排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷及應(yīng)對策略探析
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城市排水管道普遍存在各種病害和缺陷問題，直接影響了排水系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。對管網(wǎng)的檢測與修復(fù)是管網(wǎng)運維管理的重要工作。本文以湖北省武漢市南湖匯水區(qū)排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷為例，對缺陷的主要成因歸納為施工質(zhì)量、管材質(zhì)量和資產(chǎn)維護(hù)管理三方面，應(yīng)對策略歸納為嚴(yán)控施工質(zhì)量和驗收環(huán)節(jié)、采用智慧水務(wù)技術(shù)、運用排水管道非開挖修復(fù)新技術(shù)、加大排水管道新產(chǎn)品研發(fā)力度、變被動管理為主動管理這五個方面。本文結(jié)合武漢市南湖匯水區(qū)的情況，分析排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷成因，有針對性地提出一系列解決策略。
一、排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷成因
管道結(jié)構(gòu)性缺陷主要考慮的是土壤風(fēng)險、管道本身風(fēng)險。前者取決于管道敷設(shè)位置的地質(zhì)狀況、動荷載變化等；管道風(fēng)險來自管道自身的幾何尺寸、管材等。具體可理解為如下幾個原因：
（一）施工質(zhì)量缺陷溝槽回填質(zhì)量。常見問題是沒有用良性土或粗砂分層回填管道溝槽，而是用雜填土回填施工。這會導(dǎo)致管道溝槽胸腔回填土密實度沒有達(dá)到要求，以致管側(cè)無抗荷載能力，荷載集中在管頂，使管道發(fā)生變形破裂。由于密實度不足而形成的軟土高壓縮性，管道容易出現(xiàn)縱向垂直變位。特別是埋設(shè)塑料管材的溝槽，一旦管道變形失穩(wěn)，其破壞程度往往比混凝土管嚴(yán)重。以南湖匯水區(qū)為例，發(fā)現(xiàn)的58處管道變形病害均屬于塑料管材溝槽回填不合格所致。管道基礎(chǔ)處理質(zhì)量。對軟弱基礎(chǔ)處理不到位也會引起管道結(jié)構(gòu)性缺陷。仍以南湖匯水區(qū)為例，檢測發(fā)現(xiàn)的95處管道錯口中有70處是砼管的基礎(chǔ)，17處管道脫節(jié)中有14處是砼管基礎(chǔ)。這樣的結(jié)果表明混凝土管道的抗不均勻沉降效果較差，這可能與混凝土管道管節(jié)短，管道接口較多有關(guān)。
（二）管材質(zhì)量缺陷剛度不夠的管材抗荷載抗變形的能力差，柔性不夠的管材承受變形的擾度低。選擇管材時這兩個方面的性能都要滿足。市場上管材種類繁多，事實上給選擇合適的管材增加了難度。以HDPE為代表的各類化學(xué)管材成本高、種類多，其質(zhì)量良莠不齊，市場較為混亂。由于HDPE等塑料管材屬于石化衍生品，其原料價格受石油價格影響較大，因此一些不良廠家為了降低成本，通過添加塑料二次料、增大碳酸鈣投加量等方法增加環(huán)剛度，這降低了塑料管材的質(zhì)量和使用壽命。還有一些塑料管材從工藝上降低成本，采用鋼塑復(fù)合結(jié)構(gòu)（如：鋼帶增強(qiáng)管、塑鋼纏繞管、鋼塑復(fù)合管、中空壁塑鋼纏繞管等），但這些管材在地下水位高的南方地區(qū)使用時，因為地下水接觸鋼帶與母材之間的裂隙后，會加速材料腐蝕，破壞管道結(jié)構(gòu)，廠商標(biāo)稱的50年使用壽命有待檢驗。傳統(tǒng)鋼筋混凝土管道的市場質(zhì)量也不容樂觀。由于砼管價格低，利潤少，傳統(tǒng)混凝土管道的生產(chǎn)大廠日趨減少，目前供貨的大多是一些山寨小廠，生產(chǎn)的混凝土排水管質(zhì)量不等，使用中容易開裂。南湖匯水區(qū)共發(fā)現(xiàn)172處管道開裂病害，其中160處屬于混凝土管道。
（三）管網(wǎng)資產(chǎn)維護(hù)管理困難在南湖匯水區(qū)排水管道檢測中，發(fā)現(xiàn)多處管道被異物侵入。一些排水暗管從管道側(cè)壁非法接入，破壞了管道結(jié)構(gòu)，例如：電纜從管道內(nèi)部穿越、排水管道被拖管破壞、自來水管橫穿排水管。這些侵入物不僅嚴(yán)重破壞了排水管道的使用功能，而且?guī)砹税踩[患。遇到管道水位較高的情況時，日常維護(hù)難以發(fā)現(xiàn)，需要CCTV檢測（管道閉路電視檢測系統(tǒng)）才能發(fā)現(xiàn)破壞部位，增大了管道運行維護(hù)的難度。由于排水管網(wǎng)是地下隱蔽物，且大部分為重力流管道，因此被異物侵入后，其破壞的后果不像電纜、自來水、燃?xì)夤艿榔茐臅r呈現(xiàn)爆發(fā)性的嚴(yán)重事故，而是具有明顯的滯后性，往往數(shù)天或一場暴雨到來時才能發(fā)現(xiàn)問題，因此執(zhí)法和舉證較難。
