內(nèi)襯鋼環(huán)法加固鋼筋混凝土管探析

□位亞楠

內(nèi)襯鋼環(huán)法加固鋼筋混凝土管探析

□位亞楠

行唐縣城區(qū)排水暗涵穿越香港路段出現(xiàn)裂縫，采用內(nèi)襯鋼環(huán)法對其進(jìn)行加固處理，達(dá)到了預(yù)期目的。

內(nèi)襯鋼環(huán)法；鋼筋混凝土管；加固處理

目前，供排水大口徑管道工程穿越公路時(shí)大部分采用鋼筋混凝土管，對某些排水工程進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)部分混凝土管在運(yùn)行一段時(shí)間后管頂及管底出現(xiàn)了裂縫。由于在穿越公路部位采取開挖置換難度大且影響交通，針對該特點(diǎn)處理方案可考慮內(nèi)襯鋼管、鋼環(huán)或噴射混凝土等方法進(jìn)行施工處理。此文以行唐縣城區(qū)郜河左岸排水暗涵工程穿越香港路段為例以作說明。

1.工程概況

行唐縣城區(qū)郜河左岸排水暗涵工程位于石家莊市行唐縣城區(qū)內(nèi)，工程建設(shè)的主要目的是排泄行唐縣城北側(cè)澇水，通過對排水工程的實(shí)施，保證高標(biāo)準(zhǔn)雨水能夠及時(shí)排往郜河，本排水工程為無壓管，管道起伏較小，選用鋼筋混凝土管，單根管長3m，管徑為DN1400～DN2000，壁厚140～200mm。管道連接采用承插式。

工程中香港路為行唐縣的主要交通干道，排水暗涵穿香港路段修建時(shí)，由于施工工期緊張，在回填土壓實(shí)度還沒有到達(dá)規(guī)范要求指標(biāo)時(shí)，就開始通車，且一些車輛超載等原因，造成該段暗涵產(chǎn)生裂縫，裂縫寬度為5mm～10mm，這將嚴(yán)重影響排水工程和公路的運(yùn)行安全，需盡快進(jìn)行加固處理。

2.方案選擇分析

針對上述情況，在不進(jìn)行開挖的情況下，處理方案可考慮內(nèi)襯鋼管、鋼環(huán)或噴射混凝土等方法進(jìn)行施工。若采用噴射混凝土的方法加固，管內(nèi)施工操作面太小，施工難度大；內(nèi)襯鋼環(huán)的方法，為保證鋼環(huán)與混凝土管之間能緊密接觸，需要在鋼環(huán)與混凝土管之間進(jìn)行灌漿處理，灌漿時(shí)會(huì)影響道路的正常使用；綜合分析，本次選擇內(nèi)襯鋼環(huán)的方法加固混凝土管，即在鋼筋混凝土管內(nèi)每隔一定間隔加一鋼環(huán)以達(dá)到加固已開裂管道的目的。

鋼環(huán)采用槽鋼加工而成，槽鋼圓環(huán)的內(nèi)壁為腹板，翼緣為環(huán)壁，彎曲成設(shè)計(jì)尺寸后，再在翼緣上焊接封閉鋼板，使槽鋼和鋼板組成箱型截面。為增加鋼環(huán)的承載能力和剛度，圓環(huán)做好后，用C30的自流平細(xì)石混凝土將箱型截面的空腹填充密實(shí)。為了方便安裝，在工廠加工時(shí)將鋼環(huán)加工成半圓環(huán)，半圓環(huán)之間用螺栓連接。

3.設(shè)計(jì)原則及計(jì)算

此次加固設(shè)計(jì)，內(nèi)襯鋼板初步選定采用Q235鋼加工而成。鋼環(huán)計(jì)算假定豎向力和側(cè)壓力全部傳遞給鋼環(huán)承受。鋼筋混凝土管上的覆土層已基本固結(jié)，土層已基本穩(wěn)定，所以分析鋼環(huán)受力時(shí)，可假設(shè)鋼筋混凝土管在不開槽、頂進(jìn)施工的地下管道計(jì)算混凝土管上的豎向土壓力和側(cè)向土壓力。

鋼環(huán)結(jié)構(gòu)計(jì)算：

鋼環(huán)結(jié)構(gòu)計(jì)算按照彈性力學(xué)方法計(jì)算鋼環(huán)內(nèi)力，鋼環(huán)簡化為雙鉸拱。

鋼環(huán)頂部C截面產(chǎn)生的最大彎矩值亦可按照各種荷載在C截面產(chǎn)生的彎矩之和計(jì)算：

Mc=K1qyl2+K2qxlf+K3G1l

式中：K

1-豎向荷載的彎矩系數(shù)；

K2-水平荷載的彎矩系數(shù)；

K3-結(jié)構(gòu)自重的彎矩系數(shù)；

qy-豎向荷載，KN；

qx-水平荷載，KN；

G1-結(jié)構(gòu)自重，KN；

l-雙鉸拱寬度，m；

f-雙鉸拱高度，m。

鋼環(huán)中的最大應(yīng)力計(jì)算：

δ=M/W+N/A

式中：

M-鋼環(huán)頂部最大彎矩，KN·m；

W-鋼環(huán)的截面抵抗拒，m3；

N-計(jì)算截面的軸力，KN；

A-截面面積，m2。

本次計(jì)算過程不再詳細(xì)描述，只列下計(jì)算結(jié)果：

C截面上的設(shè)計(jì)彎矩值Mc= 9.83KN·m，C截面上的設(shè)計(jì)軸力值N= 93.86KN，C截面上的最大應(yīng)力值= 120.18MPa，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）可知，Q235鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]為215MPa≥120.18MPa，本次鋼材選擇Q235，鋼環(huán)上的最大應(yīng)力值小于鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，并留有足夠的安全儲(chǔ)備。

4.施工步驟

一是鋼環(huán)加工。鋼環(huán)采用熱軋輕型14b槽鋼加工而成，槽鋼圓環(huán)的內(nèi)壁為腹板，翼緣為環(huán)壁，彎曲成設(shè)計(jì)尺寸后，再在翼緣上焊接封閉鋼板，使槽鋼和鋼板組成箱型截面。

二是鋼環(huán)中灌注細(xì)石混凝土。

三是鋼環(huán)的防腐。在鋼環(huán)表面噴砂除銹處理后，采用環(huán)氧煤瀝青玻璃鋼防腐漆處理。

四是鋼環(huán)安裝。將鋼環(huán)按照設(shè)計(jì)間距安裝到管內(nèi)，并將2個(gè)半圓環(huán)之間的螺絲頂緊。圓環(huán)兩側(cè)與鋼筋混凝土管之間的空隙用膨脹水泥填充密實(shí)。

采用內(nèi)襯鋼環(huán)的方法加固鋼筋混凝土管，能有效避免了大開挖，保證道路的正常通車。鋼筋混凝土管加固以后沒有產(chǎn)生新的裂縫并運(yùn)行良好。該方案不僅直接節(jié)省了大量的施工時(shí)間和施工費(fèi)用，而且間接地取得了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益?！?/p>

2016-04-05

位亞楠，男，漢族，河北天和咨詢有限公司，助理工程師。