玉洞大道八尺江大桥污水管道连通工程位于南宁市玉洞大道 (八尺江-八鲤工业园段) 的下游、玉洞大道Ⅱ标 (平乐大道至龙岗大道) 的上游, 项目建设的目的是为了有效解决邕宁片区, 尤其是邕宁新兴产业园区的污水排放问题。项目拟通过建设八尺江过江污水管道来转输邕宁流域污水, 最终排入五象污水处理厂进行处理。

　　 八尺江河宽60~100m, 深10~15m (规划为Ⅵ级双向通行航道, 船舶吨级100t) 。管道过江处河面开阔, 枯水期水面宽约60 m, 河床高程在55.08~61.51m。项目段设计最高通航水位72.72m, 最低通航水位65.65m。

　　 玉洞大道八尺江大桥污水管道连通工程, 主要连接玉洞大道跨八尺江两岸的污水管道, 项目位置示意见图1。考虑到河床地形过低、现状两岸污水井底标高的高程差太小 (起点污水井底标高63.53m, 终点污水井底设计标高64.0 m) , 采用倒虹管重力流方式容易因流速过小导致管道淤积废弃, 因此设计拟采用泵站+压力管方式连接两岸污水管, 通过2条DN1 000重力流钢管连接泵站与东岸上游玉洞大道现状污水井, 2条DN700压力流钢管连接泵站与西岸下游龙岗大道在建污水井。

　　 (1) 八尺江大桥污水管连通工程转输总流域面积为4 127.1hm², 管道设计标准为103m³/hm²·d。

　　 (2) 采用2条 (ZA、ZB) D1 020*16螺旋缝埋弧焊重力流钢管 (Q235B) 接入泵站, ZA管长102.9m, ZB管长107.1 m, 总长210 m;2条 (YA、YB) D720*13螺旋缝埋弧焊压力钢管 (Q235B) 接出泵站, YA管长992.47 m, YB管长985.35 m, 总长1 977.82m。

　　 压力钢管壁厚的设计:首先根据钢管内径、水泵动力水头, 及管材的允许应力, 按照式 (1) 计算钢管管壁的实际壁厚。然后进行管壁抗外压稳定校核, 满足维持稳定的最小厚度δ≥D/130, 保证管内出现负压时不会失稳。在满足钢管抗外压稳定的条件下, 再加上2mm锈蚀及磨损厚度 (构造厚度) , 得到钢管管道选用壁厚^[1]。

　　 式中δ———管壁壁厚, mm;

　　 D———钢管内径, m;

　　 H———设计水头, m;

　　 [σ]———钢管的允许应力, [σ]=0.55σ_s×75% (kg/cm²) , σ_s=2 400kg/cm²;

　　 Ф———接缝坚固系数, Ф取0.9。

　　 通过计算, 钢管实际壁厚8.13mm;加上2mm构造厚度, 选用壁厚13 mm;经管壁抗外压稳定校核, 大于管壁维持稳定的最小壁厚5.38 mm, 符合要求。

　　 (3) 项目设计转输污水流量12万m³/d, 根据片区规划情况, 分近期6万m³/d, 远期12万m³/d。污水设计规模近期2 500m³/h, 远期5 000m³/h, 采用2套一体化泵站并联, 分近远期实施。泵站为直径3.8m的圆筒体结构, 每套泵站内安装3台水泵 (Q=1 250m³/h, H=28m, P=110kW) 2用1备, 近期运营1套一体化泵站, 管道设计1用1备;远期2条管道同时工作, 需另外增设备用管道。

　　 一体化泵站使用GRP玻璃钢井筒整体缠绕成型, 并采用V型结构底座防止淤积。根据转输流量设计, 考虑运输限制要求, 设计泵站直径3.8 m;设计泵体高19.65m, 地埋深度较大。

