季节性冻土中敷设给水管道实例介绍.pdf

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1、低温建筑技术 2 0 1 2年第 2期 ( 总第 1 6 4期 ) 季节性冻土中敷设给水管道实例介绍 祁荣富， 苏丽杰 ( 伊春市自来水公司 ， 黑龙江伊春1 5 3 0 2 5) 【 摘要】 介绍用双极折线法计算给水管道埋深， 在各具特点的伊春市、 五营林业局及内蒙古阿尔山镇使用 情况 。 【 关键词】 季节性冻土； 敷设给水管道 【 中图分类号】 T U 9 9 1 3 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 9 8 0 3 伊春市 1 9 6 4年始就用双极折线法计算 给水管道埋 深 ， 该技术解决了高寒地区给水管

2、道工程的造价高、 施工 难度大、 进度慢、 工程质量差、 生产维护困难， 并具有技术效 益好 、 社会效益好及安全施工等优点 ， 很受建设单位欢迎。 继伊春市季节性冻土 中敷设给水管道之后又在五营林业 局、 内蒙古阿尔山、 嘉荫县、 红星林业局、 上甘岭林业局等地 推广该技术， 都取得很好的效果， 本文选择其中各具特点的 伊春市、 五营林业局及阿尔山镇的实例介绍如下。 1 伊春市给水管道工程 伊春市给水管道工程按埋深不同可分为规范设计阶 段、 季节性冻土中敷设给水管道初试阶段、 季节性冻土中敷 设给水管道正式使用阶段及 1 9 9 4年以后至今四个阶段。 1 1 伊春市的自然环境( 1 9 6

3、 4年前) 伊春市位于东经 1 2 0 。 4 5 北 纬 4 7 。 l 2 ， 市 区海拔高度 2 2 0 m左右。最低气温 4 4 ， 最大冻深 2 9 0 m， 无霜期 8 0 d 左右， 年降雨量 6 5 3 mm， 是 四面环山的小城， 伊春河穿越市 区， 东侧有汤旺河 ， 积水泡星罗棋布， 满汊相连 ， 地下水丰 富。没规划设计的沙石路， 此高彼低， 窄而且泥泞。积水路 段影响木材运输即以沙石垫之， 久而久之路面逐年增高， 致 使道路两侧的板夹泥危房成了半地下室住宅。 1 2 各阶段给水管道工程介绍 1 2 1 规范设计阶段给水工程介绍 该阶段给水管道工程 由北京市给水排水设计院

4、设计， 给水管道的工程量见表 1 。 表 1 管道工程工程量 该工程于 1 9 5 9年 5月 1日开工至 1 9 6 0年 1 O月末竣 工， 由本市市政工程队施工 因地下水丰富破土即见水 ， 挖 掘管沟如新开河道， 沟挖至 2 7 m以下时即见流砂。塞麻、 灌铅及打口之前经常塌方 ， 这样往往数次清沟更兼挖土深 且街道狭窄， 在沟里挖土人向上抛土时， 一次不能把抛弃土 抛到顶部， 中间需增加一 、 二人倒运。弃土堆已高出两侧住 宅的屋脊， 门窗皆被弃土堵塞， 两侧居民只能由后窗代门而 出入。因土方量大、 施工抽水及流砂严重， 因而施工进度缓 慢有些地段数月不能竣工， 大大的影响了管道两侧居

5、民的 正常工作与生活。有一儿童不慎滑入沟内溺死。一工人长 期在凉水中作业致使肌肉萎缩逐渐消瘦， 终于医治无效而 死亡。因塌方受重伤者数起。房屋被弃土压塌者数户。 工程竣工后因施工质量欠佳 ， 管道注不满水无法试压 及水密性试 验。经 鉴定全部管 道工程不 合格不 能投入 使用。 1 2 2 季节性冻土中敷设给水管道初试阶段 上阶段给水管道施工失败的教训给我们启发， 如果管 道埋深能2 7 0 m以上， 则施工时可避免流砂， 能大大减低施 工难度。考虑到管道埋深的实际问题， 我们用双极折线法 整理我市区冻土冰冻过程的地温资料， 推导 出停输一 日结 冰百分率及水温降 J 。 经验及试验知结冰率达

