西江取水工程PCCP管道止推設计分析.doc

西江取水工程PCCP管道止推设计分析 罗斌，黄仕香 广州市公用事业规划设计院 ［摘要］ 给排水埋地压力管道敷设方向改变时，其节点处存在着液体压力引起的推力。当管道为整体连接时（如焊接钢管道），此推力可由管道自身平衡。当管道为柔性接口管时（如球墨铸铁管、PCCP管）或整体连接的管道在节点附近有柔性接头时，应采取抗力措施，抵抗节点处的推力以满足抗滑稳定性要求。 西江取水工程管道线路地形复杂，管线需设置许多水平弯头，且管材采用柔性接口的PCCP管为主，因此需在管线水流方向改变处设置止推系统。在此对西江取水工程PCCP管道止推设计作一扼要的综述，供工程技术人员参考。 ［关键词］ 推力 止推力 限制接头 镇墩 联合止推 PCCP管道转弯处推力 水平弯管处的推力与管道接头处的内水压力和截面面积有关;弯管处的推力大小还受转角θ的影响,其数值由下式确定: T = 2 PAsin(α/2) 式中: T —静水推力; P —内水压力; A —管道横截面面积; α—管道转角。 管道转弯推力示意图 PCCP管道转弯处止推措施介绍 通常有两种途径来抵抗推力:管道自重、上覆土重及管内水重共同产生的摩擦力;支撑配件的土的被动土压力。若摩擦力和土的被动土压力不足以平衡推力,则必须设置止推装置。 PCCP 管道的止推形式通常主要有以下几种: (1) 镇墩,通过设置混凝土镇墩来承担止推力； (2) 小转角管道锁定,对小转角的接头,采用以一定转角安装或斜口管等,利用小角度管道锁定,不需要进行另外的止推设计； (3) 可自由转动的小转角接头； (4) 限制性接头,通过采用限制性接头(焊接接头或铠装管)将几根管道连接一起,从而增大了限制管道的摩擦力来抵抗推力； (5) 前几种止推形式的组合。 将以上几种形式列表比较如下表： PCCP 管道止推形式比较 止推形式 镇 墩 小角度管道锁定 可自由转动的小转角接头 限制性接头 联合止推装置 止推特点 通过加大支撑面积, 增强管道抵抗移动的能力。管道本身不受力, 不平衡推力主要由镇墩后背产生的被动土压力来抵抗。 利用PCCP 接口自身的几何特点,形成横梁或桥式结构来锁定管道。转角两侧至少各需一根标准管, 其接口需为水泥砂浆灌浆接口, 承插口环承受剪力。 利用单节PCCP 管道的自重、水重、填土重产生的摩阻力来抵抗推力。管道不受轴力、接口不受剪力。 将与转角管件相邻管道的接头固定在一起,来共同抵抗不平衡推力。管道承受轴力。 将限制接头与混凝土止推环组合使用等。管道承受轴力。 止推力 由管道、水、镇墩、填土的重力产生的摩阻力, 镇墩后背产生的被动土压力。 由管道、水、镇墩、填土的重力产生的摩阻力。 由管道、水、镇墩、填土的重力产生的摩阻力。 由管道、水、镇墩、填土的重力产生的摩阻力。 由管道、水、镇墩、填土的重力产生的摩阻力,土壤的反力。 适用范围 适用于不平衡推力较大, 有可靠后靠背的情况。 适用于转弯角度不大于10° 的情况。 适用于可设置大半径弯道的情况。 适用于地基较均匀、密实,回填土压实度较高的情况。 适用于地基较均匀、密实,回填土压实度较高的情况。 主要缺点 对地基及后靠背的承载力和变形要求较高。一旦采用镇墩止推, 必须对其后背较大范围的土体进行保护, 不能进行相邻开挖,因而,占用的地下空间资源较大。 受转角及工作压力( 试验压力) 的限制。如果采用斜口管,对缠丝机有特殊要求,目前,我国生产的缠丝机没有此项功能。 受地形及地面建筑的限制。如果采用斜口管, 对缠丝机有特殊要求, 目前,我国生产的缠丝机没有此项功能。 限制管道的长度, 受地基条件的限制。过厚的钢筒对生产有特殊要求。 转角做法复杂,对地基及回填土要求较高,施工安装不便。 结合西江取水工程对PCCP管道止推措施进行分析 3．1止推措施进行分析 根据美国供水工程协会《混凝土压力管》(AWWA M9) 中指出:在中等压力作用下,以一定转角安装的斜口管或标准管处的推力通常很小,不需要进行另外的止推设计，如图所示。对角线A C 和B D 与其各自转角的切线形成角度,弯管或转角管接头想要沿着推力T的方向发生位移,其相邻的两个管段必须分别以A和B为圆心沿弧线Cn和Dm旋转,当θΔ/2时,发生旋转的两个角点C和D就会相遇,从而阻碍了接头发生进一步位移。F 和G 管段由沿切线方向位于其后的其他管段支撑着,起着支撑A 和B 管段防止其发生移动的支座作用,同时使接头A 和B 之间形成了一个横梁。业已证明,接头的灌浆可以提供足够的推力,接头抗剪试验也证明连锁的承口和插口环可以抵抗接头处的剪力。因此本工程在转角小于1°时采用借角，即利用管道接口本身形成止推措施；当超过1°时采用弯管配件，主要考虑限制性接头、镇墩或组合止推形式来抵抗大口径P