廊涿干渠工程管道抗滑穩(wěn)定計算

李麗梅

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

廊涿干渠工程管道抗滑穩(wěn)定計算

李麗梅

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

通過對廊涿干渠水平彎頭、豎向彎頭和檢修閥井的抗滑穩(wěn)定進行分析，得出廊涿干渠管道的抗滑穩(wěn)定措施。對不滿足穩(wěn)定要求的水平彎頭，采用在彎頭兩端焊接直鋼管，并在管頂上0.5m以下范圍的管道外與開挖基槽間澆筑C15混凝土鎮(zhèn)墩的抗滑穩(wěn)定措施。管道豎向彎頭一般應控制在3°以內，通過接頭借轉實現(xiàn)。對于穿越公路、河流等埋深較大處的豎向轉角宜小于15°，可將斜坡段、彎頭與水平鋼管焊接為整體，以解決豎向彎頭的穩(wěn)定問題。鋼筋混凝土閥井一般可用于截斷閥的抗滑鎮(zhèn)墩。

廊涿干渠；彎頭；檢修閥井；抗滑穩(wěn)定

廊涿干渠全線采用2排DN2400～DN2000預應力鋼筒混凝土管輸水，管道工作壓力以樁號LZ26+000為界，上游為0.4MPa，下游為0.6MPa，最大引水流量11m3/s。

根據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和SL430—2008《調水工程設計導則》，廊坊市為應急供水工程的重要供水對象。最大引水流量11m3/s。

確定廊涿干渠工程為大（Ⅱ）型調水工程，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物按2級設計，次要建筑物按4級設計。

2 管道抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)GB50332—2002《給水排水工程管道結構設計規(guī)范》規(guī)定，因鋪設方向改變而產生的水推力由彎管段自重（包括彎頭自重、管內水重、管頂土重、鎮(zhèn)墩自重）、摩阻力和被動土壓力共同承擔。

根據(jù)《水工設計手冊》第7冊進行彎頭抗滑穩(wěn)定計算，采用如下公式。

式中 f為鎮(zhèn)墩或管道與地基間的摩擦系數(shù)，取0.25；G為鎮(zhèn)墩自重；∑X為作用于水平彎頭或鎮(zhèn)墩上的水平合力（kN），包括水推力，即作用于水平彎頭上的內水壓力，彎頭內側主動土壓力，彎頭外側被動土壓力、摩阻力；∑Y向下為作用于彎頭或鎮(zhèn)墩上的向下的垂直合力（kN），包括彎頭自重、管內水重、管頂土重、鎮(zhèn)墩自重；∑Y向上為作用于豎向彎頭或鎮(zhèn)墩上的向上的垂直合力（kN），主要作用于豎向彎頭上的內水壓力；K水平彎頭、K豎向彎頭為抗滑驗算穩(wěn)定性抗力系數(shù)，根據(jù)《給水排水工程管道結構設計規(guī)范》，在水平彎頭穩(wěn)定性計算中，由于彎頭外側土壓力按被動土壓力計算，要求穩(wěn)定性抗力系數(shù)K水平彎頭不小于1.5；在豎向彎頭（凸向上）穩(wěn)定性計算中，沒有被動土壓力，相當于管道的抗浮計算，要求穩(wěn)定性抗力系數(shù)K豎向彎頭不小于1.1。

作用于彎頭上的內水壓力P：

作用于彎頭上的主動土壓力Ea：

式中 Do為管道內徑 （m）；H為管道設計內水壓力水頭（m），LZ26+000 上游取 60m，下游取 90m；γw為水的容重 （10kN/m3）；θ為彎頭圓心角；γ土為土的容重（19kN/m3）；h管中心為管道中心至地面的距離（m）；φ為土的內摩擦角，取 30°；D為管道外徑（m）；L為按彎管中心線計算的彎管長度與兩側焊接直鋼管長度之和，轉彎半徑按1.5Do計；計算公式：

作用于彎頭上的被動土壓力Ep：

2.1 水平彎頭抗滑穩(wěn)定計算

對不滿足穩(wěn)定要求的水平彎頭，采用在彎頭兩端焊接直鋼管，并在管頂上0.5m以下范圍的管道外與開挖基槽間澆筑與彎頭管件同等長度的C15混凝土鎮(zhèn)墩，以增大抗力，避免不均勻應力及沉降，加快施工進度。

廊涿干渠工程水平彎頭鎮(zhèn)墩標準斷面如圖1。

圖1 水平彎頭鎮(zhèn)墩標準斷面

廊涿干渠各水平彎頭抗滑穩(wěn)定計算如表1，各水平彎頭的抗滑穩(wěn)定措施如表2。表中5，10，15m彎頭指彎頭兩端焊接鋼管及承插口，使有效長度為5，10，15m，彎頭按 PCCP 管件要求制作，內、外部采用鋼絲網水泥砂漿或細石混凝土防腐，端部為PCCP管承插接口。鎮(zhèn)墩是指在管頂上0.5m以下的管道外與開挖基槽間澆筑與彎頭管件同等長度的C15混凝土，以滿足抗滑穩(wěn)定要求。

表1 各水平彎頭的抗滑穩(wěn)定計算成果

表2 各水平彎頭的抗滑穩(wěn)定措施

2.2 豎向彎頭抗滑穩(wěn)定計算

PCCP管道豎向彎頭均控制在3°以內，通過接頭借轉實現(xiàn)。對于穿越公路等埋深較大處的豎向轉角（一般采用15°），將斜坡段、彎頭與水平鋼管焊接為整體，不存在穩(wěn)定問題。

