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薛文家关于市政排水塑料管施工图设计应注意的几个问题

文章来源:海西给排水 发布时间:2012-03-26 08:35:47 阅读次数:6894 次 [关闭]

 莆田市施工图审查中心――351100   薛文家

  要:塑料排水管具有自重小、耐腐蚀、高强度、水力条件好,使用寿命长等优点,应用广泛。但在应用中也存在一些问题。施工图审查,探讨了塑料排水管在设计审查中的一个要点,主要包括环刚度计算与选用、变形校核、必要的抗浮稳定计算、与检查井的连接、沟槽回填等,可供工程设计、审查参考。

关键词:塑料排水管;环刚度;变形校核;抗浮稳定计算;检查井;沟槽回填

随着我国国民经济快速持续发展,莆田市政工程建设的规模也在日益扩大。排水系统是城市的重要基础设施,对保障城市的正常运转及城市安全具有重要作用。排水管的管材是排水系统的重要组成部分,其性能的优劣对排水系统的可靠性及安全性将产生直接影响,传统的混凝土管和钢筋混凝土管由于本身存在一些弱点,已适应不了城市的发展需要。因此,近些年来出现了许许多多的塑料排水管材。此管材因为质量小(自重小),耐腐蚀、高强度、管内壁水力条件好,施工方便,使用寿命长等优点。故在市政排水工程中已得到了比较广泛的应用。笔者就市政排水塑料管在施工图设计时应注意的几个问题进行探讨。

1 水力计算

在市政排水工程中选用排水塑料时,应首先按下式对管道进行水力计算。

    

式中:

V:流速,最大设计流速应≤5m/s,污水管在设计充满度下的最小设计流速应≥0.6m/s,雨水管道或合流管道满流时的最小设计流速应≥0.75m/s

N:管壁粗糙系数,一般可取0.010.011

R:水力半径(m);

I:水力坡降;

Q:流量(m3/s);

A:水流有效断面积(m2

2 管道强度计算(环刚度计算)

按柔性管的理论,市政排水塑料管、土共同工作来承受压力。管道两侧土体(中砂、粗砂、碎石屑、最大半径小于40mm级配砂砾)承受了大部分荷载(均需最佳密实度95%),柔性管只承受一小部分。管道在外压荷载作用下,管壁截面环向弯曲接应力应小于管材的允许弯曲抗拉度;对于重力流管道关于计算壁截面环向弯曲拉应力,可按下列公式进行了计算:

式中:

△:环向弯曲拉应力(MPa);

M:管壁截面上的弯矩(N?mm);

r:管材的计算半径(管壁截面中性的半径)(mm);

W:单位管处理管壁截面系数(mm3/mm);

K1:管道在坚向土压力作用下的弯曲系数;

K2:管道汽车轮压荷载作用下的弯矩系数;

P1:作用在管道上的竖向土压力(N/m m2);

P2;地面荷载作在管道上的竖向压力(N/mm2)。

一般各种规格的管道厂家都已经进行强度计算和试验实测。对特殊地质(淤泥软弱地基)且覆土大于5m时,应根据管顶覆土厚度、地面荷载等级、路面结构情况、回填地质、密实度和管侧土综合变形模量等进行验算设计选用管材的环刚 度大小。

3 道路竖向变形校核计算

一般埋地柔性管竖向变形校核计算,一般可采用CECS1222001,第5.3.2条:管道在组合荷载作用下管径变形,可按下列公式计算:

       

式中:

Y:管道在组合荷载作用下管径竖向的直径变形量(mm)。

DL:变形滞后系数,可按管道胸膛回填土压实的密实程度取1.21.5

K:基础垫层系数,与管道基础设置的支承角有关,可取0.1

Wo:管顶沿纵向单位长度的压力,根据管顶覆土深度及地面荷载确定,WoWcFcWoWcFs,取其较大值(kN/m);

r:管材的计算半径(mm);

E:管材的弹性模量(kN/mm2),可取kN/mm2

I:管壁截面上单位管长度的惯性矩(mm4/mm)。

Ed:管侧土综合变形模量(kN/mm2),Ed可按附录F中有关规定确定。埋地柔性排水管道在组合荷载作用下,管径竖向的直径变形率应小于管道的允许直径变形率。埋地管道最大允许直径变形应≤5%

据了解,国内厂家一般是通过砂箱试验来确定产品最大允许直径变形是否超过5%。由于实际工程中,管道埋设环境比砂箱试验条件复杂得多。根据现场实测资料,对一般地质条件下,管道的直径变形率与砂箱试验结果是相符合的。但对于特殊地质(淤泥等软土地基)且管道覆土大于5m时,应根据埋设管道所处位置的相关地质钻探资料对管道变形校核计算。