二、城市排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷應(yīng)對策略
（一）嚴(yán)控施工質(zhì)量和驗收環(huán)節(jié)作為隱蔽工程，排水管道工程施工中需嚴(yán)抓分步驗收，應(yīng)從管道質(zhì)量、溝槽開挖及放線、管道基礎(chǔ)處理、管道安裝與連接、溝槽回填五個方面嚴(yán)控質(zhì)量。管道質(zhì)量。選用口碑好的大廠產(chǎn)品，保證各類質(zhì)量證明報告齊全。除了抽檢之外，還可把質(zhì)量管理制度化，例如：由省或市級行業(yè)主管部門牽頭，對生產(chǎn)廠商產(chǎn)品質(zhì)量建立信用庫，合格者才能納入采購對象。溝槽開挖和放線。施工中，監(jiān)理應(yīng)對溝槽的寬度、高程、線型進(jìn)行復(fù)核，經(jīng)測量無誤后方能進(jìn)入下一道工序。管道基礎(chǔ)處理?，F(xiàn)場監(jiān)理要嚴(yán)抓管道基礎(chǔ)承載力檢測環(huán)節(jié)，管網(wǎng)在運行過程中的錯口、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷很多就是因為管道基礎(chǔ)出現(xiàn)了問題。管道安裝與連接。為避免滲漏發(fā)生，管道安裝和連接質(zhì)量是關(guān)鍵，混凝土管道承插或企口連接時一定要設(shè)置橡膠圈，建議采用遇水膨脹橡膠圈?；炷凉艿澜ㄗh采用管枕輔以砂石基礎(chǔ)，這種半剛性基礎(chǔ)可減少南方水網(wǎng)地區(qū)管節(jié)錯口和脫節(jié)等病害的發(fā)生。溝槽回填。從管底基礎(chǔ)部位開始到管頂以上0.5m范圍需采用良性土或粗砂按規(guī)范分層對稱回填，施工中應(yīng)采用人工輔以小型機(jī)械分層夯實。工程竣工未通水前，建議請第三方檢測單位采用CCTV進(jìn)行全線檢測，檢測報告提交水務(wù)接管單位，經(jīng)檢驗合格后方同意驗收。
（二）采用智慧水務(wù)技術(shù)管網(wǎng)缺陷的探測是病害防治的基礎(chǔ)，也是管網(wǎng)維護(hù)運行當(dāng)中的一項重要任務(wù)。城市地下排水管網(wǎng)面廣量大，情況復(fù)雜，若對每一條管道都動用CCTV、潛望鏡等技術(shù)設(shè)備進(jìn)行管道檢測，需要較長的時間及較高的人力、物力成本。如果對管網(wǎng)的重點部位進(jìn)行有限次數(shù)的檢測，則有望通過抽樣獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)，對管網(wǎng)整體狀況有近似全面的、準(zhǔn)確的評估。一個完整的評估體系通常由最大缺陷值、管道缺陷的長度平均值指標(biāo)、點數(shù)平均值指標(biāo)綜合后做出評估。管網(wǎng)的破壞和衰退整體上是一個漸進(jìn)的過程，平時難以及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)細(xì)微缺陷問題，地下的問題積重難返才反映到地面漬水。如果缺乏有效的監(jiān)督管理，問題很可能從量變引起質(zhì)變、小問題變成大問題。因此，在現(xiàn)有排水設(shè)施基礎(chǔ)上建立智慧水務(wù)平臺，加裝智能機(jī)器人巡檢監(jiān)測，實現(xiàn)地下排水管網(wǎng)的全智能監(jiān)測、預(yù)警、決策和處置，是及時發(fā)現(xiàn)和處置各類管道缺陷的重要手段。
（三）運用排水管道非開挖修復(fù)新技術(shù)在社會和環(huán)境成本方面，管道非開挖修復(fù)技術(shù)有明顯的優(yōu)越性。根據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)規(guī)程》CJJ210-2014標(biāo)準(zhǔn)，管道非開挖修復(fù)工藝有上十種，目前市場上常用的管道非開挖修復(fù)技術(shù)主要有6種方法，分別為：紫外光固化工藝、熱塑成型工藝、管道墊襯工藝、螺旋纏繞工藝、管盾澆筑工藝、不銹鋼快速鎖法，其適用條件如下表：目前，紫外光固化內(nèi)襯修復(fù)呈現(xiàn)獨特優(yōu)勢，值得關(guān)注和推廣，其他的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的管道非開挖修復(fù)技術(shù)勢在必行。一般來說，非開挖修復(fù)適用于管道結(jié)構(gòu)沒有嚴(yán)重破壞的情形，因此混凝土管道結(jié)構(gòu)缺陷比塑料管材的結(jié)構(gòu)缺陷好修復(fù)一些。當(dāng)存在破裂、接口材料脫落缺陷，需要進(jìn)行點修時，局部原位固化修復(fù)工藝及不銹鋼快速鎖修復(fù)工藝均可對其進(jìn)行修復(fù)；當(dāng)管徑d＜500時，采用局部原位固化修復(fù)工藝；當(dāng)管徑d≥500時，采用不銹鋼快速鎖修復(fù)工藝。
