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地基沉降对燃气管道的损害及对策
摘 要：通过对汕头市华新城的现场调查，分折地基沉降对燃气管线的损害，在允许地基沉降的前提下，提出了相关的解决措施。
1 前言
因填筑地固结压密而产生地基沉降导致燃气管线受损，这种灾害的大部分都集中在管线与建筑物的连接处，地基产生不均匀沉降处及接头部位。汕头市华新城燃气管线因地基沉降而导致多处泄漏。
2 华新城概况
汕头市华新城为住宅小区，已建住宅30栋住户1500余户，1994年开工，分多期开发建设，其建设用地为月埔镇的水稻田，回填土高度约3m，大部分用地回填半年左右即开工建设，田地淤泥层深度约0.8m。其配套的燃气工程为汕头市燃气建设公司承建并经营，气源为液化石油气，两级调压入户，中压庭院管压力为0.08MPa，低压管压力为0.003MPa，燃气表和用户调压器分别集中安装于一楼外墙或室外地坪的表箱内，见图la、b。
3 沉降损害
根据现场调查，其沉降损害相当严重，两座多层房屋之间的单层建筑未作桩基处理，现已下沉20—30cm不等，从散水坡与房屋连接处测量其沉降量为15cm左右，散水坡与房屋水平位移2—3cm，部分出地立管接头松开后下沉10cm左右，因这种上下和水平方向的位移变化导致燃气表箱部位管线严重变形弯曲，80％的表箱部位管线螺纹接头多处泄漏，其泄漏率的分布大致为：弯头占9.62%，活接头占52.72%，三通占7.2％，其余为丝扣连结阀门、丝堵等。
4 损害特征
华新城燃气表箱部分布管工艺多种多样，其损害情况复杂，大体分两类。
4.1 表箱固定在外墙上
因表箱固定在外墙上，地基沉降发生的位移主要损害进口端出地立管、管架、阀门、表箱等。因沉降较大，管线的塑性变形无法满足沉降发生的位移。首先将出地立管固定支架拉脱离墙且立管在此处弯曲变型，继而将进口管往下拉，因表箱进口的限制导致进口管将表箱侧板压坏变形，分配管和箱内水平管发生倾斜。在此过程中对丝口部位施加拉应力削弱了丝口连接的预紧力可导致丝口松动而泄漏。虽然螺纹接口处的断裂荷载可大于钢管本身的6％，螺纹接口本应更可靠，然而，螺纹接头的变形能力与钢管本身相比较低，当地基沉降产生很大的相对变形集中于螺纹接头时，有时将破坏接头。
4.2 表箱固定在室外地坪上
表箱固定在地坪上，室外地坪与建筑物的相对位移的增加主要影响表箱出口端管道，进口端管道损害相对较轻。因地面亮起，表箱不能与地下管发生同步位移，那么表箱进口端管道同样受到拉应力作用而可导致损害。出口端DN镀锌管因截面刚度小，弯曲变形严重。
5 对策
（1）在房屋散水坡施工完毕，出地立管的固定管架应拆除或采用套管式固定支架，见图2，即可避免管道在此处应力集中，阻碍管线的下沉，又可保持立管在施工时的垂直度。
（2）表箱立于室外地坪，其进出口管线应考虑采用柔性连接，挂于建筑物外墙上的表箱只采用进口管柔性连接。柔性连接的可拉伸量应满足沉降的最大位移。
（3）垂直于建筑物的地下管线支管应因地制宜分级抬高埋设深度靠近建筑物见图3，这有利于提高支管的挠性，吸收地基的沉降位移，减少管沟开挖对建筑物基础的影响。
（4）出地立管穿过混凝土地面时须设置出地套管见图4，防止混凝土与管道固结，阻碍管线位移。
（5）采用塑性较好的材料。这是根据材料的屈服极限来考虑，对于钢管和PE管来说主要的破坏最集中在接点和端部固定端，但是钢管和PE管其接头都有较好的延伸性和较好的接头偏转角，基本可以根据其材料的屈服极限来确定。
（6）采用浅埋，减轻地基对管的压力。
（7）庭院管采用树技状连接，尽量缩减庭院管的长度，减少接点。
（8）利用管线自身弯曲，增大弯曲半径，减少弯头的使用量。
（9）采用不锈钢金属软管替代伸缩器。目前伸缩器的使用主要考虑温差对管线的影响，不能解决两端管线上下方向上的位移变化，地基的不均匀沉降将导致管线在伸缩器部位产生破坏，当拆除伸缩器后，两端管线无法对中，更换困难。
（10）减少与建筑物垂直靠近的上升立管数量，利用建筑物外墙绕行。
