超大口徑鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)制造研究

孫 鈺（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

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超大口徑鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)制造研究

孫 鈺
（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

開槽施工方法用鋼筋混凝土管和頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土管是市政工程中運(yùn)用比較廣泛的一類混凝土管材，主要應(yīng)用于城市的排水管網(wǎng)。但隨著市政輸水工程的不斷發(fā)展，賦予了大口徑鋼筋混凝土管新的內(nèi)涵，不僅僅作為市政排水管道使用，還作為大型壓力管輸水工程的過路頂管和套管使用，內(nèi)穿壓力鋼管，并且口徑已經(jīng)超出現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的口徑范圍。對(duì)超大口徑鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的研究，已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。

超大口徑鋼筋混凝土管；設(shè)計(jì)；生產(chǎn)制造

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.032

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸水工程是遼寧省實(shí)施的國家級(jí)重點(diǎn)工程，承諾打造百年工程，管道要安全運(yùn)行百年，這對(duì)管線的運(yùn)行質(zhì)量提出了很高的要求。因此，需對(duì)可能影響管線壽命的各環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)比分析，穿越公路、鐵路的鋼管段成為影響管線整體壽命的薄弱環(huán)節(jié)。由于管線穿越公路、鐵路時(shí)不能采用溝槽開挖施工，只能頂進(jìn)施工，鋼管無法進(jìn)行外包混凝土保護(hù)；如直接使用鋼管頂進(jìn)，則鋼管外防腐層會(huì)在頂進(jìn)過程中出現(xiàn)破損，影響使用壽命；如靠增加鋼管厚度來延長管道的運(yùn)行壽命，又極不經(jīng)濟(jì)，且對(duì)于大口徑的輸水管線來說，增加鋼管厚度并不能有效解決管線的外部荷載承壓問題。

經(jīng)多方論證，決定使用頂進(jìn)施工法，用鋼筋混凝土管作為鋼管的外套管，承受該施工段的管線外部荷載，套管口徑較穿越的鋼管口徑大約600mm，鋼管在進(jìn)行穿越安裝過程中其外防腐保護(hù)層不會(huì)受到損壞，套管與鋼管之間間隙可灌注泥漿進(jìn)行保護(hù)，即使鋼管的使用壽命不能滿足百年要求，對(duì)該段鋼管進(jìn)行更換也比較容易實(shí)現(xiàn)。

穿越公路頂進(jìn)施工用鋼筋混凝土套管口徑包括4400mm和4000mm兩種，均已超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3500mm的范圍，因此需根據(jù)其使用要求重新進(jìn)行管型設(shè)計(jì)與制造，并采取有效的方法驗(yàn)證產(chǎn)品性能的可靠性。

2 鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)

2.1 采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍的鋼筋混凝土管進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要選擇合適的設(shè)計(jì)規(guī)范，能夠?qū)λ韫懿牡母黜?xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面的分析計(jì)算。國家標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50332-2002）和中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程埋地預(yù)制混凝土圓形管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 143：2002）是我國鋼筋混凝土排水管普遍采用的設(shè)計(jì)規(guī)范。

2.2 鋼筋混凝土管的主要設(shè)計(jì)要求

（1）管材施工方法包括頂進(jìn)施工法（DRCP）和開槽施工（RCP）方法兩種。

（2）根據(jù)管道施工要求和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，頂進(jìn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不低于C50。

（3）合理選擇壁厚，通常選用1 /10Di，對(duì)于大口徑頂管壁厚可適當(dāng)調(diào)整，同一工程項(xiàng)目、同一管徑頂管壁厚應(yīng)能滿足不同覆土深度。

（4）DRCP/RCP接口型式和尺寸公差應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和招標(biāo)文件要求。

2.3 鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)條件

（1）管道基本設(shè)計(jì)參數(shù)：DRCP/RCP管道設(shè)計(jì)內(nèi)徑Di=4000、4400mm；管壁厚度h =380、400mm；保護(hù)層凈厚度Cs=20mm；單節(jié)管有效長度為Lo=3.0m；管道覆土設(shè)計(jì)取Hs=4、6、8、14、16m。

（2）管基中心角：頂管施工采用135°土弧基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)采用120°土弧基礎(chǔ)；開槽施工采用90°土弧基礎(chǔ)。

（3）管頂土層：土層重度設(shè)計(jì)取1929kg/m3，地下水位以下取有效重度。

（4）管內(nèi)水重：本工程施工所用的鋼筋混凝土管作為套管使用，管內(nèi)不直接通水，但設(shè)計(jì)時(shí)按管內(nèi)滿水和空管期間分別計(jì)算。水的重度取10kN/m3。

（5）活荷載：采用JTG B01公路-Ⅰ級(jí)汽車荷載，與附加荷載不同時(shí)作用，取其較大值。

（6）附加荷載：取10kN/m2。

（7）地下水位；地下水位按管頂高程計(jì)算，即Zw=Hs。

2.4 鋼筋混凝土管主要材料指標(biāo)

（1）主筋選用牌號(hào)CRB550冷軋帶肋鋼筋，其性能指標(biāo)滿足GB13788-2008《冷軋帶肋鋼筋》。

（2）縱筋和斷面構(gòu)造箍筋選用牌號(hào)為HRB400熱軋帶肋鋼筋，其性能指標(biāo)滿足GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》。主筋搭接接頭最小搭接長度不小于30d。