6、 3 0 时产生冰堵。管中埋深 2 6 0 m时查附表得各种管径停输一 日结冰百分率及应考虑 的水温降问题列入表 2中。 表 2 各种管道停输一日结冰百分率 从表2可以看出管道埋深 2 6 0 m时， 安全停水期在 1 2 d 以上， 这个安全停水期能确保任何事故抢修 ， 因而我们此次 设计使用了， 管道埋深采用 2 6 m。其工程量见表 3 。 该工程伊春市市政工程队施工 ， 1 9 64 年 5月 1日开工 当年 9月 1日竣工， 试压及水密性试验全部合格投入生产使 用。该工程 1 9 64 1 9 6 5年冰冻期没发生冰堵 ， 1 9 6 5年9月 份又做水压试验及水密性试验完全合格。因

7、该工程国家投 资少， 群众反映好 ， 施工进度快 ， 工伤事故无， 无扰民， 所以 1 9 6 5年以后至 1 9 7 8年前我市给水管道， 管中埋深一律采用 2 6 0 m。该阶段共施工各种规格的给水管道 7 4 4 K m， 原预 祁荣富等 ： 季节性冻土中敷设给水管道实例介绍 算应为 2 1 7 8 3 4万元 ， 采用季节性冻土中敷设给水管道新技 术后实际投资为 1 1 5 2 9 9万元， 共节约 1 0 2 5 3 5万元 ， 节约 百分率为4 7 1 0 ( 上述资料由伊春市自来水公司提供) 。 表 3 管网工程量 1 2 3 季节性冻土中敷设给水管道正式使用阶段 季节性冻土中敷

8、设给水管道从初步试用 1 4年没发生冻 害事故。结合施工及生产我们对给水管道周围基质土的暖 土环发育及消亡进行初步观测， 知原来推导的停输一 日结 冰百分率， 计算时没考虑暖土环消亡这一因素， 使计算 出的 停输一 日结冰百分率更趋安全可靠。由于我市市政排水工 程 日臻完善， 地下水已不像 1 9 6 4：年前， 一锹成井马蹄成泉， 而是一般情况地下水埋深都在 2 O O m以下。所 以， 考虑给 水管道埋深能降至 2 O O m， 则给水工程施工时可不必施工抽 水， 大大降低施工难度 ， 又可降低了上下水多次交叉的麻 烦。管中埋深选用 2 O O m时， 查表得出各种管径停输一 日结冰百分率

9、及应考虑的水温降问题列入表 4中。 表4 各种管径停输一日结冰百分率 管径m m 水 备注 百分率 期 d_ 0 c 一。 从表 4可以看出管道埋深 2 O O m时， 安全停水期 5 d以 上， 这个安全停水期能保证生产事故维修。因而我市 1 9 7 8 年以后给水管道管中埋深一律次采用 2 0 0 m。 1 9 7 8年至 1 9 9 4年我市共敷设给水管道 5 4 6 k m， 原预算 造价应为 1 8 3 3 6 4万元， 采用新技术后造价为 1 1 7 6 3 7万 元， 共节约 6 5 7 2 7万元， 节约百分率为 3 5 8 5 ( 上述资料 由伊春市自来水公司提供 ) 。 1

10、 2 4 1 9 9 4年以后至现在使用情况 大多数人对季节性冻土中敷设给水管道持欢迎态度， 但也有人认为该技术含量高难掌握， 设计难度大太麻烦 ， 施 工要求精度高， 事故维修应当快。使用新技术有风险不如 按规范设计施工稳妥。本人 1 9 9 4 年退休原以为新技术可能 终止。但伊春已使用新技术三十年。非常信任新技术。特 别是 1 9 9 8年黑龙江省地方标准“ D B 2 3 T 4 4 79 8季节性冻 土中采用浅埋新技术的设计规范”颁布以后。伊春市三个 有给排水设计资质的单位 ： 伊春林业设计院、 伊春市规划设 计院及 自来水公司， 设计时都采用新技术。伊春所辖十三 个区局及一市一县，