GB50028—93《城镇燃气设计规范》表5.3.2—1要求：埋地燃气管中压B级离建筑物基础水平净距为1.5m。外墙到基础外围距离约为0.6m，那么管线离外墙的距离应不少于2.1m，对于垂直靠近外墙的地下管出地立管是很难做到。
另外，对垂直于建筑物外墙的地下各支管也难保证与其它地下管线的安全距离。按照GB50180-93《城镇居住区规划设计规范》第8.0.2条要求：在非采暖区六种基本管线的最小水平间距，它们在建筑线的最小极限宽度约为10m，见图5。住宅的厨房厕所大都连在一起，在相应的室外地坪部位必然有给水、排水等地下管线和排水井、化粪池等设施，如果厨房位置在楼梯间旁，那么地下必然还有电力、电信管线和电力、电信井，各种地下管线在弹丸之地都要集中靠近建筑物，实际上是很难满足GB50028—93《城镇燃气设计规范》和GB50180—93《城镇居住区规划设计规范》的相关条款的安全距离要求。再加之地下管线各专业设计缺乏沟通，开发商协调不力以及施工的不规范，造成地下管线在集中部位相当混乱，很难保障燃气管线的安全距离。所以应减少垂直靠近建筑物的上升立管的数量，减少地下管与建筑物的连接点。
（11）应根据地质条件对地下管线进行抗震和抗沉降设计。
①汕头市地质地震环境
汕头市处于中国东部，北东一北北东走向的巨型新华厦构造第一沉降带，第二复式隆起带和东西走向的南岭构造跨越的地段，这三大构造单元交汇复合的附近，在地质历史上曾发生过多次构造运动，最强烈的是燕山运动，其构造变动以断裂作用最为显著。对汕头市区未来地震影响最大的断裂构造是北东向断裂构造的滨海断裂带和泉汕断裂带还有北西断裂带的河源断裂带。
②相关标准及法规的要求
根据GB-89《建筑抗震设计规范》第3.3.1条要求：对液化沉陷敏感的乙类建筑可按7度考虑，7-9度时，乙类建筑（国家重点抗震城市的生命线工程）可按原来裂度考虑。汕头为国家重点抗震城市，属8度抗震区。
③地震对地下管线的损害特征
a、烈度（地震影响强度或地面位移量）和场地土的影响：管道的震害率随烈度影响强度而增加，但烈度影响与场地土的影响比较居第二位。
b、地形地貌的影响：地形地貌的影响对管道震害也是很重要的，主要在地震时岸坡明显位移，回填土与原状土间震陷显著。
④地基沉降与地震的关系
这里说的地墓沉降是指一个长时间的地基固结压密过程，而由地震引起地基沉降是一个短时间团结压密过程，其作用结果都会导致地基的塌陷，地下及地面设施的损坏。地震波的作用会加剧现有的地基沉降量，而进一步损害燃气管线，造成难以估计的后果。
⑤地震对地下燃气管线的损害
现代燃气管线主要是钢制管道，国内聚乙稀塑料管也处在发展阶段，地下管线的三大大敌：腐蚀、地基的不均匀沉降与地震，其中最大的天敌是地震，地震不仅直接破坏地下管线的正常功能，而且可产生次生灾害（火灾，爆炸等），给国计民生带来重大损失和人员伤亡。地下管线如果遭到损害，必须逐段查找，只有当整个系统确认正常后才能恢复供气，恢复时间长，抢修困难。华新城地基的沉降为研究回填土对燃气管线的破坏提供了一个例证，同时也提醒我们应采取措施防止或减轻地基沉降和地震对地下燃气管线的损害，以保证地下管线的安全正常运行。
6 结束语
（1）对于直埋管线基础的夯实，因为夯实只是表层的，所以场地土意义不大，且当多个专业同时在小区施工时，夯实很难达到其目的，而采用其它的地基处理方式，造价太高，所以，在允许沉降的基础上，采取上述措施。
（2）对于地基沉降和地震设防，GB50028-93K城镇燃气设计规范》没有相关条款的要求，希望该标准增加相关的内容与有关的法规标准相呼应。
（3）这里说的地基沉降是指室外地坪的沉降，一般说来建筑物都有作地基处理，认为建筑物的沉降在其施工过程中已基本完成，建筑物竣工后其沉降既是有也是少量的。采用上述方法，同样可以避免因地基与建筑物相对位移的缩小给管线带来损害。
作者：汕头市燃气建设公司 易定国 李瑞
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