顶进施工法用钢筋混凝土排水管适用工程条件计算分析.pdf
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1、2 0 1 0年第 2期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 0 N0 2 Ap r i l 顶进施工法用钢筋混凝土排水管 适用工程条件计算分析 许广 存 , 王贯 明 , 沈 丽华 , 崔 宁 ( 1 北京市市政工程研究院, 1 0 0 0 3 7 ; 2 苏州混凝土水泥制品研究院, 2 1 5 0 0 4 ) 摘要 : J C ff6 4 0 顶 进施 工法用钢筋混凝土排水管 标准修订稿 已完成并报批 。 本文对修订稿编制说明 中提 出的管计算覆土高 H作 了计算分 析 ; 对管材 的适用 工程条件进行
2、了试算 , 提出 了在特定条 件下各级管适用管顶 覆土 的参 考数值 ; 对 如何根据 工程条 件选用管材提供 了算例 ; 阐述 了根据工程条件确定管截面配筋的计算方法。 关键词 : 顶进施工法用钢筋混凝土排水 管; 计算覆 土高 H; 折算覆土高 H ; 允许实际覆 土高 H 中图分类号 : T U 5 2 5 文献标 识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 0) 0 2 2 7 0 5 O 前 言 J C T 6 4 0 顶进施 工法 用钢 筋混凝 土 排水 管 标 准 修订稿 , 已于 2 0 0 9年 3月底 由全 国水泥制 品标 委会审 议通过 。
3、由于近年来管道敷设采用顶进施工法越 来越 多 , 所以该标 准的修 订工作也备受关注 。 考虑到该标准 实施已经十多年 ,管材生产技术与施工技术都有 了很 大进步 ,标 准修订稿对原标准条文做 了不 少修改 和补 充 。本文仅对各级管 的计算条件及工程适用 条件 作说 明及讨论 。 内容涉及各级管截面配筋设计 、 管适用工程 条件 、 管外 压检验荷载的调整等 。 本 文 目的是使管材生 产企业对此有个基本了解 , 以利标准的贯彻实施 。 考虑 到顶进施 工用管及 开槽 施工用 管一般都是 同 一 企业 生 产 , 故 J C 厂 I 6 4 0标 准修 订与 G B T l 1 8 3 6
4、混 凝土和钢筋混凝土排水管标准第二次修订工作 同步 进行 , 并邀请 业 内专家 、 生产企业的技术管理人员 参加 了修订工作。 两个标 准在 同一工作 会议进 行研讨 , 突出 两个标准之不同点 , 但 内容 、 条文写法能够统一 的尽 量 统一。无疑 , 这样做 的效果 , 会使 标准更能反映我 国管 材生产现状 , 对企业 生产管 理 、 对 标准的贯彻实施都有 好处 。 J C T 6 4 0标准修订稿 ,涉及管结构方 面改动 比较 大的是 : ( 1 ) J C 厂 r 640各级管外 压检验荷载 与 G B T 1 1 8 3 6 标准取统一数值 。 因为是本标准向 G B 厂 r
5、 1 1 8 3 6 靠拢 , 就 涉及到 J C 厂 r 6 4 0标准 管 的设计 条件 的改变 和适 用工 程覆土条件 的调整 。 ( 2 ) J C 厂 r 640标准规定管 壁厚度 , 取与 G B T 1 1 8 3 6 标准 、 级管一致 。 涉及 直径 0 2 4 0 0 0 3 0 0 0 m m 四个 规格最小管壁厚 比原标准规定数值 降低 ,因为规定 的 是最小壁厚 ,所以不影响按原标准 的管 壁厚生产管材 对标准的适用性 。 ( 3 )增加 了四个 管规 格 ,最 大 规格 放大 到直 径 3 5 0 0 mm 。 1 标准管计算条件 J C r 6 4 0标准制定 始