11、 给水管道工程都采用新技术。伊春市 北环路管顶埋深突破原：定2 0 m， 管道全长 L=8 3 5 k in， 管径 D= 4 0 0 ram， 设计管顶埋深仅 l l 8 m， 2 0 0 4年投产使用至今从 来未发生冻害。 2 五营给水管道工程 2 1 五营给水管道工程概述 五营自然条件与伊春市略同， 该工程 由黑龙江省林业 设计院设计。管 道全长 2 5 4 6 k m， 其 中水源 至高位水 池 4 5 k m、 直 径 2 0 0 ram， 高 位 水 池 至 市 区 2 0 9 6 k m， 直 径 3 0 0 mm。管道最浅埋深 ，j 1 4 m， 最大埋深 4 2 5 m。水源

12、至高 位水池段有 7 5 0 m管道处于河漫滩地段。破土即见水有流 砂， 地面上有茂密的灌木林 ， 其余部分是山坡， 开挖 6 0 c m后 见风化岩及板状的花岗岩。地上是红松树。有 1 0 4 6 k m地 下是风化岩且有大孤石， 高空有高压输电线路 ， 道路狭窄且 两侧有危房， 并且穿越 1 0 0 m宽的汤旺河。 2 2 应用季节性冻土中敷设给水管道的确定 该工程由黑龙江省第一建筑工程公司施工 1 9 9 0年4月 1 号开工 ， 施工地点在水源地至高位水池段分两段施工， 前 段在河漫滩， 后段在山坡。开工后河漫滩因地下水丰富， 破 土即见水且有流砂 ， 反复塌方， 工程进度很慢， 因塌

13、方很难 接口， 故只能打冷铅， 既浪费人工又很难保证质量( 当时胶 圈接口尚没推广) 。山坡段破土 6 0 e m见风化岩及整体的花 岗岩全靠放药炸石， 进度很慢， 6月末河漫滩及山坡两处共 完成 1 7 5 k m。高位水池至市区管道施工难度更大。这样的 进度难以保证两年工期完成任务且要超支。因而为了保证 施工质量、 按期完成任务， 降低成本。五营林业局请示市建 委同意该工程采用季节性冻土中敷设给水管道新技术。参 照伊春市季节性冻土中敷设给水管道新技术。D=2 0 0 mm， 采用5 d 安全停水期管中埋深 1 8 0 m。 2 3 通水试验 本工程 1 9 9 2年 1 月 4日竣工。正值

14、管道周围基质土负 温极值时起输入。因而做水温降计算允许起输距离如下： ， A t 一 0 0 6 9 1 2 卵 式中， 为水温降允许距离； A t 为水温降本， 计算 A t = 8 C； 为管中流速， 本计算 =1 O m s ； 田为停输一 日结冰百 分率， 本计算 卵= 0 0 5 8 。 则 = A 面t v ： 丽 8 x l ： l 9 9 5 m 考虑到安 全管 道采 用分 段起 输， 每 段 起输距 离 为 1 5 0 0 m， 切断管路排冰 ， 2 h后再接入管路 ， 再起输 1 5 0 0 m直 至全部工程起输完为止。因在施工 中遇到一鸡爪沟水量异 常丰富难以排水施工，

15、因而， 施工单位因失误将铸管抛人沟 内准备入冬后再施工此段。结冰后施工人员粗心大意将冻 满管冰的铸管接人管道工程。通水后因管 内冰堵管道停 输 ， 经 4 d抢修 1月 7日事故排除正式通水， 水在管 内连续 4 d停输没发生冻害( 设计采用 5 d安全停水期) 通水后至今 没有冻害。 2 4 季节性冻土中敷设给水管道的效益 2 4 1 社 会效益 五营林业局 自来水 = ： 程开工后， 很多人认为是高难工 1 0 0 低温建筑技术 2 0 1 2年第 2期 ( 总第 1 6 4期 ) 程， 将遇到不可克服的困难。采用新技术不但克服了困难 而且提前完成了施工任务， 群众无不交 口称赞五营林业局