經對個別穿越河流、公路等處單獨布設的豎向彎頭抗滑穩(wěn)定計算，穩(wěn)定性抗力系數(shù)不小于1.1，滿足要求，計算成果如表3。

表3 單獨布設的豎向彎頭的抗滑穩(wěn)定計算成果

2.3 檢修蝶閥井抗滑穩(wěn)定計算成果

在檢修閥關閉情況下，管內水壓產生向上游或下游的水平推力，通過閥基座、閥兩側可傳力伸縮節(jié)和鋼管與閥井壁間的傳力剛性環(huán)將推力傳至鋼筋混凝土閥井，閥井通過周圍土體抗力達到穩(wěn)定。單管上設置的檢修閥井一般布置在公路穿越出口，檢修蝶閥和排水半球閥共用一井，該閥井管頂覆土厚度大，一般在4m左右，閥井深度大，在檢修蝶閥關閉狀態(tài)下穩(wěn)定滿足要求；而雙管上設置的檢修閥井一般布置在公路穿越進口，與復合式進排氣閥共用一井，該閥井處管頂覆土厚度小，一般在2m左右，閥井深度小，單管檢修蝶閥關閉時穩(wěn)定滿足要求，設計壓力下雙管檢修蝶閥同時關閉時穩(wěn)定不滿足要求。

計算成果如表4。工程運用中，應避免同一閥井內雙管同時加壓至1.5倍工作壓力。

表4 檢修蝶閥井的抗滑穩(wěn)定計算成果

3 結語

（1）管徑、轉角、管頂覆土厚度和內水壓力是影響彎頭抗滑穩(wěn)定的4個關鍵因素。

（2）對不滿足穩(wěn)定要求的水平彎頭，采用在彎頭兩端焊接直鋼管，并在管頂上0.5m以下范圍的管道外與開挖基槽間澆筑C15混凝土鎮(zhèn)墩的抗滑穩(wěn)定措施，不僅可以增大抗力，避免不均勻應力及沉降，并可以加快施工進度。

（3）管道豎向彎頭一般應控制在3°以內，通過接頭借轉實現(xiàn)。對于穿越公路、河流等埋深較大處的豎向轉角宜小于15°，可將斜坡段、彎頭與水平鋼管焊接為整體，以解決豎向彎頭的穩(wěn)定問題。對不可避免出現(xiàn)的單獨布設的豎向彎頭，除轉角應盡量小外，宜根據(jù)計算設置混凝土鎮(zhèn)墩，在管頂覆土厚度較小時可使彎頭長度減小，而且可以避免因管基擾動、管底回填土壓實度不夠造成的接口位移，從而避免接口滲漏的發(fā)生。

（4）鋼筋混凝土閥井一般可用于截斷閥的抗滑鎮(zhèn)墩。對于內壓較大、閥井壁厚較薄的，經計算不能滿足強度要求時，可采取上下游面加大壁厚措施。當采用閥井作鎮(zhèn)墩時，需考慮必要的傳力措施，如傳力伸縮節(jié)和鋼管與閥井壁間的傳力剛性環(huán)等措施。

［1］GB50332—2002，給水排水工程管道結構設計規(guī)范［S］.

［2］SL265—2001，水閘設計規(guī)范［S］.

［3］SL252—2000，水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.

［4］SL430—2008，調水工程設計導則［S］.

［5］華東水利學院.水工設計手冊（第七卷）［K］.北京：水利電力出版社，1989.

［6］河北水利水電勘測設計研究院.河北省廊坊市應急供水工程廊涿干渠工程招標設計報告［R］.2011.

Anti Slide Stability Calculation of Pipeline in Langzhuo Main Canal

LI Li-mei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

Through the anti sliding stability analysis of the vertical and horizontal bend elbow and valve wells on Langzhuo main canal，we obtain the anti sliding stability measures of the Langzhuo main canal pipeline.To the horizontal bend elbow that does not meet the stability requirements， welding straight steel pipe in the both elbow ends， and pouring anchor block with concrete C15 between excavation of foundation trench and the outside the pipeline below the 0.5 meter range.The vertical elbow should be controlled within 3°， through the joint by turn to achieve.To cross the road， river is buried at the vertical angle should be less than 15°，the slopes， elbow and the horizontal pipe can weld as a whole to solve stability problem of the vertical elbow.Reinforced concrete valve well can be used for anti sliding anchor block of the block valve in general.

Langzhuo main canal；elbow；maintenance valve well；anti sliding stability

TV672+.2

B

1672-9900（2014）04-0017-03

1 工程概況

廊涿干渠自南水北調中線總干渠上的三岔溝口門引水，沿線經過保定市的涿州市、廊坊市的固安縣、永清縣和廣陽區(qū)，在西馮家務村西入規(guī)劃的廣陽水庫。

廊涿干渠全長80km，在涿州市和固安縣境內走向大致為由西向東，在永清縣曹家務改為由西南向東北，自永定河泛區(qū)王瑪村東開始為南北向。

2014-01-23

李麗梅（1972-），女（漢族），河北保定人，高級工程師，主要從事水利工程設計工作，（Tel）13821112531。