火电厂管道工程设计

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摘要：湿陷性黄土的地质条件对电厂的管道工程设计提出了特殊要求。本文结合具体工程中不同管道的特点和布置条件，对厂区给排水管道工程设计中涉及的防水措施选择、管道敷设、回填、管材选择以及应当注意的问题等进行了全面总结,提出了自重湿陷性黄土地区电厂管道设计应注意的要点。

关键词：湿陷性黄土；管道工程；防水措施；检漏；回填。

1工程概述

该电厂位于晋中地区，厂区总平面布置主要分为主厂区、煤场、灰场三块。主厂区属黄土台塬地貌；煤场位于黄土沟壁至沟底一带，地势较低；灰场为典型的黄土沟谷。该电厂属湿陷性黄土场地。主厂区西部(烟囱后辅助厂房布置场地)以及输煤栈桥、运煤公路一带，其湿陷等级为Ⅲ级“严重”，其余地段湿陷等级为Ⅱ级“中等”(偏Ⅲ级“严重”)。场地湿陷下限深度一般在7.5～19.5m之间(自基础底面起算)。灰场的湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级。

2管道工程技术措施

湿陷性黄土地区的管道工程设计的目标，除了减少管道自身受湿陷性的影响，更是作为防止建筑物湿陷性事故的重要防线。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》3.0.2条，防止或减小建筑物地基浸水湿陷的设计措施可分为：地基处理措施、防水措施和结构措施。其中防水措施又分为基本防水措施、检漏防水措施和严格防水措施。不同等级防水措施的选择与建筑物地基处理措施密不可分。

2.1全厂建(构)筑物的地基处理

为防止地基湿陷对建筑物产生危害，根据规范要求，按照其重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，对建筑物的重要性进行分类，并采取不同的地基处理措施。本工程汽机房、除氧煤仓间、锅炉房、烟囱、空冷平台、石灰石库、干煤棚等甲类、重要的乙类建筑，基础所承受的上部荷载较大，对地基强度和变形控制要求较高，其地基处理方式为整片强夯＋人工挖孔桩或人工挖孔桩。主厂房设备基础、斗轮机基础的地基处理方式为整片强夯，消除部分湿陷量。一般建筑物(乙、丙类)采用浅基础，进行强夯结合灰土垫层的地基处理，次要轻型建筑可做灰土垫层处理，消除地基的部分湿陷量。

2.2管道工程设计

湿陷性黄土地区的管道、沟道设计首先要从布置入手，尽量满足与建筑物的防护距离，即建筑物受到渗漏影响的最小距离。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》5.2.4条，“埋地管道、排水沟、雨水明沟和水池等与建筑物之间的防护距离，当不能满足要求时，应采取与建筑物相应的防水措施。”埋地管道与水池之间之间的防护距离与建筑物之间的防护距离的规定相同，当不能满足要求时，必须加强池体的防渗漏处理。在工程的设计中，应根据建筑物的重要性类别、地基处理情况以及管道的重要性，采取相应的工程措施。如建筑(构)物的地基处理消除全部湿陷量，或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层，或将基础设置在非湿陷黄土层上，防护距离内的管道设计可按非湿陷性场地考虑；地基处理若只消除部分湿陷量，为防止或减小建筑物地基浸水湿陷，管道需布置在防护距离外,对防护距离内的管道采取防水措施。就该电厂来说，甲类、重要的乙类建筑地基采取了桩基，防护距离内的管道按照常规电厂设计。进行强夯处理的大部分乙、丙类一般建(构)筑物地基，在场地条件为湿陷等级高，厚度大的情况下，无法处理到基础以下全部湿陷性黄土层，只能消除部分湿陷量。在厂区征地范围已限定，总平面布置不能为全厂地下管道预留充足的管道走廊来满足与建(构)筑物的防护距离要求的情况下,必须采取工程措施对管道进行防护。除必要的结构措施外，还应采取严格防水措施，对防护范围内的地下管道，增设钢筋混凝土检漏沟和检漏井，并设防水层和防水保护层，以此作为防止建筑物湿陷的主要措施。

