超大口径钢筋混凝土管的设计制造研究.pdf
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1、2 0 1 6年第 1 期 水利规划与设计 设计 施工 DOI :1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 1 0 3 2 超大 口径钢筋混凝土管的设计制造研 究 孙 钰 ( 辽宁省水利厅 ,辽宁 阜新 1 2 3 1 1 4 ) 摘要 :开槽施工方法用钢 筋混凝土管和 顶进施 工法用钢 筋混凝土 管是 市政 工程 中运 用比较广泛 的一 类混凝 土管 材 ,主要应 用于城市的排 水管网。但 随着市政输 水工程的不断发展 ,赋予 了大 口径钢筋混凝 土管新 的 内涵 ,不仅 仅作为 市政排水管道使用 ,还 作为大型压 力管输水工程的过路顶管
2、和套管使用 ,内穿压力钢 管,并且 口径 已经超 出现行 国家标准所规定的 口径范围。对超大 口径钢 筋混凝 土管的设计生产制造的研究 ,已经成为迫切 需要 解决的 问题 。 关键词 :超 大口径钢筋混凝土管 ;设计 ;生产制造 中图分类号 :T V 6 7 5 2 文献标识码 :B 文章编号 :1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 9 8 0 3 1 工程概 况 2 钢筋混凝土管的设计 辽 宁省 重点输 水工 程是 辽宁省 实施 的国 家级 重 点工程 ,承诺 打 造 百 年 工 程 ,管 道 要 安 全 运 行 百 年,这对管线的运行 质量提 出 了很高
3、的要求。因 此 ,需 对 可 能 影 响 管 线 寿 命 的各 环 节 进 行 对 比分 析 ,穿越公路、铁路的钢管段成为影响管线整体寿 命的薄弱环节。由于管线穿越 公路 、铁路 时不 能 采用 沟 槽 开 挖 施 工 ,只 能 顶 进 施 工 ,钢 管 无 法 进 行外包混凝土保护 ;如直接使用钢管顶 进 ,则 钢 管外防腐层会在顶进过程 中出现破损 ,影 响使 用 寿命 ;如 靠增 加 钢 管厚 度来 延 长 管道 的运 行 寿命 , 又 极不 经 济 ,且 对 于 大 口径 的输 水 管 线 来 说 ,增 加 钢 管厚 度 并 不 能 有 效 解 决 管 线 的外 部 荷 载 承 压 问
4、题 。 经多方论证 ,决定使用顶进施工法 ,用钢筋混 凝 土管作 为钢 管 的外 套管 ,承 受该 施工 段 的管 线外 部荷载 ,套管口径较穿越 的钢管 口径大约 6 0 0 m m, 钢管在进行穿越安装过程 中其外防腐保护层不会受 到损坏 ,套管 与钢管之间 间隙可灌注 泥浆进行保 护,即使钢管的使用寿命不能满足百年要求,对该 段 钢管 进行 更换也 比较 容易 实现 。 穿 越公 路顶进 施工 用钢 筋混凝 土套 管 口径 包 括 4 4 0 0 ra m 和 4 0 0 0 m m 两 种 ,均 已超 出 国 家标 准 规 定 的 3 5 0 0 mm的范围 ,因此需根据其使用要求重新
5、进 行管 型设计 与制造 ,并 采取 有效 的方 法验 证产 品性 能 的可靠性 。 98 2 1采用 的设计 标准 对超出国家标准规定范围的钢筋混凝土管进行 结构设计 ,首先要选择合适的设计规范 ,能够对所 需管 材 的各 项性 能指标 进行 全面 的分 析计 算 。国家 标准 给水 排水 工程管 道结 构设计 规范 ( G B 5 0 3 3 2 2 0 0 2 ) 和中国工程建设标准化协会标准 给水排水 工程埋地 预制混凝 土 圆形管 管道结 构设计 规程 ( C E C S 1 4 3 :2 0 0 2 ) 是 我 国 钢 筋混 凝 土 排 水 管 普 遍 采 用 的设 计规 范 。
