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国内外检查井病害调查及其初步防治对策研究

时间:2019-03-06   作者:admin 点击:
  
  摘要:围绕着城市市政检查井病害问题,介绍了检查井的发展历程,并深入分析了城市道路检查井病害产生的成因,通过对国内外检查井病害处理措施的调查研究,形成了综合处理城市市政检查井病害的初步防治对策,即要解决检查井的病害问题需要从科学规划设计、加强管理、提高施工质量、推广新材料新工艺、强化日常养护等多方面开展综合治理。
  关键词:检查井;病害;防沉降;路面肚脐眼;
  1检查井的发展概况
  城市道路检查井主要功能是提供管线运行情况检查和疏浚的操作空间,并起到改变管线的高程、坡度、管径或方向的衔接功能。设置在路面上检查井主要有给水管线、排水管线、电力、电讯管线检查井。所谓的井口路面是指检查井与周围路面的结合部位,由井圈座、井盖和周围路面共同组成,要求井口应与周围路面齐平,以保证井口部位路面平整和行车的舒适安全,见图1。
  城市道路检查井的材质发展走过一条漫长的道路,先后使用粘土砖、水泥砌块,预制混凝土、不锈钢、玻璃钢夹砂、工程塑料等,而国内外近二十年来的新技术主要是用热塑性塑料生产新型塑料井[1]。
  1.1砖砌检查井实心粘土砖是世界上最古老的建筑材料之一,我国早期使用的都是砖砌检查井,现在仍然有大量的砖砌检查井在投入使用。其优点是:材料价格低廉、易获取、施工简单、维修方便,可以在任何高度接入不同大小、不同角度的管道。
  但其施工速度慢、砖砌体材料强度低、质量稳定性差,使用一段时间后表皮脱落内里疏松,易造成井体下沉、周边路面沉降等病害,这已成为道路工程中的一大通病。同时,由于砌体容易渗漏造成地下水源二次污染,材料本身也不符合国家的土地和环保政策,世界各发达国家以及我国主要大中城市纷纷出台措施,限制和禁止使用砖砌检查井,见图2。
  1.2预制水泥砌块检查井预制水泥砌块检查井主要解决了节省土地资源问题,并具有强度高、防渗性强、外观好、砌筑快等优点,一块可代替7~9块粘土砖,并可大大提高检查井的使用寿命,目前在我国使用广泛,见图3。
  1.3预制混凝土检查井预制混凝土井是采用工厂预制成品,具有节省土地资源、强度高、整体性好、柔性连接严密不渗漏等特点。发达国家90%以上的检查井都是工厂预制的,早在上世纪二三十年代上海的英租界就曾采用过混凝土预制的检查井和雨水口,有些至今还在使用。
  但也有其井体笨重造成施工难度大、维修不易等问题,特别是适应不同口径、数量、方向和标高等接入干管和支管的能力较差,很难实现工厂规模化生产。因此,在小型市政工程及建筑小区难以广泛应用。我国在许多城市推广应用上经历多以反复,一直未能真正推广,见图4。
  1.4不锈钢检查井不锈钢检查井主体由不锈钢焊制而成,其力学性能优异,使用性能高,防腐防渗漏性好,但成本高,国外有一些研究和应用,也制定了相应标准,但国内尚无应用案例。
  1.5玻璃钢夹砂检查井玻璃钢检查井是以玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料制备的检查井,玻璃钢检查井具有重量轻、耐腐蚀、安装方便、使用寿命长等优点。
  由于玻璃钢检查井采用的原料价格连年上涨,造成玻璃钢检查井成本较高,同时难于回收,不适应环保要求。另外,玻璃钢制品在生产过程中对工人伤害较大,劳动保护问题严重。这些因素导致玻璃钢检查井使用范围有限,见图5。
  1.6塑料检查井采用热塑性树脂塑料检查井方面,国外开发较早。主要使用高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)材料,采用螺旋缠绕和焊接,滚塑工艺,生产可分现场制作和工厂预制两种方法,优点是节能环保、重量轻、耐腐蚀、排放性能好、使用寿命长、特别解决了管道与井的连接性能,密封性好,避免了地下水源二次污染。缺点是现场预制有一定的环境要求,速度慢,周期长,焊接工艺人为性大等,见图6、图7。
