学文网摘要: 大口径管道管材的选择直接关系到施工的难易、建成投产运行的安全性、抢修的方便及整个投资造价的控制。这里将就广州市西江引水工程第三标的石门、西村并行线、西村支线管道结构比选作一扼要的综述,供工程技术人员参考。
关键词: 管道变形施工造价覆土
前言
广州市西江引水工程第三标的石门、西村并行线(管径为2800和3200) 西村支线(管径为3200)途径广清高速公路后转入增槎路,最后进入西村水厂。由于在这些路段,管道主要敷设在行车道路下,在车行荷载的重复动荷载作用下要特别注意管道的强度、刚度(变形)、稳定性满足要求。
因此在这些路段,我们为保证结构设计的安全并达到节省投资的目的,主要采用了钢衬钢筋砼压力管以及加肋钢管,下面对钢衬钢筋混凝土压力管、加肋钢管、PCCP管以及一般钢管作结构安全性、经济性的简单对比。
一、钢衬钢筋混凝土压力管道
若采用普通钢管,为满足抗浮要求,往往需要达到一定的埋设深度。而管道埋置越深,导致基坑开挖的深度也较大,这将造成基坑开挖止水的困难程度以及增加基坑支护造价。如果采用D3200PCCP管,其单节管(长度为5米)重达31吨,在管道的运输及吊装过程中需要采用重型机械,并且是在繁忙的公路上进行,因此PCCP管道的运输及其施工苦难程度较大并对周围环境影响较严重,同时在管道吊装过程中由于单节管重量较大而导致基坑周边荷载增大,这将增加支护结构的费用。
钢衬钢筋混凝土压力管道是由内衬钢筒以及钢筋混凝土箱涵组成的管道结构。他采用内衬钢筒来承受内水压力,而外包钢筋混凝土承受外荷载如汽车荷载以及覆土荷载,因此它充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压的材料性能。同时由于混凝土比重较大容易满足抗浮要求,而适于浅埋。经计算,钢筒D3200X14的内衬钢筒外包300厚钢筋砼结构在覆土深度为0.7米的情况下能够满足管道本身的强度、刚度、稳定等各项要求。为保证施工质量,钢衬钢筋混凝土压力管道的内衬钢筒两端要加肋环,保证对接焊口间的圆度,同时需中部每2m加“米”字型的活动内撑,以满足运输和浇筑混凝土时的刚度要求。此种结构形式优点总结如下:
外包砼薄壁钢管的造价较PCCP管材贵约15%,所需要的基础处理要求基本相同。主要区别在于抗浮和地面荷载对覆土的要求,当管道埋深不受市***特殊要求时,前者仅考虑700覆土便可(个别地段经处理后外露亦可),从而可减少约1.2m的基坑深度,减少施工费用,有利于地下水位高和附近有建筑物的地段施工。
基坑截面,如D2800XD3200PCCP管需要10.5x5.5～6(深),外包砼薄壁管为8.2x4.5(深),挖填土方量减少,征地宽度减少,施工难度减少。
管材吊运的重量分别为5m长的PCCP管约39t,6m长的外包砼薄壁钢管约8t,大大减少吊车吨位和基坑边的施工荷载,减少基坑的支护用料和施工便道的等级。
因此钢衬钢筋混凝土压力管道造价约6.47万元/米,而PCCP管造价约为9万元/米。
由于钢衬钢筋混凝土压力管道在现场浇筑混凝土,不利于埋设太深,因此当遇到原有的各种管道埋置较深难以避让时则采用加肋钢管过渡。
二、加肋钢管
加肋钢管的优点主要是可以减小钢管壁厚,减少钢管在荷载作用下的变形,增加管道结构刚度。如若使用D3200X32钢管,在覆土为2米以及汽车荷载作用下管道变形计算为
,而在当覆土荷载作用下的变形 。
当采用加肋钢管时,在保证钢管强度的情况下可以减少钢管厚度,经计算,可采用D3220X24钢管加肋24*200@1000以满足强度要求,此加肋钢管在汽车荷载+覆土荷载作用下的变形为8.6mm,只在覆土荷载作用下的变形为6.4mm。
由上述计算可知,我们可以得到以下两点:
不加肋钢管变形量远大于加肋钢管,从而证明了加肋钢管可以明显的增大大口径钢管的刚度,使得施工中容易控制变形进而保证钢管的圆度和施工质量;
无加肋钢管在有、无汽车荷载作用下的差异变形量为 =16.9mm,而加肋钢管的差异变形量为 =2.2mm。说明了无加肋钢管在有无汽车荷载作用下的变形幅度较大,这对于管道的安全运行以及管道上的路面结构将产生一定的危害。
三、结言
综上两种原因,我们推荐采用加肋钢管作为钢衬钢筋混凝土压力管的补充,主要用于某些地段由于原有各种管道埋深较浅,管径较大且不易迁改或迁改困难的地方,以避免钢衬钢筋混凝土压力管道深埋。
参考文献:
[1]中华人民共和国国家标准.给水排水工程管道结构设计规范(GB50332-2002).北京.中国建筑工业出版社,2002
[2]中国工程建设化标准化协会标准.给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程(CECS 140:2002).北京.中国计划出版社,2003
[3]给排水工程结构设计手册.中国建筑工业出版社,2006
作者简介:
广州市环市西路5号设计所结构设计工程师