6、 自 1 9 9 2年 , 当时确定 的各 级 管基本 计算 条件如表 1 。 表 1 原标准管基本计算条件 管 顶垂 直土 压力按 土柱 公式计 算 ,荷 载 系数 n = 1 0 。即垂 直土压力 G v = 1 O x H D 。表中的 3 m、 6 m、 9 m 覆土是标 准管 的截面 配筋设 计条件 ,也是制定管外 压 检验荷载 的依据 , 但并非 管道设计允 许实际覆土高 。 在 原 标准 编制 说 明里 给出 了各级 管允 许 实际 覆土 高 表 格 。 该表是 依据 当时执行的 G B J 6 9 8 4 给水排水工程 结构设计规范 , 采用原苏联卸荷拱 公式计算管顶竖 向 压
7、力 , 再经核算给 出的实 际覆 土高 H 。如今 , 情况 已经 发生变化 , G B J 6 9 8 4标 准 已经废 止 , 代之 的是新 的设 计规范和设计规程 。计算管顶竖 向压力的公式也 已改 用美 国的太沙基公式 。 J C 1 r 640标 准修 订 后 ,管 外压 检 验荷 载 数 据 与 G B T 1 1 8 3 6 标 准作统一规定 。表 2给出了管外压荷 载 调整前后 的数值 。 由表 2可看到 ,对 02 4 0 0 03 0 0 0 mm 四个 规格管 壁厚规定 的调整 。 这是考虑两个标准 的管规格 、 壁厚 的 统一 , 便于企业生产管理 、 减少设备投 资。
8、新增 01 4 0 0 m m、 O 1 6 0 0 mm规格 , 是考 虑到这两 个规格管 也在大量 一 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 7 2期 表 2 J C 厂 I 6 4 0标准修订稿管外压检验荷载 公称 壁厚 内径t Do ram mm 裂缝荷载 ( k N m) I 级管 级 管 级管 原标 修订 原标 修订 原标 修订 准 稿 准 稿 准 稿 注 : 管壁厚栏 () 内数字为原标准规定值 。破坏荷载 的规定 , 修 订稿与原标准计算方法一致 , 均为 1 5倍裂缝荷载 , 本表数字省略
9、。 使用 ,纳入标准便于管理 ;新增 3 2 0 0 m m、 0 3 5 0 0 m m 规格 , 是 因已有企业 生产 0 3 5 0 0 m m规格管并在顶进法 施工管道中应用。 在管外压检验荷 载方面 , I 级各规格 管外压荷载 比原标 准都有所降低 。 级管直径 2 4 0 0 - 0 3 0 0 0 m m管荷载有所降低 ,小于 0 2 4 0 0 m m规格管外 压荷载基本没什么变化 。 级管荷 载普遍有所降低 , 这 是 因为 G B T 1 1 8 3 6标准修 订时对管外压荷载进 行了调 整 , 但管截面配筋设计条件并不改变。 管外压荷载与 G B T 1 1 8 3 6
10、 标准取统一数据 , 也意 味着 J C f I 6 4 0标准管设 计条件 也要与 G B , I 1 1 1 8 3 6标 准统一 。则 各级管基本计算条件调整如表 3 。 表 3 各级管基本计 算条件 给出的各级管计算条件,只作为管截面配筋设计 的依据 。顶进施工 法用管 , 规范规定基础是 1 3 5 。 不超 挖 , 设计计算取 1 2 0 。 。为顶进施工管道设计方便 , 还必 须将上 述计算 条件 核算 为按 1 2 0 。 土弧基 础计算 时 的 一 28一 管顶覆土高 , 本文称“ 计算覆 土高 H” 。 2 各级管“ 计算 覆土高 H ” 核算 为管道设计方便 ,需要根据各
11、级管 的计算条件核 算 出“ 计算覆 土高 H” 值 ( 即将标 准管设计条 件核算为 相 当于采用 1 2 0 。 土弧基础计算 时的管顶覆土高度 H) 。 在 J C 1 r 6 4 0 修 订稿编制说 明中给出 了管子 的“ 计算覆 土 高 H” : I 级管为 2 3 m、 、 级管为 6 、 9 N 1 。 对 于不 同规 格管 , 相应 的计算覆 土高 ( 以 H _ 表示 ) 略有不同 , 给出的 “ 计算覆土高 H ”是 一个基本 能涵盖各规格 H j 的综 合值 。所 以 , “ 计算覆 土高 H ”并不 等 同于 G B T 1 1 8 3 6 各级管 的计算 条件 。在计