  美国早在1997年就制订了聚乙烯检查井国家标准;日本在1984年就开发应用塑料排水检查井,其应用和施工也相当成熟,80%以上的管道井都已采用塑料检查井;在欧洲,许多生产塑料管道的大型生产厂都生产配套塑料检查井,得到了广泛应用。
  我国最早研究开发塑料检查井是在1992年。
  但当时由于设备和技术力量有限以及材料造价等因素,没有得到很好推广应用。后由于全国各地相继制定了禁止使用粘土砖的政策,塑料检查井才得以积极推广。在全国多个城市的市政道路、居住小区、公共建筑区、厂区、工业园区、校区、城镇改水工程等上千个工程项目中均得以应用,特别在奥运村、世博园区等重点工程中。鉴于塑料检查井施工强度、环境影响、施工周期、维修而且环保等方面远优于传统井,而且综合成本较低,塑料排水检查井必将替代其它类型的检查井。
  2道路检查井的病害问题及其成因
  由于道路检查井周围受到车辆行驶的影响,承受较多的冲击力作用,往往最先遭到破坏。调查发现,城市道路路面上各类检查井周边过早损坏的现象,在全国各个城市都很普遍,是路面养护工作中的“顽疾”。
  主要存在以下病害问题[2-4]:
  (1)井圈周围沥青、混凝土路面出现开裂、起壳、脱落、下沉等;(2)检查井井口倾斜、下陷甚至坍塌;(3)检查井井口凸出而井口周围出现不同程度的凹陷;(4)井与周边路面高差大或者与纵横坡不一致;(5)井盖倾斜或塌陷,井周路面出现明显的不均匀沉降;(6)井盖凸出路面;这种现象主要是检查井和道路的不均匀沉降,其中道路的沉降量大于检查井沉降量。
  在所有这些病害中,经现场调查发现,以检查井沉降所造成的危害尤为严重,见图8。
  这些病害不仅影响道路的使用功能及外观形象,还严重影响了道路的平整度,降低了道路通行的舒适性和安全性,严重时影响行车安全甚至会引起交通事故,同时也会缩短道路的使用寿命,再加上建造时先天不足和维修本身受到客观条件的制约,经多次维修后效果还是不尽人意,且每年因检查井的维修所耗费的人力物力巨大,极为不经济。
  城市道路检查井在使用过程中,检查井及井周出现井盖失稳、破损、下沉、井周环裂、沉陷等多种形式的病害,交通荷载是导致检查井上述病害的直接因素,但交通荷载并不是引起检查井病害的单一因素,总结检查井的病害成因,可从规划、设计、施工、养护等方面进行分析。
  2.1规划方面规划的超前性不强,没有科学地把握交通量的增长速度及经济的发展态势等因素,对规划中的未来因素估计不足;规划的完整性不够,城市道路基础设施、服务设施、附属设施的建设缺乏完整性和系统性,未能形成体系;规划编制与发展脱节,还不能很好地与经济社会发展及城市化进程等紧密结合。
  2.2设计方面道路设计针对性不强,存在重线形、轻结构的现象,忽略道路与市政公用设施衔接处的特殊处理,往往只是按常规设计对待或处理范围不足、用料不当;管线工程布设不合理,没有充分考虑市政检查井设置位置的合理性,致使检查频繁受到外部车辆荷载冲击作用;检查井结构设计与实际应用脱节,普遍存在检查井设计标准偏低、检查井结构设计考虑欠妥等问题。
  2.3施工方面施工管理者和操作者质量意识淡薄,不按技术规程操作施工,违章作业;回填土的土料质量及回填质量达不到要求,检查井周边回填土及路面压实不密实;检查井砌筑质量差,检查井本身的砌筑质量不高,井周混凝土强度不足,检查井基础偏软,井圈安放坐浆不实,砌筑砂浆不饱满,砌筑用砖强度不足,井圈盖质量差,造成检查井周边破损。
  2.4运行养护方面检查井井周出现轻微病害未及时封闭或加固路基处理,造成路面渗水,进一步加快井周道路结构破坏;传统人工修复质量欠缺,对井口边缘处凿挖不到位,铺筑沥青混合料时没能将路面与井口图8典型检查井病害压实平整,就会造成井口标高低于周围路面,形成井口沉降的假象;运行管线的维护欠缺,未能定期检查、疏通和维护,加上设施不完善,常有垃圾杂物流入管道,长期淤积,加大了管道的负荷,污水涨满外流造成检查井基底、路基浸泡,引起检查井病害。