6、2 2 钢 筋混凝 土管 的主 要设计 要求 ( 1 ) 管 材 施 工 方 法 包 括 顶进 施 工 法 ( D R C P ) 和 开槽 施 工 ( R C P ) 方 法两种 。 ( 2 ) 根据 管道施 工 要 求 和产 品标 准 ,顶 进 昆 凝 土设计 强度 等级不 低于 C 5 0 。 ( 3 ) 合理选择壁厚 ,通常选用 1 1 0 D i ,对于大 口径顶管壁厚可适当调整 ,同一工程项 目、同一管 径 顶管 壁厚 应能满 足不 同覆 土深度 。 ( 4 ) D R C P R C P接 口型式和尺寸公差应符合产 品标准和招标文件要求。 2 3 钢筋混凝土管的设计条件 ( 1
7、) 管道基本设计参数 :D R C P R C P管道设计 内径D i=4 0 0 0 、4 4 0 0 mm;管 壁 厚 度 h = 3 8 0 、 收 稿 日期 :2 0 1 5 1 2 0 8 作者简介 :孙钰 ( 1 9 7 6年一 ) ,男 ,高级工程师 。 设 计 施工 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 1 期 4 0 0 m m;保护层净厚度 C s=2 0 m m;单节管有效长 度为 L o=3 0 m;管道 覆土设 计取 H s=4 、6 、8 、 1 4、 1 6 m 。 ( 2 ) 管基 中心 角 :顶 管施工 采用 1 3 5 。 土弧 基 础 ;设计采用 1 2
8、0 。 土弧基础 ;开槽施工采用 9 0 。 土 弧 基础 。 ( 3 ) 管顶 土层 :土层 重度 设计 取 1 9 2 9 k g m , 地 下水 位 以下取 有效 重 度 。 ( 4 ) 管 内水 重 :本 工 程 施 工 所 用 的钢 筋 混 凝 土管作为套 管使用 ,管 内不直接通水 ,但设 计 时 按管 内满 水 和 空 管期 间分 别 计 算。水 的 重度 取 1 0k Nm 。 ( 5 ) 活 荷载 :采用 J T G B 0 1公 路 I级 汽车荷 载 ,与附加荷载不同时作用 ,取其较大值。 ( 6 ) 附加荷载 :取 1 0 k N m 。 ( 7 ) 地下水位 ;地下水
9、位按管顶高程计算 ,即 Z w =Hs 。 2 4 钢 筋混 凝土 管主 要材 料指 标 ( 1 ) 主筋选 用牌 号 C R B 5 5 0冷轧带肋钢筋 ,其 性能指标满足 G B 1 3 7 8 8 - 2 0 0 8 ( 冷轧带肋钢筋 。 ( 2 ) 纵筋 和 断 面 构 造 箍 筋 选 用 牌 号 为 H R B 4 0 0 热轧 带 肋 钢 筋 ,其 性 能 指 标 满 足 G B 1 4 9 9 2 2 0 0 7 钢筋混凝土用钢 第 2部分 :热 轧带肋 钢筋 。主 筋搭接接头最小搭接长度不小于 3 0 d 。 2 5 设计 中出现 的 问题 与解 决方 案 依据设计标准对所需
10、的钢筋混凝土管和顶进施 工法用的钢筋混凝土管进行结构设计 。在设计过程 中出现两个需要解决的问题 :一是钢筋混凝土管钢 筋骨架的纵筋数量问题 ,国内现有的大 口径钢筋混 凝土管钢筋骨架生产设 备设置纵筋数量 最多为 6 0 条 ,标 准对 纵 筋 间距 是 有构 造 要 求 ,D N 4 4 0 0和 D N 4 0 0 0管材的纵筋数量分别 为 8 1条和 7 4条 ,结 构筋对管材 的物理性 能应不会产 生不利 影 响。对 此 ,钢筋骨架焊制成 型后 ,对超 出 6 0条 纵筋部分 采取二次均布 的方式进行配置 ,同一规格 的管材试 制生产了两种不同数量纵筋骨架 ,并对生产 的管材 进行
11、了相 关物 理 性能 的试 验 ,试 验结 果 显示 ,两 种 管材 的荷 载性 能基 本相 同 ,调 整纵 筋 布 置对 管 材 的 结构性能不会产生不利影响。二是钢筋混凝土管钢 筋 骨 架 的环筋 间距 问题 ,对 于个 别 高 工况 的管 材来 说 ,根据设计核算 出来 的配筋面积较大 ,单筋配置 时环筋间距不能够满足标准要求 ,因此参考其他相 关标准和相关工程实例 ,决定采用双并筋,即将两 根钢筋并在一起布置 ,使得双并筋之间的间距能够 满 足标 准规 范 的要求 。 设计中出现的问题解决后 ,正式提交所需管材 结构设计文件,并报审监理机构和第三方有资质单 位对设计结果进行了复核 ,并
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