16、 饮用 自来水不应忘记季节性冻土中敷设给水管道新技术。 1 9 9 2年 1 月份黑龙江省新技术成果交易交流会 ( 以下 简称双交会) 在哈尔滨召开。本技术在双交会上展出， 展出 期间建设部长甘部长、 黑龙江省副省长周铁农、 建委主任姚 兵及各市县的领导观看了“ 季节性冻土中敷设给水管道” 新 技术， 都给予高度重视和好评。展出期间七台河市 自来水 公司要求与伊春市合作， 用季节性冻土中敷设给水管道新 技术解决七台河市因地面塌陷致使给水管道破裂多发的问 题。红星林业局要求用新技术给他们设计给水工程。罗北 及黑河要求对他们高难给水管道工程进行考察。 2 4 2经济效益 经济效益见省建一公司提供的

17、两种方案的经济效益对 比， 如表 5所示 。 表 5 两种设计经济对 比 本表为五营林业局第一期工程， 表中标准设计资金栏 为计划数还应加入超支部分。 2 4 3 技术效益 该工程竣工后至今给水管道工程扩建一律采用 1 8 0 m 埋深 。 3 阿尔山镇给水管道工程 阿尔山镇属内蒙古 自治区兴安盟位于大兴安岭腹部。 内蒙古自治区 1 9 9 2年为建区4 O周年， 内蒙古 自治区要求镇 级以上的城镇一律建完 自来水。因而 自来水工程要求紧 迫。当时阿尔山镇仅有温泉疗养院及香槟酒厂除此而外别 无其他工业 、 企业 ， 因而阿尔山财政收入少， 自来水工程投 资大。建设资金无法筹集阿尔L 【 J 镇

18、当地给水管道工程从伪 满时始埋深 4 5 0 m， 一直延续至今。原铁路给水所给水管道 埋深 4 5 m。1 9 4 5年从 日本人手里接过来就知给水管道漏 水 ， 因埋深太大及地下水丰富无力维修， 1 9 9 0零年时还继续 漏水。因此建给水管道工程唯恐埋深大施工质量难保证， 漏水时又无力维修。 根据以上三点阿尔山镇给水管道工程采用“ 季节性冻 土中敷设给水管道” 新技术。当时无完整的气象资料， 无法 推导停输一 日结冰百分率及水温降的计算公式。所以当时 考虑土正温时起输可不做温降试验。停输一 日结冰百分率 现场实验， 考虑到将来给水管道施工时用 2 ” 管道， 所以用 2 ” 钢管做试验

19、， 试验结果见表 6 。 表 6 停输 一 日结冰百分率试 验记录 根据试验建议阿尔山镇给水工程管道埋深 3 O O m， 安全 停水期可达7 d 。阿尔山采用该技术 1 9 9 2年投资当年收益。 原预算额为7 4 5 6万元采用该技术后实际投资为 3 4 8 8万 元， 节约额为 3 9 6 8万元， 节约百分率为5 3 2 。 该工程在 1 9 9 2年至 1 9 9 3年冰冻过程中没有发生冻害， 1 9 9 3年以后阿尔山镇给水管道工程扩建一直采用该技术。 4结语 季节性冻土中敷设给水管道新技术解决了高寒地区给 水管道工程造价高 、 施工难度大、 施工质量难保证， 维护困 难的难题，

20、收到了良好经济和社会效益。 参考文献 1 祁荣富， 丁宝玉， 赵延飞， 姚靖华， 关大勇 季节性冻土中敷设 给水管道的研究应用 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 3 ， ( 5 ) 【 收稿 日期 】 2 0 1 1一l 0 2 8 作者简介 祁荣富( 1 9 3 3一) ， 男 ， 沈 阳人 ， 高级 工程师 ， 从 事 建筑管理工作。 本刊投稿需知 低温建筑技术 编辑部所录用的稿件要求： 1 论文是作者独立取得的原创性研究成果 ， 内 容不涉及国家机密。 2 论文未 曾以任何形式 、 用任何文种在 国内外 公开发表过。 3 内容不侵犯他人著作权和其他权利， 否则著 作权人将承担由于论文内容侵权而产生的全部责 任 ， 并赔偿由此给编辑部造成的全部损失。