  2.5井盖材质规格方面我国现行井盖标准繁杂,有铸铁、复合材料、钢纤维混凝土等多种标准,其承载力标准参差不齐;现各种检查井座高度偏低,一般为8~12cm,而沥青混凝土面层厚度为7~11cm,势必影响井座固定牢固;各种检查井盖本身加工质量问题,如井盖与井框缝隙大不密合、不平整、错台等,造成井盖“响、活、裂、沉”等问题。
  3道路检查井的国内外整治措施
  3.1国外对检查井采取的措施国外检查井经过不断的改进和发展,其材料包含了金属(灰口铸铁、球墨铸铁、铸钢等)、水泥基复合材料(钢纤维增强等)、再生树脂或聚合物基复合材料等。由于在使用过程中常出现检查井井盖的破损、沉降及周边道路的路面开裂、沉陷、破损、拥包等病害,为此国外公布了多项标准对检查井的设计、施工和检测等进行了相关的规定,如:ASTMA48、ASTMC478、ASTMC478M对灰口铸铁铸件和增强混凝土检查井等对标准检查井的材料、外观、结构尺寸、嵌入深度、典型的检查井布局、检查井的连接等进行了相关规定和绘出了参考详图。美国土木工程协会也出版了《Manholeinspectionandrehabilitation》对检查井所在地的实地调查、材料选择、设计因素、质量控制、安装过程、检修方法等一系列的流程进行了指导和说明。
  在检查井新技术的开发和利用方面,主要有Salah等研究采用不可回收的塑料和钢筋等材料来做检查井井盖,以减少污染,降低造价,降低井盖被偷等造成的事故。Christian在检查井盖维修中提出一个设计方法是把井盖和井筒隔开,使上部交通荷载传递到新做出来的钢筋混凝土上,不会直接作用在检查井的上部井筒上。还有一种检查井的改进措施就是在井座下安装检查井高度调整装置。当检查井与路面发生沉降差时,可以调整该装置,使得检查井井顶与周边路面标高保持一致。
  在管理体制方面上,欧美发达国家及古巴、朝鲜等国所有市政管线都统一集中在地下通道里,不论水、电、气、污水、交通及电信,地下通道的管理统一归市政一家。如果出现问题,责任完全在市政。
  在法律制度上,美国执行所谓的事前预防法律,在美国任何一位公民在马路上发现有井盖丢失,就可以去法院起诉负责城市管理的公共事务局,上告其行政渎职。在公众无处不在的事前法律监督下,美国的市政管理部门对城市检查井的管理是不敢有丝毫懈怠之心,这有利于消除隐患,防范伤害。
  3.2国内对检查井采取的措施国内各大城市近几年都在加大力度整治城市“肚脐眼”,部分城市还专门立项开展检查井防沉降技术的专题研究。
  (1)华北地区在北京市,北京市市政工程研究院对检查井下陷造成的“肚脐眼”现象的主要原因进行了分析研究,提出采用新型材料检查井和混凝土检查井取代粘土砖砌检查井,并从施工工艺和提高结构强度来解决检查井存在的质量隐患,采用预制混凝土装配式检查井代替传统砖砌检查井,取得了一定的效果。
  (2)华东地区在上海市,自2006年起在多条城市道路上试用“自调式——防沉降窨井盖框”,编制完成了《自调式-防沉降窨井盖框安装工法》,目前上海市政管理处已开始大量应用防沉降设计检查井改造原有检查井。
  在江苏省南京市,政府已经明令禁止使用砖砌筑检查井,改采用耐腐抗压、高强度的模块砌体砌筑检查井,并计划用3~5a时间把道路上的18万个窨井盖进行改造,彻底消除城市道路上的“肚脐眼。
  在安徽省合肥市,针对城市沥青混凝土路面道路检查井周围路面沉降、裂缝和破损问题,先后发布过《合肥市市政重点工程检查井施工技术导则》、《合肥市城市道路检查井盖座技术导则(试行)》,将检查井设计施工纳入规范化管理的轨道。