4 管道的抗浮稳定验算

对埋设在地表水或地下水位以下的线埋塑料排水管道,应根据设计条件验计算,管道结构的抗源稳定,验算时各项作用均取标准值CECS1642004,第5.6.1条)埋地塑料排水管的抗浮稳定验算应按下式进行:

    FGKKfFfw0k

    FGKrs•HsIrs•Hs2.Ffw•krw•z

式中:

FGK:各项抗浮永久作用标准值之和(kN/m2);

Ffw•k:浮托力标准值(kN/ m2);

KF:管道的抗浮稳定性抗浮安全系数(1.11.5)其取值目前尚无统一规定;

rf:管顶回填土的重力密度(18kN/m3);即1.8t/m3,但在抗浮验算时应取(16kN/ m3);

rw:水和重力密度(一般取10kN/m3);

HS2:地下水位以上复土层的厚度(m);

HS2:顶至地下水位标高复土层厚度(m);

Z:可能出现的最高地面地下水位标高至管底的高度(m)。

5 管道基础处理

市政柔性排水管道须应采用土弧基础,对一般土质,应在管底以下原状土地基或经回填夯实的地基上铺设一层100mm200mm的中粗砂基础层;当地基土质较差时,可采用铺垫厚度不小于200mm的砂砾基础层(碎石灌砂垫层基础),也可分二层铺设,下层用粒径5mm32mm的碎石,厚度控制在150mm,上铺设粗砂,厚度应≥50mm。对软土地基(遇到淤泥、冲填土质其他高压缩性土层构成的软弱地基),当地基承载力小于设计要求后由于施工降水的原因,地基原状土被扰动而影响地基承载力时,必须先对地基进行加固处理(如抛石挤淤、打桩等措施),在达到规定的地基承载能力后,再铺设中粗砂基础层。以上管道基础垫层密实度均应符合GB502682008,第4.6.34条的沟槽回填土密实度的要求。

在柔性管道管底支承角范围内的腋角部位,必须采用中粗砂回填密实。回填范围不得小于支承角2α+300为准回填密实度应≥95%

6 埋地塑料排水管道与检查井的连接

    根据GB500142006,第4.4.10条要求:检查中与管渠接口处,应采取防止不均匀沉降的措施,也就是要求管道与检查中的连接应采用柔性接口,可详06M50212/56(图五),其管道与检查中连接采用橡胶密封圈柔性连接的做法:混凝土圈梁应在管道安装前预制好,圈渠的内径按相应管径的承插口管材的承口内径尺寸确定。砼圈梁的强度应≥C20,最小壁厚应≥100mm,长度应≥240mm。在软土(淤泥、淤泥质土等软弱土层)地基或不均匀地层上的柔性连接的塑料管道与检查井的连接方式。连接处先用不少于2节短管柔性连接,每节管段长600mm800mm,过度段总长可取1500mm2000mm。然后再与整根的长的管道连接,使检查井与管道的沉降差进行平缓过渡,减少管道与检查井的不均匀沉降。柔性连接可采用承插式、套筒式等橡胶密封圈接口。

7 柔性管道沟槽回填

    市政排水塑料管是靠管、图共同工作来承受荷载,沟槽回填材料及其压实度对管道的变形与承载能力至关重要。回填土的变形模量大,压实度度高,管道的变形就小,承载能力就大。故在施工图审查中,一是注意塑料管的产品质量问题;二是设计单位是否按相关规范和技术规程要求设计。为了防止管道变形,首先设计单位应严格按照相关规范与规程进行设计,对沟槽回填材料、回填压实度可按现行的GB502682088,第4.6.34条的规定执行。设计说明应突出交代:沟槽回填时,从管底基础至管顶以上500mm范围内,必须采用人工回填,严禁采用机械推土回填;管顶500mm以上沟槽采用机械回填是应从管轴线两侧同时均匀进行,且夯实、碾压。

8 心得体会

1)设计时,对所选用的塑料排水管产品,应符合国家现行有关产品的标准规定;设计使用年限应≥50年。如遇软土地基且管道埋深大于5m时,应对选用的管道强度和允许变形率进行重新校核计算。

2)对埋设在地表水或地下水位以下的浅埋塑料排水管道设计时还应对管道进行抗浮稳定计算。

3)设计人员应认真详阅地质钻探资料,对处于软弱地基的管段,应对地基进行加固处理设计;在达到规定的地基承载能力后,在按要求铺设中粗砂基础层,且基础层的压实度也应≥90%,同时,还应对管道与检查井采取多节管段过度法连接,以防止管道与检查井接口处因沉降而产生的渗漏。

4)设计单位应严格按照相关规范、规程对回填的材料及回填密实要求进行沟槽回填设计,可按现行的GB502682008的规定执行。


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