软管连接全部供回水管道，连接位置为管井位置。以一个较为缓慢的速度，由管段最低位置将水体注入管道，由低处向高处封堵溢水管道末端，排除管道空气。注满水后，缓慢启动电动泵，在10min～15min时间内将压力升高至管道工作压力的1.5倍（不小于0.6MPa），稳定60min，观察压力下降情况，确保压力下降幅度小于0.05MPa。

4.3 设置补偿器

隔震建筑中，设置补偿器是降低立管、横管变形的主要方式。

4.3.1 横管补偿器。同一平面内，横管穿越主体建筑与外墙之间隔震层时，穿越隔震层的两端母管与隔震层两侧分别相连，中间则为隔震柔性管道。在地震力的作用下，母管一端、另外一端发生水平方向相对位移。此时，柔性管道补偿器同时出现角向、轴向位移，在补偿器最大轴向拉伸位移位置为承受拉力最大位置，承受压力最大位置则为最大角向位移位置，整个过程与立管补偿变形一致。在横向柔性管道节点角向位移小于最大角位移量时，对补偿器材料弯曲度具有更高的要求，为避免补偿器弯曲度不足引发的软管受损以及给排水管线位移，应适当延长隔震的柔性软管补偿器。柔性软管补偿器增加长度m为水平方向发生最大位移时补偿器长度与补偿器不发生位移时的长度之差，与隔震支座最大允许位移（d）、补偿器安全系数（K）、补偿器最大角向位移（a）具有一定关系。计算公式如下：

在考虑横向柔性管道补偿器最大拉伸长度的基础上，结合水力学中管壁对水流的阻力与水压、管材、黏滞系数之间的关系，选择金属波纹管作为横管补偿，穿越隔震沟时则采用橡胶软管补偿。

4.3.2 立管补偿器。对于立管补偿器，因立管垂直穿越隔震层平面时易在地震力作用下出现上管段、下管段相对位移，因此，可以在隔震平面上管段、下管段之间设置变形补偿器。立管上下管段、沿着上下管段之间补偿器变形分别表现为角向位移、轴向位移，因此，为确定地震力作用下立管上补偿器总长度L，可以综合考虑隔震支座最大允许位移（d）、补偿器安全系数（K）、补偿器的最大角向位移（a）。计算公式为：

得到地震力作用下立管上补偿器总长度后，将其减去补偿器在未受地震力作用下的总长度，可以得到水平方向上发生最大位移时的补偿器允许伸长量最大值。

在建筑立管所选材料为金属波纹管、补偿软管材质为橡胶时，忽略材料允许弯曲半径下因弯曲造成的长度变化，补偿软管最大角位移与补偿软管接管长度（B）、圆周率（π）、补偿软管允许弯曲半径（R）具有一定关系。计算公式为：

根据式-3，确定立管补偿软管弯曲半径。

5 结束语

综上所述，隔震建筑中，给排水管道布置具有柔性连接的特点。在给排水管道穿越隔震层时，易出现形变、堵塞、维修不便等问题。针对上述问题，技术人员可以根据隔震建筑设计规范，结合现场情况，在适宜的位置设置给排水管道抗震软连接，增设检查口，并设置补偿器，降低管线相对位移导致的管线损坏概率，为管线安全运行提供保障。