景德镇市某截污干管和主要支管检测及修复研究.pdf

江西建材质量控制与检测592023年7 月景德镇市某截污干管和主要支管检测及修复研究肖仲进，周杨军北京市市政工程设计研究总院有限公司上海分公司，上海 200333摘 要：文中以景德镇市某截污干管和主要支管检测工程为例，介绍管道闭路电视检测系统（以下简称“CCTV检测”）技术的工作原理和检测流程，并根据行业标准对管道功能性损坏和结构性损坏进行评估及统计。根据检测统计结果，结合景德镇市丘陵地形和高地下水位情况，对管道设计、施工以及后期维护提出了科学的建议。关键词：管道；闭路电视检测；结构性缺陷；功能性缺陷；修复中图分类号：TU990.3文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）07-0059-04Study on the Inspection and Repair of an Intercepting Sewer and Its Main Branch Pipelines in Jingdezhen CityXiao Zhongjin，Zhou YangjunShanghai Branch,Beijing General Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.,Shanghai 200333Abstract:Taking the inspection project of a sewage trunk pipe and main branch pipe in Jingdezhen City as an example,this paper introduces the working principle and inspection process of the pipeline CCTV inspection system（hereinafter referred to as CCTV inspection）technology,and evaluates and calculates the functional damage and structural damage of the pipeline according to the industry standard.According to the inspection statistics and analysis of the pipeline,the paper puts forward scientific suggestions for the design,construction and late maintenance of the pipeline in view of the hilly terrain and high groundwater level in Jingdezhen.Key words:Pipeline;CCTV;Structural defects;Functional defects;Repair0 引言长期以来，我国城镇污水系统建设存在“重建设，轻管护”的现象，部分排水管道因自然、人为等因素出现不同程度的结构性和功能性损坏，导致排水管网无法充分发挥其工程效益1。2019 年4 月，住建部、生态环境部、发展改革委共同印发 城镇污水提质增效三年行动方案（20192021 年），强调应建立以510 年为一个周期的排水管网检测评估制度，在此基础上对管网进行修复和改造，以减少污水外渗和外水入流入渗，提升污水处理厂进水浓度和污水处理量，最终实现城镇排水系统提质增效。基于上述背景，本工程对景德镇市某截污干管和主要支管进行 CCTV检测，并对管道内结构性和功能性损坏进行统计和评估。在此基础上，以城镇排水系统提质增效理念为导向，以污水处理厂进水浓度提高为目标，提出管道修复和后期养护方案，为其他城市排水系统提质增效工作背景下的管道检测和修复提供借鉴。1 工程概况本次检测截污干管和主要支管长约23 km，检测管段数为398 段，管径为 DN5001350，管材有钢管、HDPE管混凝土满包、HDPE管和钢筋混凝土管，该截污干管和主要支管下游接入污水处理厂。由于管道建成后缺乏日常运营维护，导致管道内污泥淤积、管道损坏较为严重，大量污水外渗，同时外水（地下水、地表水）也极易通过损坏的管道处渗入管道内，导致下游污水处理厂进水浓度过低，无法正常运行。