　　 八尺江为Ⅵ级双向通行航道, 为确保管道安全, 且不影响河道防洪和通航, 在设计前就管道穿越河段的穿越方式, 设计单位与建设单位负责人多次到当地水利主管部门进行技术咨询。水利部门对管道穿越的要求是:排水管道在穿越八尺江时, 对穿越主河道设计应采用河床下敷设, 对穿越两岸河堤设计建议采用跨堤方式^[2]。

　　 (1) 自八尺江大桥东侧管道起点, 至一体化泵站处, 对DN1 000重力流钢管采用双排顶管施工方式。设计双排顶管中心间距L为4.6m, 核算满足顶管机扰动宽度≤两孔中心间距的理论要求;采用双排顶管前后同时顶进, 合理确定前后错位的纵向间距7.6m, 施工时要求控制好顶力及顶进轴线的位置。

　　 (2) 依据污水泵送过江方案和管线浅埋的设计, 考虑到八尺江东西两侧河床开阔, 施工设计确定对两侧河床处采用开槽施工法。

　　 (3) 管道过江处, 通过对围堰开槽施工、顶管施工和沉管施工3种方式的比选^[3], 综合考虑施工质量、施工效率及满足河道通航限制要求等因素, 确定管道过江段施工方式采用沉管施工法:2根D720*13压力钢管并排过江, 1备1用;钢管采用一次焊接成型, 在平潮时段采用吊船灌水下沉^[4]。

　　 (4) 管道穿防洪堤处, 根据《堤防工程设计规范》 (GB 50286—2013) 10.2中“穿堤的建筑物、构筑物的底部高程宜高于堤防设计洪水位”设计要求, 采用跨堤方式, 避免管道穿越对防洪堤渗透影响。

　　 (5) 泵站的施工:设计泵体高19.65 m, 通过逆作法井筒基坑施工开挖, 完成结构基础施工后, 采用吊装方式拼装两截GRP玻璃钢井筒泵体, 再回填。

　　 地质勘测资料表明, 八尺江污水管道连通工程拟建场地及管道沿线范围内及其附加无活动性断裂带通过, 场地平整开阔, 无滑坡、坍塌等不良地质, 稳定性较好, 场地内无液化土质;地质情况比较良好。

　　 排水管道自东向西经过东岸公曹路、八尺江河道、西岸防洪堤;管线位于八尺江大桥北面, 距八尺江大桥62.0m处^[5]。穿越八尺江时, 在两河堤之间采用直线、水下敷设方式;在穿越两岸河堤时, 为避免岸边部分堤坡被水流冲刷而造成堤坡边坍塌、管道处被掏空、机械破坏和覆土流失等事故发生, 采取上穿东岸公曹路和上跨西岸防洪堤方式 (见图2、图3) 。

　　 八尺江东岸堤防尚处规划期;西岸堤防已建, 按50年一遇洪水 (洪水位76.92m) 设计, 防洪堤顶高78.65m。管线上穿东岸公曹路时埋深1.5m;跨越西岸堤段采用明敷方式爬堤而过, 管底标高为78.95m, 即高于防洪堤顶0.3m。

　　 穿八尺江的压力管道为D720*13螺旋缝埋弧焊钢管, 考虑到输送污水的加强防腐要求, 管道外防腐采用磷化底漆加五道环氧沥青漆, 再加5 mm沥青水泥膏保护层;内防腐采用磷化底漆加二道环氧沥青漆;阴极保护采用外加电源阴极保护。

　　 拟设管道工程场地地震设防烈度为7度, 抗震措施按照《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》 (GB 50032—2003) 的要求, 应符合: (1) 10.3.1条:材质应具有较好的延性, 穿越铁路或其他主要交通干线以及位于地基土为液化土地段的管道, 宜采用焊接钢管; (2) 10.3.1条管网上的阀门均应设置阀门井。

　　 本工程设计压力钢管, 材质为Q235B碳素钢, 具有优良的延性材料;管段采用连续焊接方式, 场内无液化土;并在管网上提升泵站前设置重力流阀门井一处, 泵站后设置压力管阀门井一处, 以满足抗震设计规范的要求。