  2011年合肥市城乡建委印发了《合肥市市政设施养护管理考核暂行办法》,将检查井的管理列入部门考核内容之列。同时,加强窨井设施技术标准的宣传和贯彻,着眼于新技术、新材料的推广应用,见图9。(3)华中地区在湖北省武汉市,2003年武汉市政工程设计研究院就立项开展《关于城市道路检查井下陷的技术研究》课题研究,课题组对全市20多条道路的排水检查井进行了实地调查和检测,并且设计出一种新型排水检查井。试点路段的检测表明新型检查井有效降低了沉降,大大改善了道路服务水平。2004年后,在武汉市城市道路中大量应用了该新型防沉降检查井。2010年6月,为全面了解新型检查井的实际运行效果,选定部分典型路段进行调研,调查表明没有采用防沉降设计的检查井沉陷和井周破损都较严重,而采用防沉降设计的检查井沉降有明显的改善。
  2011年10月为了进一步了解检查井的实际运营情况,武汉市政工程设计研究院又进行了专门的调查,调查发现检查井的病害相对于2003年有所好转,但是问题依然存在。主要问题是井周破损、井座与路面高差大、标准不统一、承载等级未标注等。
  2011年,为进一步消除检查井病害影响,有效避免市政管线检查井的沉降、破损、噪音等问题,由市建委组织、武汉市政工程设计研究院主编,完成了全市统一的检查井技术规定的科研课题研究工作,在井盖标准统一方面、检查井防沉降技术方面、各行业施工和质量验收标准统一方面做了深入研究,并颁布了《武汉地区市政管线检查井技术规定》,见图10,该规定适用于武汉市行政区域内的新建、改扩建和大中修的城市道路(非机动车道、机动车道、人行道)、绿化带、公共停车场,市政广场等地面上的给水、排水(雨水、污水、雨污合流)、电力、燃气、通信、交通信号、路灯等市政管线检查井,见图11。
  4城市道路检查井病害问题的初步防治对策
  为了解决检查井的病害问题,各个城市从加强管理、采用新技术和新材料、改善施工工艺等对检查井问题进行整治,得到的共识是要解决检查井的病害问题需要从科学规划设计、加强管理、提高施工质量、推广新材料新工艺、强化日常养护等多方面开展综合治理。具体如下:
  4.1科学规划,注重衔接(1)统一地下管线设施规划、建立综合管沟[5]
  所谓综合管沟是指在地下挖掘隧道,将原本各自独立埋设的水、电、气等各类市政管线集中放置在一条地下隧道,实现地下综合管理,以避免道路反复开挖,并能减少井盖数量,从而有效解决路面井盖问题,可避免城市“肚脐眼”的出现。
  当前大面积推广应用综合管沟尚面临法律法规不健全、技术规范不完善、专项规划和综合规划不足、协调管理大等困难,仍有待进一步改进完善。
  (2)优化检查井规划设计、更新设计理念[6]
  检查井的规划要体现超前性、系统性和全面性,提高设计质量。在进行城市道路规划设计之初,应对检查井的规划设计进行优化:
  a.合理布置管线在道路范围内规划布设管线时,应按绿化带、人行道、非机动车道、机动车道的先后原则进行布设。必须在机动车道上布设管线时,应避免在行车带轮迹带布设,宜设置在行车带中间或路边侧,减少行车荷载作用。一般车辆宽度在3.5~4.0m,而车轴宽度在2.0m左右,那么离道路中线1.75m的位置受车辆荷载作用的概率就会小得多。
  b.适当增加检查井间距,减小检查井数量随着检查设备能力的提高,检查井的间距也应考虑适当增加,从而减少检查井的数量。比如,原来污水井管理部门水力清通设备工作极限是20m,采用现代化的清通设备后,工作极限能力提高到60m,则污水井的设置间距可相应拉大。
  c.保证路面平整稳定借鉴防治“桥头跳车”的一些方法,井周路基范围内回填材料采用加石灰、水泥、换填砂砾或增设土工格栅等材料进行补强,同时提高压实度标准,减少路基的压缩沉降。
  d.提高设计标准提高检查井处地基承载力标准及井体结构设计标准,尽可能采用一些新材料、新工艺应用到窨井的设计中,淘汰砖砌式检查井,积极推广使用整体稳固性好、强度高、闭水性理想的现浇式钢筋混凝土检查井、预制装配式钢筋混凝土检查井、混凝土模块式检查井以及塑料检查井等质量可靠、具备先进技术的检查井。
  e.优选承载力高的井盖型号,检查井座高度应适宜,以确保井座固定。
  4.2加强管理,健全制度(1)统一集中管理检查井[7]