12、算管 截面配筋时应采 用表 3规定的计算条件 ; 在进行管道工程设计 时 , 应 以 “ 计算覆土高 H” 为依据确定选用的管子级别 。 “ 计算 覆土高 H”实际是管子承载能力 的设计指 标 。 不是顶进施工允许实际覆土高 H 。 在同一覆土 H 条件下 ,顶进施工 管道管顶竖 向压力一般低于开槽管 的竖 向压力 。 在工程设计 中, 应按现行 C E C S 1 4 3 : 2 0 0 2 给水排水 工程埋地 预制混凝 土圆管管道结 构设计规 程 给定公式计算管顶竖向压力 F , 然后将其折算 为按土柱公式计算管顶土压力 时的覆 土高 ( 本文称折 算覆土 高 H ) 。将 折算覆土 高
13、值 与标准管 “ 计算 覆 土高 H” 对 照 , 即可确定所需管级别。 核算 管“ 计算覆 土高 H” , 是以各级 管的截 面内层 配筋面积为基准的。 对某规格管核算时 , 给定一个管顶 覆土 高 , 计 算各项荷载 、 弯矩 , 系数按 1 2 0 。 土 弧基础取 值 , 再计算 截面内层配筋面积 , 当计算值与对应 的标准 管配筋面积相当时 ,则设定 的覆土高即为该规格管的 计算覆土高 H _ 。 将各规格 管的 H _ 值作综合分析 , 然后 确定该级别管的“ 计算覆土高 H” 。 计算过程, 对作用于 管体的荷载 计算 、内力组合及截面配筋计算 公式参 见 本文 5 所述 。 对
14、各级 管的“ 计算覆土高 H” 核算后得知 , 、级管沿 用 H = 6 m或 9 m仍 为可行 ,而 I 级管 的 “ 计算覆 土高 H” 变 动较大 , 应调整 为 2 3 m。计算覆 土 高误差在 0 1 m之 内。 I 级管计算结果见表 4 。 考虑大直径管顶进施工采用 I 级管很少 ,表 4仅 列 出直 径小于1 8 0 0 mm管的核算数 值 。分析表 内数 据 , H _ 值多在 2 2 2 4之间 , 决定取 H= 2 3 m。 表 4 还 列出 了以 H= 2 3 m计算得 出的管截 面配 筋 面积作为核 对。分析表 内数字表明 , 当以 H= 2 3 m计算 管截 面配筋
15、, 与 I 级管配筋 比较 , 最小 直径管数值偏 差 为 3 3 , 01 8 0 0 m m管偏差为 2 3 。 差值较小 , 取值 可 行 。 3 各级管适用工程实际覆土高 H s核算 ( 1 ) 在土质较差的情 况下 , 实际覆 土高等于计算 覆 土高 在土质 较差情 况下 , 如 回填土 、 松散 砂质土等 , 管 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 许广存 , 王贯明, 沈丽华 , 等 顶进施工法钢筋混凝土排水管适用工程条件计算分析 表 4 J C T 6 4 0标准 I 级 管“ 计算 覆土高 H” 核算 表 5 J C T 6 4 0标准管在特定条件
16、 下计算 允许最 高覆 土 注 : I级管截面配筋面积计算时 , 混凝土设计强度按 C 4 0取值 。 顶竖 向压力如 同开槽施工 管一样 , 以土柱公式计算 , 此 时,各级管 的计算覆土高就应认定 为实际允许覆土高 H。 。 ( 2 ) 在特定条件下的允许实际覆土高核算 在一般情况下 ,应按规范给定公式计 算管顶竖 向 压力 , 通过折算覆土高 H 确定选用管材 级别。规范给 出的管 顶竖 向压 力计算 公 式 中有 和 土质 有关 的系数 k 和 P 值 , 因此, 给出各级别管通用的允许实际覆土 高H 是困难的, 只能在假定的条件下核算。 参考规 范说 明, 在无 地质资料 时 k j
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