　　 跨堤段的排水管道为D720*13螺旋缝埋弧焊钢管, 考虑到堤顶道路交通的荷载, 为保证排水管道的安全, 对管道跨堤段 (包括堤顶、堤坡面, 及两坡面连接处) 采用钢筋混凝土U型槽结构设计, 管道在跨堤时埋于钢筋混凝土U型槽内, 通过隔离方式减少震动对堤防造成影响, 也避免排水对堤坡的冲刷。

　　 堤顶U型槽底部钢砼厚200 mm, 侧壁厚400mm, 考虑顶部行车要求, 预制钢砼过堤盖板, 厚300mm。钢管下面铺设100mm厚砂石基础, 管道顶部至U型槽顶板底预留100mm, 管道至U型槽侧壁预留200mm。堤顶U型槽管沟两端设置截流环, 堵塞水管外壁与管沟之间的空隙, 详见图4。

　　 堤坡U型槽底部敷设100 mm C15混凝土垫层, 底面钢砼厚200 mm, 侧壁厚200 mm。U型槽内下部回填砂石基础, 上部回填土, 堤坡表面回填土恢复草皮护坡以防土体流失, 详见图5。

　　 管道在防洪堤两侧采用跨越方式明敷, 开挖敷设施工程序:施工测量→沟槽开挖→基础混凝土施工→吊放管道→管道周围混凝土包裹→恢复大堤面层。

　　 跨堤施工的质量直接关系到堤防安全, 因此施工时尤其要注意:选择物理力学性能指标符合要求的堤身回填土。回填前, 要清除基面的积水、淤泥和有机杂物。为保证填筑质量, 土方回填在雨天停止施工。做好新旧堤身的结合面处理, 减少施工接缝;垂直堤轴线方向的接缝以斜面相接, 纵向接缝采用平台和斜坡相间形式;结合面的新老土料, 应严格控制物理学性能指标, 并加强压实控制, 确保新旧堤身结合密实。U型槽周边的土方回填, 宜在混凝土强度达到设计强度50%~70%的情况下进行, U型槽两侧回填土 (或砂质土) 的压实度应不小于0.94, 保持均衡上升。待包裹管道的混凝土强度达到要求后, 及时恢复大堤面层, 保证大堤交通通行能力。

　　 对临河面堤坡, 在管道跨堤处上下游各30m范围内进行护坡保护, 护坡总长度为60m。护坡采用浆砌块石, 块石与管道间为黏土层, 护坡顶高与加高后的河堤堤顶平齐。块石护坡四周布置绿化防护带, 宽度为10m。

　　 管道跨越的东岸公曹路为现状道路, 路面平坦, 管道工程施工后恢复原沥青路面;跨越西岸堤防的恢复按照上述防洪堤断面结构层做法。管道工程施工后, 堤顶局部隆起约1.42m, 为满足堤防交通要求, 以7.89%的坡度分别向上下游堤顶延续至与原路面顺接。堤顶宽度按八尺江规划标准, 西岸为二级堤防, 堤顶保持8.0 m的宽度, 路面净宽为6.0m。

　　 穿越河道是市政给水排水管线设计中经常遇到的情况, 其困难之处在于需要因地制宜地分析江河水文、地质情况, 并综合考虑防洪、通航及城市景观的要求, 确定适合的设计和施工方案。解决方式需要及时与桥梁设计单位、河道管理部门、管线主管单位以及城市景观管理等多方进行沟通协调, 设计方案需在确保工程总体安全和满足管线日常维护要求的前提下, 做到不影响河道通航、河堤防洪, 并尽量节省工程投资。

　　 本文通过八尺江过河管道的工程实例, 提出过河管道的设计, 并结合实地情况确定开槽、顶管、沉管的分段施工方式, 及跨堤建设的设计和施工方案, 解决了管道跨堤转输污水的问题, 可为同类项目提供参考借鉴。