  武汉市道路检查井种类繁多,各产权单位在建设和养护上各自为政,检查井检查和修复更多的时间浪费在各单位协调上,不利于检查井病害问题的处理。建议城市检查井统一由一家单位集中管理,并对外公布统一的热线号码,一旦接到群众投诉检查井出现质量问题,由集中管理单位通知相关产权单位进行修复,并进行回访,没有及时得到解决的,可采用经济手段进行处罚。
  (2)规范各类检查井规格、质量标准建议出台全市统一的检查井技术标准,并实行市场准入制、备案制,在备案有效期内,各种管线检查井盖座,必须从通过备案的厂家采购。同时,检查井盖厂家实行淘汰制,使用效果好的生产厂家在下一轮招标中优先考虑。
  (3)建立健全责任追究和处罚制度对已竣工移交但未超过质量保修期的市政道路检查井盖噪音、沉陷等质量问题,各建设、监理、施工单位要积极采取措施进行整改;对竣工移交后超过保修期的市政道路井盖响动、沉陷、跳车等突出工程质量问题,各管线管理产权单位务必及时整治;由市法制办牵头起草道路检查井盖建设和管理责任追究和处罚办法,对道路检查井盖出现噪音、沉陷等质量问题,追究相关单位和有关人员的责任。
  4.3注重过程,提高施工质量[8]
  (1)提高管理及施工人员的质量意识和责任心施工人员的质量意识在施工过程中占相当重要的地位,检查井砌筑时应选用技术素质好且责任心强的工人施工,并在施工前作好技术交底与培训,使之建立较强的质量意识,了解技术要求、标准和规范,并做好施工记录,与管理者建立质量责任制。
  (2)控制原材料质量严格控制各种进场材料,对投入使用的原材料在使用前需进行送检,合格后方可使用,井盖不经复试检查合格不得使用,不合格材料、井盖坚决退场。
  (3)把全程质量控制责任落实到个人对施工中从砌筑—回填—夯实—碾压等各施工工序严格检查验收,发现问题逐级追究责任;对操作人员进行技能培训,考核合格后上岗;施工前作详细清楚的技术交底,使其循规作业。
  4.4推广新材料,逐步淘汰砖砌井欧、美、日等发达地区和国家早已对检查井修筑材料进行了改革,如使用预制混凝土砌块式、预制钢筋混凝土构件拼装式、下部现浇与上部预制拼装结合式等,使用水泥混凝土制品替代传统的粘土砖,适应管道装配化快速施工的需要,控制混凝土制块的强度和耐久性。随着现代技术的发展也可使用塑料检查井来代替砖砌检查井。
  5结语
  (1)检查井对于现代人类生活不可或缺,其技术也随着人类社会的进步而不断的发展,但是研究发展总是滞后于人类生产生活的需要,与检查井有关的路面病害时有发生,已成为世界各地市政管理部门的棘手问题,也严重影响城市的形象。
  (2)检查井病害问题是一个十分复杂的问题,它与诸多因素密切相关,各因素相互作用。很难定量分析出各因素的影响程度,只有采取综合措施、多管齐下才能有效地控制检查井病害。
  (3)针对于检查井病害问题,国内外均引起了高度重视,在管理、施工、材料和技术研发以及信息化方面做了很多工作,也起到一定成效,但从国内外各大城市治理经验表明,单一的措施是无法真正解决检查井的病害问题,必须从单一手段逐渐向综合手段转变,在制度、管理、技术等各方面开展综合治理。
  (4)实践表明,只有将检查井的病害问题放到一定的高度,着眼长远,采取综合治理的方法,提高思想认识和责任感,注重治理的每一个细部环节,不断的探索新技术,不断完善施工方法和改进施工工艺,不断寻求到解决问题的办法,城市道路检查井的病害终将得到彻底的解决,城市道路的使用功能和社会效益会得到充分发挥。
 
  参考文献
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  [2]马克峰,李少成,史红军,等.城市道路检查井存在的问题与防治[J].市政技术,2010(1):34-36.
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  [4]李军.城市快车道检查井病害成因及维护调查[J].科技资讯,2010(28):46-46.
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