2 管道检测2.1 CCTV检测流程CCTV检测流程主要包括前期准备工作、管道预处理、管道检测评估等。具体流程为2：收集资料现场勘察清洗疏堵排水CCTV检测系统检测并采集影像资料解译影像缺陷识别生成检测报告。操作过程应符合现行行业标准 CJJ 62009城镇排水管道维护安全技术规程要求。2.2 前期准备向排水主管部门收集待检测管道竣工图等资料，获取管道管位、管径、管材、埋深等信息。在此基础上进行现场踏勘，调研工程范围内地形、地貌、道路交通情况，并重点查明管道内水位、淤积情况，从而判断是否需要预先进行管道封堵或清洗。2.2 管道预处理2.2.1 管道封堵、降水判定管道水位是现场踏勘的重要工作之一。通常，管道内运行水位不高于设计水位为正常水位，否则为异常水位。在异常水位条件下，需要采用气囊塞入管道进行封堵，然后使用移动式污水泵进行抽水，降低管道内水位。封堵前，应先清理石块、淤泥等杂物。2.2.2 管道清洗措施管道内沉积物淤积厚度超过管径的30%，属于异常厚度，需要采用高压清洗车清洗管道，确保管道清洗后淤积深度不超第一作者：肖仲进（1990-），男，福建泉州人，硕士，工程师，主要研究方向为水环境综合整治、海绵城市、排水排涝、市政工程规划设计。基金项目：国家“十三五”重点研发计划资助项目 城市市政管网规划建设运行安全标准规范（项目编号：2016YFC0802400）。江西建材质量控制与检测602023年7 月过管径的5%。通常采用高压清洗或人工清理的方式从上游井口进入向下游井口移动反复清洗，在下游检查井或沉泥井辅以人工清理。2.3 检测过程疏通清洗完毕后将管道检测机器人放入管道内，使机器人的前进方向与水流方向一致。为了保证影像拍摄清晰，摄像镜头移动轨迹保持在管道中轴线上，且行进速度控制在0.10.15 m/s。在拍照时，停止行进并及时调整镜头角度和焦距以获得完整清晰的图像。摄影时，机器人必须停止，同时调整灯光强度，变动拍摄角度和焦距以获得最佳影像。每一段检测完成后，为了减小误差，需计算电缆计数测量仪的修正值，对测量仪进行修正，提高其精度。3 管道评估依据 CJJ 1812012城镇排水管道检测与评估技术规程，对管道的功能性和结构性缺陷进行判定和分类统计。检测结果表明，管道结构性缺陷为725 处，功能性缺陷为176 处，结果详见表1。结构性缺陷中，管道存在重大缺陷、结构已经发生或即将发生破坏的 IV级缺陷有5 处；结构在短期内较为严重可能会发生破坏的 III级缺陷有51 处；结构在短期内不会发生破坏、但具有变坏趋势的 II级缺陷有197 处；管道存在轻微缺陷、结构状况基本不受影响，但具有潜在变坏可能的I级缺陷有472 处。3.1 管道结构性状况评估对管道结构性缺陷进行统计分析，主要缺陷类型为变形、破裂和渗漏，以上三类缺陷类型累计所占缺陷比例为83.58%，结果如表2 所示。表2 管道结构性缺陷比例分析缺陷类型缺陷个数缺陷所占比例/%（AJ）支管暗接10.14（BX）变形638.69（CK）错口263.59（CR）异物穿入60.83（FS）腐蚀223.03（PL）破裂7510.34（QF）起伏182.48（SL）渗漏46864.55（TJ）脱节141.93（TL）接口材料脱落324.41 总和725100对不同管材的管道变形、破裂、渗漏缺陷数量进行统计发现，HDPE管变形结构性缺陷数量远远大于钢管、HDPE管混凝土满包、钢筋混凝土。这主要是因为：（1）早期 HDPE管质量参差不齐，劣质管材易产生变形；（2）HDPE对管道基础、管道回填、施工过程要求较高，施工处理不当易导致管道变形。而钢管、HDPE管混凝土满包、钢筋混凝土，强度高、抗渗性好、抗压能力强，因此不易变形。此外，HDPE管、钢筋混凝土管破裂结构性缺陷远远高于钢管和 HDPE管混凝土满包。HDPE管破裂原因与上述变形原因相似。钢筋混凝土管易产生破裂的原因主要是：（1）管道接口主要采用刚性接口，管道发生不均匀沉降时易导致管道破裂；（2）钢筋混凝土管道建设年限大多较为久远，管道自然或人为破坏（如树根侵入或其他工程野蛮施工挖破等）较为严重。渗漏缺陷性方面，钢筋混凝土管道渗漏缺陷数量要明显高于 HDPE管（见图1），这主要是因为 HDPE管具有良好的挠曲性能，可适应管道的不均匀沉降。由于钢管和 HDPE管混凝土满包多采用焊机、承插或热熔连接，管道接口密封性和抗渗性较强，因此，不易出现渗漏缺陷3。