回填土压实度对埋地管道耐久性的影响剖析.ppt

管侧回填土与管槽两侧原状土的变形模量比值Ee/En=1时，即管侧土综合变形模量Ed等于管槽两侧原状土的变形模量时，管侧回填土对控制管道最大竖向变形量的贡献率达到最大化，管侧回填土的变形模量再继续加大，竖向变形量的提高量已经很小了，也可以说性价比不高了。1 埋地管道回填土普遍存在的问题及原因分析现阶段，我国城镇化建设逐步深化，越来越多的给水排水管道逐渐投入运行，在管道运行过程中，出现了很多的质量事故，关于管道渗漏、爆管、地面沉陷等方面的报道屡见不鲜。引发这类问题的因素很多，例如运行管理操作不当、管道质量不合格、接口连接不到位、回填土不密实等等，笔者认为回填土不密实往往是导致管道出现质量问题的主要因素。主要理由如下：1）建设过程中，建设监管部门通常很重视管道本身的质量，在工厂检验、现场安装、现场打压试验等环节要求较严，从这些环节出问题的概率并不大；2）运行管理方面，各地的水务集团、自来水公司、运行管理商一般都有较为严格的运行管理程序，运行管理人员的素质普遍较高，因操作不当引发水锤等极端受力情况，进而导致管道破坏的情况并不多见；3）回填土压实度是建设过程中最容易被忽视的因素，首先从设计环节看，管道设计以工艺专业为主，结构设计人员很少参与给水排水管道设计，给排水设计人员主要关注的是管材选择、管径计算、水泵扬程计算、绘制管道压力曲线等工作，很少有人能够正确认识管道受力，尤其忽视回填土对管道受力的影响，设计交底时很少强调回填土质量.建设监管单位和施工单位也通常对回填土质量重视不够，往往不能严格按规范要求分层夯实并检测压实度。下面主要从管道回填土压实度的角度出发，分析管道受力及变形，进而阐述回填土质量对改善管道受力、控制管道变形的重要作用。2 埋地管道受力及变形分析2.1 埋地管道受力分析工程实际应用中，埋地管道普遍采用圆形截面，本文仅就埋地圆形管道进行受力分析。《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002根据管道结构刚度与管周土体刚度的比值αs,将埋地圆形管道分为刚性管道(αs≥1)和柔性管道(αs1)，分别采用了不同的计算模型。1）刚性管道在竖向土压力及侧向土压力作用下，管道截面中产生的弯距、轴向力等作用效应由管道结构本身的强度和刚度来承担，不考虑管道与侧向土共同工作。2）柔性管道则考虑管土共同工作，即竖向土压力作用下产生的竖向变位导致水平向直径相应地向两侧伸长，管道侧向土体产生抗力，以此平衡管道变形，管道截面中产生的弯距、轴向力等作用效应由管道结构本身及侧向土体共同承担。3）αs接近1时，就受力状态而言，刚性管道和柔性管道并无实质性区别，规范为明确概念且方便使用，确定了αs=1这一界限值。4）对柔性管道而言，管道周围回填土压实度的高低，直接影响土体抗力的大小，是保证管道安全可靠运行的关键。管道结构上的作用种类很多，作用效应的组合比较复杂，下面以钢管管道这种柔性管道为例，分析管道截面典型点位（见图1）在不同荷载作用下的受力状态，并列表（见表一）表示，便于找出最不利作用效应组合。钢管管道结构上的作用，按其性质可分为永久作用和可变作用两类，其中永久作用主要包括管道自重、竖向土压力、管道内的水重、地基不均匀沉降；可变作用主要包括管道内的设计内水压力、管道真空压力、地面堆积荷载、地面车辆荷载、地下水浮力和温度变化作用。为直观表达钢管管道在上述作用下的环向受力状态，特规定：弯矩正负号以内壁受拉为正，外壁受拉为负；法向力（轴力）正负号以截面受拉为正，截面受压为负。地基不均匀沉降和温度变化作用主要引起管道纵向应力，本次列表不予表示。表一：管道环向受力状态注：竖向土压力作用下，管道直径与管壁厚度比值较小时，B点法向力出现正值； 地面车辆荷载或地面堆积荷载作用下，管道直径与管壁厚度比值较小时，A点法向力出现正值。序号管道作用法向力（轴力）环向弯矩A点B点C点A点B点C点1管道自重负正负正正负2竖向土压力负负或正负正正负3管道内的水重正正正正正负4设计内水压力正正正5管道真空压力负负负6地面堆积荷载负或正负负正正负7地面车辆荷载负或正负负正正负从上表中可以明显看出，在各种荷载作用下，管壁的水平侧点C处的环向弯矩均为负值，即管外壁受拉；而竖向底点A、顶点B处的环向弯矩均为正值，即管内壁受拉，这说明上述的各种荷载作用均使管道呈现压扁形态。如果提高管道两侧的回填土的压实度，那么管道的应力会相应降低，管道竖向变形量也会相应减小，也利于提高管壁截面环向稳定性。2.2 埋地管道变形分析上面进行管道受力分析时，已经对管道的变形进行