2.2.1辅机循环水管防水设计

该工程的主机采用直接空冷系统，辅机采用大闭式系统，辅机循环水泵布置在烟囱后辅助区域的综合水泵房，两台机组共配备2根DN700的循环水进水管、2根DN700的循环水出水管，管材为焊接钢管。辅机循环水管途经的主要区域为汽机房A排前、主厂房固定端、炉后、综合水泵房。该工程的主厂房、锅炉房、空冷柱均采用桩基且场地进行强夯处理，就厂房建筑本身来说，防水措施可按一般地区设计，但基于以下因素：(1)辅机循环水管管径大、数量多、管线长，管道走廊狭窄，布置困难。(2)管道途经建(构)筑物多为乙类，且靠近综合管架，防护距离不能完全满足规范要求，一旦泄漏，影响较大。(3)主厂房内的设备基础布置在只部分消除湿陷性的地基上。为实现安全运行，辅机循环水管以及各压力水管从综合水泵房出来后，采用管道隧道(设有检漏井)一直布置到A排前；炉后考虑采用管道支架。管道隧道为半通行方式的钢筋混凝土沟道，埋地封闭式结构，内壁采取严格防水措施。分段设置检漏井。管道分两层布置，下层采用管道支座固定于沟底，上层采用支架固定于侧壁。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》中5.5.1条的要求，“管道接口应严密不漏水，并具有柔性”，辅机循环水管每隔10～20m的距离设置一个柔性卡箍接头，使之对于管道膨胀以及各种原因招致的不均匀沉降具备一定的抵御能力，在管道弯头和三通处设置镇墩或固定支座进行固定，避免拉脱。

2.2.2　综合水泵房区域管道防水设计

本工程综合水泵房区域布置有综合水泵房(21台水泵)、原水预处理站、各类水池(5个水池总容积达3000m3)、辅机冷却塔等建(构)筑物，管线非常集中，从布置上无法满足与建筑物和水池之间防护距离要求，采取以下工程措施：(1)辅机冷却塔进出水管(辅机循环水管)明装，在地面上与各闭式冷却塔连接。(2)水池的各进水管利用综合管架输送到附近，在防护范围内采用检漏沟与水池连接。(3)辅机循环水泵上的进水管联络阀集中布置于阀门井中。(4)各水泵吸水管集中设置在综合水泵房和水池之间的水泵吸水管路地下式管道层内。(5)综合水泵房内管道全部采取地上布置方式。(6)综合水泵房出水管集中设置在半通行隧道内。(7)个别无条件布置检漏沟的管道，采取外加套管(端头进行沥青麻丝填充密实，聚氨脂密封油封口)连接检漏井的检漏方式。除上述措施，在管道设计上还针对易发生受力不均的薄弱部位加强了设防标准，增加管道系统的柔韧性和严密性。(1)管道在水池壁上采用刚性防水翼环，减少水池渗水。(2)管道穿越建筑物外墙处采用柔性防水套管，柔性材料填充，并用密封膏封实。(3)在水泵进出口设置限位伸缩接头减少安装误差并可承受部分纵向位移，减少阀门管道连接处的漏水。(4)管道在池壁外以及与建(构)构筑物连接部位设置柔性卡箍接头。(5)管道弯头处采用固定支座、镇墩，直线处采用滑动支座，对管道进行支撑、固定，防止接口拉脱。