图1 不同管材的管道变形、破裂、渗漏缺陷统计表1 管道 CCTV检测结果项目缺陷类别I级/处II级/处III级/处IV级/处小计缺陷比例/%结构性缺陷（AJ）支管暗接100010.14（BX）变形382050638.69（CK）错口17900263.59（CR）异物穿入600060.83（FS）腐蚀16510223.03（PL）破裂4223557510.34（QF）起伏9810182.48（SL）渗漏25216650046864.55（TJ）脱节12110141.93（TL）接口材料脱落92300324.41 合计472197515725100功能性缺陷（CJ）沉积5125007643.18（CQ）残墙、坝根112152.84（FZ）浮渣000/00.00（JG）结垢6815008347.16（SG）树根400042.27（ZW）障碍物440084.55 合计1284521176100江西建材质量控制与检测612023年7 月对不同管径的管道变形、破裂、渗漏缺陷数量进行统计可知，如图2 所示，管道结构性缺陷数量随着管径的增大而逐渐增加，主要原因是随着管径的增大，管底径向应力也随之增大。加上随着污水管道从上游至下游敷设，管道管径逐渐增大，管道埋深也随之增大，管道逐渐埋设于地下水位以下，导致管道两侧的径向应力不断增大，增加了管道结构性缺陷发生的概率4。图2 不同管径结构性缺陷数量对管道变形、破裂和渗漏三类结构性缺陷及对应等级进行进一步分析，结果如图3 所示，以上三类结构性缺陷多以 I级、II级和III级为主，IV级所占比重较小。应及时修复IV级结构性缺陷，避免管道缺陷进一步变坏加重。图3 管道变形、破裂、渗漏缺陷趋势分析3.2 管道功能性状况评估对管道功能性缺陷进行统计分析，结果如表3 所示，最主要缺陷类型为沉积和结垢，占比高达 90.34%。主要原因是长期以来缺少对管道的维护，没有定期进行疏通，导致管道内沉积和结垢较严重。表3 管道结构性缺陷比例分析缺陷类型缺陷所占比例/%（CJ）沉积43.18（CQ）残墙、坝根2.84（FZ）浮渣0（JG）结垢47.16（SG）树根2.27（ZW）障碍物4.55总和100对不同管材、管径的管道沉积和结垢缺陷数量进行统计，结果如图4 和图5 所示，钢筋混凝土管沉积、结垢缺陷数量远远多于钢管和 HDPE管。主要由于钢筋混凝土管曼宁系数为0.0130.014，水利条件较差；HDPE管曼宁系数为0.0090.014，水利条件较好；钢管曼宁系数小于0.009，水利条件良好。同种管道情况下，随着管径的增大，管道内污水流速也随之减小，易导致管道沉积。图4 不同材料沉积、结垢缺陷数量图5 不同管径沉积、结垢缺陷数量4 管道修复及改造建议根据 CJJ 181-1812012城镇排水管道检测与评估技术规程的要求，对管段结构性和功能性状况修复和养护状况进行评估，分轻重缓急，提出实施性修复计划或预防性修复计划，最终，制定修复改造方案，并按规程进行管道修复验收5。4.1 管道结构性缺陷修复和措施根据管段修复指数RI进行分级，RI1的管道暂不处理；1RI4的管道近期暂不修复，但应制定修复计划；4RI7的管道，近期应对管网变形、破裂、渗漏缺陷进行修复，避免管道结构性缺陷进一步恶化；RI7 的管道近期重点修复，避免管网破坏及坍塌风险。其中对于渗漏类型的缺陷采用局部树脂固化；破裂类型的缺陷采用裂缝嵌补局部树脂固化；错口、脱节、接口材料脱落类型的缺陷采用不锈钢发泡筒法6-7；已发生塌陷的管道建议开挖重建进行修复。4.2 管道功能性缺陷修复和措施对于功能性缺陷，建议建立管网运营维护制度，定期对已建管道进行清淤疏通，恢复管道过水能力，并重点对功能性缺（下转第64 页）江西建材质量控制与检测642023年7 月5.2 桩侧阻力桩侧土层的侧阻力计算，应根据在各个荷载等级下的实时数据，结合式（2）展开计算分析，其中，TP-1-1 桩计算结果如图3 所示。qsi=（Qi-Qi+1）/（uli）（2）式中：qsi桩第 i断面与 i+1 断面间侧摩阻力（kPa）；Qi、Qi+1桩身第 i、i+1 断面处轴力（kN）；u桩身周长（m）；li第 i断面与第 i+1 断面之间的桩长（m）。5.3 桩端阻力以埋设于离桩端约0.80 m处（约1 倍桩径）的钢筋应力计显示数据，结合式（3）展开计算，TP-1-1 桩的实际测量结果如图3 所示。qp=Qn/A0 （3）式中，qp为桩的端阻力（kPa），Qn为桩端的轴力（kN），A0为桩端面积（m2）。图3 TP-1-1 桩各级加载下桩端阻力5.4 桩端阻力由埋设在离桩端1 倍桩径（约0.80 m）位置的钢筋应力计检测，按式（3）计算，TP-1-1 桩实测结果见图3。