給水管道工程中的主要結構設計問題

【摘 要】 長距離輸水管道由于沿線地形復雜，地質情況多變，存在管道抗浮驗算，彎管支墩設計，地基處理等諸多結構設計問題，本文從實際情況出發，提出了合理實用的結構處理方案。

【關鍵詞】 給水工程；結構設計；管道抗浮；水平支墩；管道基礎

湖北省孝感市大悟縣芳畈水庫至城區應急供水工程包括取水工程和引水工程兩部分。其中取水工程采用泵船取水，配備三臺水泵，兩用一備；引水工程采用DN700（k9級T型接口）球墨鑄鐵管和碳鋼管，輸水管道從水源地芳畈水庫開始，沿芳新線、S243省道、城關鎮長征南路、澴河西路進入大悟縣老水廠，通過已鋪設界牌水庫至大悟縣城引水管道進入二水廠。管道總長約23公里，沿線多次穿越河道、S243省道和復雜地形及不良地質地段等，存在諸多結構安全問題，現就本工程設計施工過程中遇到的主要結構問題予以探討。

1. 管道抗浮驗算

2. 水平彎管支墩設計

上式中，為支墩抗推力側的被動土壓力標準值；為支墩迎推力側的主動土壓力標準值；為水平向支墩滑動平面上摩擦力標準值；為支墩抗滑穩定性抗力系數，不小于1.5；為水平向支墩承受截面外推力對支墩產生的水壓合力標準值；為土壤內摩擦角；和分別為地下水位以上的原狀土重度和回填土重度；和分別為支墩底和支墩頂在設計地面下的深度；和分別為支墩被動土壓力和主動土壓力側支墩長度；為支墩的重量；為支墩頂部覆土的重量；為土對支墩底部的摩擦系數；為管道接口設計內徑；為管道設計內水壓力；為彎管角度。

3. 復雜環境下的管道基礎處理

3.1. 含淤泥層的管道地基處理

管道底部淤泥層不厚時，可將淤泥層挖除而換以砂礫石、砂墊層；淤泥層較厚時，不宜采用換填法，在流砂現象不嚴重的情況下，可采用拋填塊石的方法。塊石擠入淤泥中，以增大淤泥的密度，增強地基承載力；同時，塊石在管溝內形成一個整體，增大了支承管道的面積，使單位面積基礎受管道傳來的壓力大大減小，能有效防止基礎和管道沉降。塊石宜采用大塊和堅硬的，杜絕采用風化石。這種地基處理方法的優點是可不清理管底淤泥，能避免塌方，施工簡單。本工程遇到的淤泥地基為原來的水田、水塘被人工填土覆蓋，淤泥層厚度為1m～3m。現場采用人工拋填塊石鋪滿整個溝底，然后進行夯實，同時在溝槽邊開挖集水坑，將塊石夯實擠出的泥漿水用人工或水泵排走，塊石之間的縫隙則以砂礫石或砂填充，最后在塊石上澆筑一層厚度為0.15m的C20混凝土，待混凝土凝固后即可鋪設管道。

3.2. 斜坡路堤上的基礎處理

本工程管道很多地方埋設在省道的路堤上，局部地方的路堤比較狹窄且坡度較陡，路堤邊緣也沒有護坡，直接開槽埋管可能存在安全問題，特別是在雨季，路面上的積水沖刷路堤上的管道基礎，可能出現管道架空甚至滑移等，對輸水管道的安全產生嚴重不利影響。對于這種局部不利情況，本工程采用人工挖孔灌注樁作為基礎架設鋼管，每隔10～12m設置一支墩，明敷鋼管采取適當的保護措施。

本工程在各方的共同努力下歷時百余天基本完工，在全線管道水壓試驗合格后，于2013年1月底正式通水，為大悟人民春節用水提供了有力保障，受到了建設方和大悟人民的一致好評。通過管道水壓試驗和正常供水期間的觀測并未出現結構安全問題，說明在本工程中采用的結構設計方案是實用可行的，為長距離給水管道設計和施工提供了可靠的經驗。

參考文獻

[1] 《給水排水工程結構設計手冊》（第二版）中國建筑工業出版社，2007.

[2]《給水排水工程埋地鋼管管道結構設計規程》CECS141：2002 中國工程建設標準化協會，2003.

[3] 《柔性接口給水管道支墩》10S505 中國計劃出版社，2010.

[4] 《給水排水管道工程施工及驗收規范》GB50268-2008 中國建筑工業出版社，2009.

[5] 楊育紅.中國給水排水，第28卷第16期.市政給水管道柔性接口支墩優化設計.

[6] 李慧梅，陸景慧，田韶英等. 特種結構，第24卷第2期.不同規范結構抗浮安全系數的比較.