鄂北調水工程PCCP管水壓試驗封堵設計

陳 曉，袁延國，林雄財

（長江設計公司，武漢 430010）

鄂北調水工程PCCP管水壓試驗封堵設計

陳 曉，袁延國，林雄財

（長江設計公司，武漢 430010）

鄂北調水工程試驗段采用超大管徑DN3 800 PCCP作為輸水管材，為驗證PCCP管安裝質量，必須進行水壓試驗。為此，結合現場工程地質與施工條件，參考國內外經驗，對PCCP水壓試驗堵板和后背進行合理設計，在水壓試驗中采用允許壓降值法進行觀測，觀測數據證明：PCCP管安裝質量合格，水壓試驗封堵裝置的設計滿足工程要求，可在后續(xù)工程應用。

PCCP；水壓試驗；堵板；后背；設計

國內PCCP試驗管段做水壓試驗時，封堵裝置多采用鋼制堵板，后背一般設在原狀土或人工后背上，土質松軟時采取加固措施。如南水北調工程中，部分試驗管段采用檢修閥門做為堵板，閥井做后背；西安市李家河水庫工程中，采用鋼制堵板，后背采用C25砼墩及天然原狀土體作為支撐，堵板和支墩之間采用鋼管支撐。本文參考以上國內外經驗，結合本工程的施工條件，采用鋼制堵板-千斤頂-鋼筋混凝土支墩-原狀土后背墻的設計型式。

1 水壓試驗封堵設計

1.1 工程地質與施工條件

鄂北調水工程試驗段所處地層巖性單一，主要為第四系中更新統(tǒng)閻莊組粘土，硬塑狀，土層均勻，分布穩(wěn)定，具中壓縮性，可作為DN3800PCCP管及其鎮(zhèn)墩的天然地基持力層。基坑邊坡主要為臨時性邊坡，以坡高小于10m的低邊坡為主，局部為中邊坡。

工程區(qū)域地層巖性均為粘土，地下水類型為第四系松散堆積物類孔隙潛水，且多為上層滯水，具儲量小、運移緩慢等特點，除遇極端暴雨天氣或局部穿越地表水體部位可能存在基坑積水外，本工程基本不存在基坑涌水及積水問題。對因極端天氣產生的或局部地表水體附近的基坑積水可以采取抽排處理。

1.2 管端堵板及后背的設計

本工程水壓試驗段管道工作壓力為0.4MPa，按照《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50268-2008），管段水壓試驗壓力為工作壓力的1.5倍即0.6MPa。水壓試驗封堵設計總體布置見圖1。

圖1 水壓試驗管段堵板及后背總體布置簡圖

1.2.1 堵板的設計

試驗段管道安裝完畢，接頭試驗合格后，在其兩端安裝0.7m長，3.8m直徑的承插口堵板。堵板由平蓋封頭、短管和承插口鋼件3部分組成。平蓋封頭由厚26mm直徑3 860mm鋼板制作，短管由厚26mm鋼板卷制而成，短管一端焊接在平蓋封頭上，另一端焊接PCCP管承插口鋼件（見圖2）。

圖2 堵板設計簡圖

1.2.2 后背的設計

采用開挖后的原狀土作為后背墻，后背墻前加混凝土支墩，應使推力方向與混凝土支墩寬度的中心線基本重合?；炷林Ф沼?塊預制C30矩形鋼筋混凝土梁組合而成，混凝土梁長度為10m，高度1m，厚0.8m，后背墻與混凝土支墩之間空隙采用M20砂漿灌實?；炷亮和鈧阮A埋鋼板，鋼板尺寸40cm×40cm，共需40塊，將相鄰兩個混凝土塊的鋼板焊接在一起，起到固定的作用?；炷翗颂朇30，支墩內配置縱向及橫向的螺紋鋼筋。為確保支墩穩(wěn)定，支墩下方鋪設100mm厚墊層混凝土，以滿足受力要求，保證混凝土支墩安全可靠（見圖3）。

為確保支墩的整體性和受力均勻性，采用6根200mm×102mm×9mm型號工字鋼進行加固。封堵與混凝土支墩之間用5個150t千斤頂頂嚴。

圖3 混凝土支墩設計示意圖

升壓后管內的水壓力通過堵板、千斤頂、支墩等的傳遞，擠壓支墩后土體，可能會產生少量位移，將壓力降下來后，用千斤頂定壓堵板，反復操作直至幾乎不產生位移，最后進行試壓。由于千斤頂與堵頭接觸面積較小，須采取補強措施。

1.3 后背墻計算

采用被動土壓力公式計算作用于后背墻上的總被動土壓力，校核后背墻設計合理性。

作用于后背混凝土支墩的力（總推力）要小于后背混凝土支墩上的總被動土壓力。

作用于后背的力（總推力）：F=PSπd2/4=0.6×1 000×3.1 416×3.82/4=6 801.7kN。

后背墻按照10m（寬度）×6m（高度）×0.8m（長度，沿后背受力方向）設計。墻后為粘性土（原狀土）。

根據朗金理論土壓力公式計算總被動土壓力Ep。經計算：墻頂點的被動土壓力ppA=49.55kN/m2；墻底點的被動土壓力ppB=225.73kN/m2；作用于后背墻上的總被動土壓力EP=8 258.44kN，F＜Ep，符合要求。

1.4 效果檢驗

為檢驗封堵設計效果，試驗管段水壓試驗過程中，對堵板的水平偏移情況進行了實時觀測（見表1）。

表1 水壓試驗現場測量記錄（允許壓降值法）

從表1數據可以看出，經歷一個完整的升壓-達到試驗壓力-持壓-降壓過程，西側堵板的水平位移累計值為1.5cm，東側堵板的水平位移累計值為1.2cm，滿足要求，說明封堵設計合理，可在后續(xù)工程應用。

2 結語

鄂北調水試驗段工程中，通過精確的受力計算，采用了鋼制堵板-千斤頂-鋼筋混凝土支墩-原狀土后背墻的設計型式。經過現場水壓試驗實踐證明，堵板與后背的設計成果滿足工程需要，為鄂北調水工程后續(xù)PCCP管段水壓試驗提供了良好的借鑒。

（責任編輯：周 群）

Pipe closing design of PCCP water pressure test for Ebei Water Delivery Project

CHEN Xiao，YUAN Yan-guo，LIN Xiong-cai
（Changjiang Design Co.，Ltd.，Wuhan430010，China）

Ebei Water Delivery Project is designed with PCCP pipeline of extra big diameter up to DN3800.Water pressure test is required to examine the erection quality.According to the engineering geological and construction conditions while with reference to domestic and international experience，the closing plate and its back were de?signed.Permissible pressure drop method was adopted.The results of test demonstrate that erection quality of PCCP is up to standard；the pipe closing works were designed in conformity with engineering requirements and are able to be used by following construction.

PCCP；water pressure test；closing plate；back；design

TV672.2

B

1003-1510（2016）05-0072-03

2016-07-14

2016-08-08

陳 曉（1985-），男，河南項城人，長江設計公司工程師，碩士，主要從事水利水電工程監(jiān)理、招投標工作。