6 测试结论（1）编号为 TP-1-1、TP-1-2、TP-1-3 的3 根试验桩桩端持力层为砂土状强风化花岗岩。三根桩的 Q-S曲线都为陡降型，实测侧阻力极限值分别为27.84 kPa、20.29 kPa、48.00 kPa，远低于地勘报告参考值100 kPa。实测端阻力极限值分别为572.40 kPa、234.00 kPa、1060.40 kPa，同样远低于地勘报告参考值3 500 kPa。各方专家讨论一致认为：砂土状强风化花岗岩具浸泡软化、崩解、结构破坏使强度降低等特性，场地处于海边场地水位较高又伴随涨退潮5，选择砂土状强风化花岗岩作为持力层不妥当。（2）编号为 TP-2-1、TP-2-2、TP-2-3 的3 根试验桩桩端持力层为碎块状强风化花岗岩。三根桩的 Q-s曲线类型都不一致。实测侧阻力极限值分别为121.8 kPa、147.6 kPa、129.7 kPa，TP-2-1、TP-2-2、TP-2-3 这3 根桩实测侧阻力极限值与地勘报告参考值130 kPa较为接近。TP-2-1 加载至7 500 kN时，碎块状强风化花岗岩实测端阻力极限值能达5 987 kPa；TP-2-2加载至10 500 kN时，碎块状强风化花岗岩实测端阻力极限值能达7 616 kPa；TP-2-3 加载至10 500 kN时，碎块状强风化花岗岩实测端阻力极限值能达10 481 kPa，均高于地勘报告参考值5 500 kPa6。因此，建议设计单位选择碎块状强风化花岗岩作为持力层时提高安全系数使用。7 结语本文深入探讨了桩基静载试验与内力测试相结合的检测方法，揭示了其在提高检测精度、评估桩基承载力以及为工程设计和施工提供技术支持方面的重要作用。未来的研究可着重于数据采集和分析技术，加强传感器防护和位置标识，确保系统的稳定性和可靠性。同时，结合人工智能和大数据等新兴技术，实现自动化和智能化，进一步提升检测效率和准确性。本文通过实例分析和案例研究，为不同类型的桩基工程提供更加全面、可靠的技术支持，为工程实践和发展提供参考。参考文献 1 刘清泉.超长大吨位旋挖钻孔灌注桩静载试验分析J.福建建材，2021（2）：24-26.2 胡兴昊，王翔，兰金平，等.大直径钢管桩水平静载试验内力变形测试及分析J.海洋开发与管理，2021，38（8）：100-104.3 崔伟，李结全.砂岩厚填土区灌注桩成孔质量和承载特性试验研究J.安徽建筑，2022，29（8）：139-141.4 刘军科.珊瑚礁灰岩地层钻孔灌注桩桩侧摩阻力研究J.中外公路，2020，3（3）：10-15.5 张艳宁.刚果（金）牛巴水泥厂钻孔灌注桩静载试验施工技术 J.科学与财富，2020（18）：261.6 罗建彬.混凝土灌注桩抗拔静载试验应用研究J.江西建材，2020（1）：28-29.陷 III级和 IV级管段进行修复，如采用高压水射流清洗，人工清理残墙、坝根、树根和障碍物等。5 结语（1）根据管道 CCTV检测结果可知，案例管道结构性缺陷为725 处，主要缺陷类型为变形、破裂和渗漏；管道功能性缺陷为176 处，主要缺陷类型为变形、破裂和渗漏。（2）结构性缺陷方面，HDPE管变形缺陷数量远远大于钢管和钢筋混凝土管，HDPE管、钢筋混凝土管破裂结构性缺陷远远高于钢管，钢筋混凝土管道渗漏缺陷数量要明显高于 HDPE管和钢管。且随着管径的增大，管道变形、破裂和渗漏缺陷的数量也随之增大。（3）功能性缺陷方面，钢筋混凝土管沉积、结垢缺陷数量远远多于钢管和 HDPE管。且随着管径的增大，管道沉积、结垢缺陷的数量也随之增大。参考文献 1 秦捷.排水管道预防性修复工程的探讨J.市政技术，2020，38（3）：200-201，242.2 马艳，周骅，余凯华，等.排水管道（箱涵）检测及安全评估技术研究进展J.净水技术，2016，35（S1）：147-149，165.3 白萍，王峰.室外排水工程采用塑料管和钢筋混凝土管的比较J.给水排水，2004（6）：86-88.4 鞠海明.城市排污管道的受力变形特征研究D.西安：西安建筑科技大学，2012.5 吴坚慧.排水管道非开挖修复技术综述J.城市道桥与防洪，2012（8）：267-269，273.6 陈开向.市政排水管道局部破裂修复施工技术J.江西建材，2022（9）：277-278.7 陈起新.浅析污水管道 CIPP 非开挖修复技术J.江西建材，2022（9）：284-285.（上接第61 页）