2.2.3其他给水管道

除以上重点防护的区域，厂区还有相当数量的有压管道，布置上充分利用综合管架和除灰管架，覆盖从主厂房固定端到综合水泵房、烟囱后道路、油泵房、输煤栈桥沿线的大片区域。建(构)筑物防护距离内埋地管道采用C型严格防水检漏沟和检漏井。考虑到湿陷性黄土地区对于管道防腐的要求更高，而该工程的主水源为城市中水，氯离子含量较高，需要进行内外防腐，压力管道在管材选取上采用内外高压喷塑复合钢管(SP－TEP/PE)，基管为无缝钢管，埋地管道的涂层厚度满足加强级防腐的要求。为减少管道破裂和地面渗水的影响，埋地管道的地基处理和回填与常规电厂也存在区别：(1)地基处理：设300mm厚度的土垫层，分层夯实,压实系数不小于0.95；在土垫层上设300mm厚度的3:7灰土垫层，分层夯实，压实系数不小于0.95；在灰土垫层上设C20混凝土基础。(2)管道回填：采用原土回填，管顶以下的回填对称进行，分层夯实，原土分层夯实回填虚铺厚度小于300，压实系数均≥0.95；顶部采用200mm2:8灰土回填夯实，防止地面水渗入。

2.2.4排水管道

厂区室外排水管道主要为雨水管、生活污水管。室外排水管道容易因管材和接口损坏导致漏水，在湿陷性黄土的地质条件下，雨水排水采用明沟排水为一种经济合理的方式。室外排水管材上，干管选用聚乙烯螺旋波纹管，较钢筋混凝土管具有更好的柔性，抗地基不均匀沉降的性能更好，重量轻，基础型式简单，易于施工，对湿陷性地质条件具有更好的适应性。出户管以及雨水口与检查井的连接管段采用机制球磨铸铁排水管。接口方式均为承插式橡胶圈柔性接口。直埋排水管道的地基处理方式与给水管类似，波纹管需在设置3:7灰土垫层上设置砂石基础，球磨铸铁管则设置C20混凝土基础。其他布置原则：排水管道位于建(构)筑物防护范围内，采取严格防水措施；检漏井与检查井不共用，可相邻设置为钢筋混凝土双联井或三联井；在不方便布置检漏沟处设置雨水排水明沟；生活污水管出户处均设置C型严格防水检漏沟和检漏井。鉴于本工程地质条件的特殊性，对排水管道闭水试验的要求也较常规工程严格，除按常规在施工期进行闭水试验外，当管道因周围进行强夯施工或有其它扰动后，应再次进行闭水实验；并且在全厂施工基本结束时，所有排水管再次进行闭水试验。对于不合格的管段应查找原因，进行返工。2.3.5经济指标本工程采取的管道隧道、检漏沟、检漏井等防水措施的土建费用约7000万元，其中辅机循环水系统的防水措施土建费用约3000万元。

3总结

湿陷性黄土地区电厂的管道工程具有一定的复杂性，需要采取不同于普通工程的特殊工程措施。设计过程中，需要结合工程地质条件、建筑物危险等级划分、地基处理方式、结构处理方式、防水方式等进行整体考虑，才能保证工程的经济合理，既不至因措施不到位引起湿陷性事故，也不至因提高设计标准，造成浪费。对该工程进行总结反思，在工程设计中有必要重视如下几点：(1)在选择厂址阶段应充分考虑地质条件，尽量避免选择很严重的自重湿陷性黄土场地或湿陷性黄土厚度较大的场地，对于提高工程安全性和经济性非常重要。(2)建(构)筑物地基处理后场地的剩余湿陷量以及与管道的防护距离对于是否采取防水措施，采取何种防水措施尤为重要。(3)在较为严重的湿陷性黄土的地质条件下，如受限于总平面布置，利用综合管架结合地下管廊布置厂区压力水管道，利用明沟排放雨水，在技术经济上较为合理。(4)湿陷性灾害的防治除在设计中予以充分考虑，还应在施工过程中确保施工质量，在运行过程中提高防范意识，确保检漏防水措施充分发挥作用，更应避免人为造成场地积水诱发湿陷事故。

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作者：李欣 单位： 中南电力设计院有限公司