2.5 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題與解決方案

依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所需的鋼筋混凝土管和頂進(jìn)施工法用的鋼筋混凝土管進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)兩個(gè)需要解決的問題：一是鋼筋混凝土管鋼筋骨架的縱筋數(shù)量問題，國內(nèi)現(xiàn)有的大口徑鋼筋混凝土管鋼筋骨架生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置縱筋數(shù)量最多為60條，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)縱筋間距是有構(gòu)造要求，DN4400和DN4000管材的縱筋數(shù)量分別為81條和74條，結(jié)構(gòu)筋對(duì)管材的物理性能應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生不利影響。對(duì)此，鋼筋骨架焊制成型后，對(duì)超出60條縱筋部分采取二次均布的方式進(jìn)行配置，同一規(guī)格的管材試制生產(chǎn)了兩種不同數(shù)量縱筋骨架，并對(duì)生產(chǎn)的管材進(jìn)行了相關(guān)物理性能的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種管材的荷載性能基本相同，調(diào)整縱筋布置對(duì)管材的結(jié)構(gòu)性能不會(huì)產(chǎn)生不利影響。二是鋼筋混凝土管鋼筋骨架的環(huán)筋間距問題，對(duì)于個(gè)別高工況的管材來說，根據(jù)設(shè)計(jì)核算出來的配筋面積較大，單筋配置時(shí)環(huán)筋間距不能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此參考其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)工程實(shí)例，決定采用雙并筋，即將兩根鋼筋并在一起布置，使得雙并筋之間的間距能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題解決后，正式提交所需管材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件，并報(bào)審監(jiān)理機(jī)構(gòu)和第三方有資質(zhì)單位對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了復(fù)核，并根據(jù)批復(fù)的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)。

鑒于以上兩種規(guī)格的管材均已超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，現(xiàn)有產(chǎn)品相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)不能用于生產(chǎn)指導(dǎo)，為此，生產(chǎn)單位參考相關(guān)的鋼筋混凝土排水管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制訂了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并報(bào)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)質(zhì)量監(jiān)督局進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)備案。

3 鋼筋混凝土管的生產(chǎn)

3.1 生產(chǎn)許可證辦理

鋼筋混凝土排水管和頂進(jìn)施工法用的鋼筋混凝土排水管是國家許可產(chǎn)品，然而DN4400和DN4000套管均已超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適用范圍。為此，生產(chǎn)企業(yè)向國家水泥制品生產(chǎn)許可證辦公室的相關(guān)專家進(jìn)行了咨詢，然后在國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局的官方網(wǎng)站上進(jìn)行了問題咨詢，得到國家監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局的書面回復(fù)?；貜?fù)意見表明，超出國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)許可范圍的產(chǎn)品可不用辦理生產(chǎn)許可證，但產(chǎn)品質(zhì)量需滿足企業(yè)備案標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求和產(chǎn)品的合同使用要求。

3.2 產(chǎn)品檢驗(yàn)

管材生產(chǎn)完成后，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，根據(jù)相關(guān)單位的要求，委托有資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)，依據(jù)企業(yè)制定的內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)的DN4400和DN4000鋼筋混凝土管和頂進(jìn)施工法的鋼筋混凝土管進(jìn)行了物理性能和其他各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)和工程使用的要求。

4 結(jié)語

根據(jù)為遼寧省重點(diǎn)輸水工程生產(chǎn)的鋼筋混凝土管和頂進(jìn)施工法用的鋼筋混凝土管積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和獲得的相關(guān)檢測結(jié)果表明，超大口徑的鋼筋混凝土管的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是完全能夠滿足工程使用要求的，對(duì)鋼筋混凝土排水管產(chǎn)品拓展市場應(yīng)用將起到推動(dòng)作用。隨著大型市政、水利工程的建設(shè)，超大管徑鋼筋混凝土管和頂進(jìn)施工法用的鋼筋混凝土管將迎來新的發(fā)展契機(jī)，為中國市政、水利事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮更加重要的作用。

［1］曲磊.引水隧洞鋼筋混凝土岔管結(jié)構(gòu)特性分析與配筋優(yōu)化［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（01）：65-68 +74.

［2］吳換營.大流量長距離輸水工程中大口徑管涵的評(píng)析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2007（06）：59-62.

［3］張鳳琴.城市供水輸水管材的選用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2005 （04）：36-38.

［4］生曉高，朱忠華.壩下游面淺槽式鋼襯鋼筋混凝土管道結(jié)構(gòu)分析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2001（05）：41-43.

［5］張寶發(fā).鋼筋混凝土輸水管道安裝中應(yīng)注意的問題［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2001（06）：38-40.

［6］胡少偉.南水北調(diào)超大鋼筒混凝土管道結(jié)構(gòu)安全評(píng)估［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2009（04）：74-82.

［7］王蘇巖，李海濤.FRP加固鋼筋混凝土管道試驗(yàn)研究［J］.工程抗震與加固改造，2010（05）：52-56.

［8］胡進(jìn)華，石運(yùn)深.三峽水電站鋼襯鋼筋混凝土壓力管道設(shè)計(jì)研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009（06）：88-92.

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1672-2469（2016）01-0098-03

2015-12-08

孫 鈺（1976年—），男，高級(jí)工程師。