（四）加大排水管道新產(chǎn)品研發(fā)力度目前市場上排水管材總體來說分為鋼筋混凝土管、化學(xué)管材、金屬管材三類。鋼筋混凝土管具有強(qiáng)度高、剛度大、承載能力強(qiáng)、安全系數(shù)高、制造成本低、就地取材等優(yōu)點，但其內(nèi)壁粗糙、安裝效率低、接頭多、密封性差、運輸困難、接口易破損等缺點也很突出；各類化學(xué)管材具有重量輕、韌性好、抗震性能好，水力特性好，抗腐蝕能力強(qiáng)、安裝方便、密封性好等優(yōu)點，但也存在成本高、市場混亂、質(zhì)量參差不齊等缺點；各類金屬管道如球墨鑄鐵管、鋼管等管材多用于帶壓力的排水輸送管道，在重力流排水管道上應(yīng)用并不多。我國幅員遼闊，南北地質(zhì)、地貌差異較大，因此管材使用不能一刀切，必須符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況。由于武漢河湖眾多，地質(zhì)構(gòu)造多為灰褐色的沖積砂、亞砂土、亞黏土沖積物或淤泥質(zhì)褐色亞黏土的湖積物，一般地面以下1.0m內(nèi)可見地下水，常有流砂出現(xiàn)，因此柔性管道較為適合本地區(qū)軟弱地質(zhì)。但柔性管道周邊一般回填粗砂，管道一旦出現(xiàn)破損滲漏，豐富的地下水可將周邊的粗砂隨管道縫隙帶走，形成空洞，繼而引發(fā)地面塌陷，而塌陷又加速了塑料管道的結(jié)構(gòu)破壞。自2018年12月湖北省政府禁止采挖河砂的通告后，武漢市溝槽回填粗砂綜合單價已逼近500元/立方米，塑料管材在本地應(yīng)用的綜合優(yōu)點已不顯著，一些區(qū)擬在新建項目中采用球墨鑄鐵管作為市政污水重力流管材，因此研發(fā)適合江南水網(wǎng)區(qū)的排水管材迫在眉睫。目前雄安新區(qū)、福州、珠海等地陸續(xù)將球墨鑄鐵管選用為排水重力流管材，可能也是基于上述管道病害問題的綜合考慮。
（五）變被動管理為主動管理目前的維護(hù)管理中通常的做法是：發(fā)現(xiàn)有什么問題，就解決什么問題；哪一片區(qū)域的問題嚴(yán)重就優(yōu)先解決那一片區(qū)域排水的問題。這在維護(hù)管理理念和技術(shù)發(fā)展的早期階段是最好的策略，也是不得已的策略。但是，現(xiàn)在隨著排水管線普查技術(shù)的提高，越來越多的管線、乃致全部管段有望納入管網(wǎng)資產(chǎn)管理清單，也就為主動全面地管理提供了必要的技術(shù)條件。主動管理最大的優(yōu)勢就是在問題還沒造成嚴(yán)重危害時，及時發(fā)現(xiàn)并解決，防止危害的發(fā)生。主動發(fā)現(xiàn)管道病害。在對現(xiàn)有管線初步調(diào)查的基礎(chǔ)上，總結(jié)管道病害的方式和發(fā)展規(guī)律，對管網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行篩查，有重點地對一些已經(jīng)發(fā)生病害的管道和病害危險性較高的管道采取有針對性的措施，而不是被動地等病害發(fā)生后再采取補(bǔ)救措施。也不是不分主次、不分輕重緩急地進(jìn)行大規(guī)模、全面性地普查。主動采取防治措施。根據(jù)檢測得到的病害嚴(yán)重程度信息，分析不同病害產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度，并采取相應(yīng)的措施。充分利用已有的大數(shù)據(jù)和智慧水務(wù)管理與技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，大數(shù)據(jù)的獲取更加容易，對數(shù)據(jù)中隱含的信息提取和精煉將變得尤為重要。除了排水硬件（管渠、檢查井、雨水口、泵站等）需要及時養(yǎng)護(hù)建檔之外，還要對歸檔的各類信息進(jìn)行高效地提取和利用。智慧水務(wù)的建設(shè)，也可理解為水務(wù)建設(shè)的信息化。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要功能是采集數(shù)據(jù)，然而數(shù)據(jù)不是信息，只有經(jīng)過提煉、對數(shù)據(jù)值隱含的一般規(guī)律能做出總結(jié)，才稱其為信息。對信息的加工和提取以至于利用這些信息進(jìn)一步指導(dǎo)后續(xù)維護(hù)管理工作，才是水務(wù)管理者當(dāng)務(wù)之急。
作者：王曉靜陳永祥單位：武漢市洪山區(qū)水務(wù)和湖泊局