埋地管道、箱涵抗浮计算分析

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1、·技术与应．IN·海河水利2010．No．4埋地管道、箱涵抗浮计算分析韩月波，张丽囡(1．天津市水利勘测设计院，天津300204；2．天津市水利基建管理处，天津300204)摘要：埋地管道、箱涵输水已经成为城市引水、供水工程的首选方式。但是，在设计中采用同一个计算公式，却出现了两种计算方法，计算结果也有所不同。选择正确合理的抗浮稳定计算方法，科学地确定管涵的埋置深度，可以使工程在满足安全性、适用性的基础上尽量减小投资。关键词：埋地管道；抗浮；计算方法；埋置深度中图分类号：TV672．2文献标识码：A文章编号：1004—7328(2010)04—0

2、035—03近年来，埋地管道、箱涵输水已经成为城市引算为例来介绍一下这两种计算方法。水、供水工程的首选方式。如，为20世纪80年代建计算条件如图1所示：地面线设至今仍为天津市人民造福的引滦人津工程配套的引滦人港、入开发区、人聚酯等供水工程采用的是埋地管道，南水北调中线一期工程天津干线段采用的H是埋地箱涵．为南水北调中线一期工程天津干线配DN1800钢管套的各条供水线路也将采用埋地管道。埋地管道及埋地箱涵具有保护水质、减少永久占用耕地数量、减／，一厂少水量损失等明渠供水不可替代的优点。埋地管道及埋地箱涵的设计中，相关的结构、稳定计算有很多。这里仅以

3、埋地管道为例，就埋地管道及埋地箱涵设计的抗浮计算提出一些看法。图1埋地管道抗浮计算条件1埋地管道抗浮计算的目的2．1计算公式埋地管道抗浮计算的目的主要是确定其埋深。计算公式采用《给水排水工程埋地钢管管道结埋地管道埋置深度的确定直接影响整个工程的土方构设计规程>(CECS141—2002)中的公式：开挖及回填量，即影响工程投资。因此，抗浮计算不∑FGK==KfF(1)仅仅是保证工程安全的计算，对工程投资的影响也式中：∑FGK为各种抗浮作用标准值之和；．为浮很大。需要说明的是，管道的埋置深度必须满足抗浮托力标准值；Kf为抗浮稳定性抗力系数，取Kf-1

4、．1。要求。但抗浮计算不是确定其埋深的唯一条件。2．2计算目的2埋地管道抗浮计算方法确定满足抗浮要求的管顶最小埋深(H)。管道的抗浮计算一直被认为是最基本、最简单2．3计算参数的计算。凡是搞过管道设计的人应该都很熟悉，实际主要计算参数，包括回填土浮容重()=10kN、情况也确是如此。这里，以埋地管道的抗浮计算方法水容重()=10kN、钢管容重()=78．5kN、钢管外径为重点来介绍的原因，是在设计中采用同一个计算(D)=1．82m、钢管内径(d)=1．82—0．018x2=1．784m。公式却出现了两种计算方法，计算结果也有所不同。2．4计算工况

5、下面．以壁厚为18mm的DN1800钢管的抗浮计地下水位至地面高程．管内无水。2．5计算方法一收稿日期：2010—04—22为简化．取1延米管道进行计算。作者简介：韩月渡(1977一)，男，工程师，主要从事水利工程设计工作。·36·韩月波，张丽囡：埋地管道、箱涵抗浮计算分析2010年8月∑FGK=G土+G管+G水(2)搞清了出现不同计算结果的原因后，我们分析式中：G±、G管、G水分别为管顶上土重、管材自重和一下这两种计算方法的合理性。管顶上水重。其计算公式分别为：这两种计算方法的区别在于方法二是采用阿G±=^yHD(3)基米德定律计算浮托力，而方

6、法一则是将阿基米德G管=f(D一d)／4(4)定律计算的浮托力又分解为向上和向下的两个力。G水=HD+(DZ-'rrD2／4)／2(5)如果没有抗浮稳定性抗力系数Kf，则这两种计算方管底所受的扬压力计算公式为：法的计算结果是相同的，有了K『以后则采用方法k=(H+D)D—(D2-,rrD2／4)／2(6)一计算出的允许最小覆土厚度(H)永远比采用方．因此，∑F。l(=KfF可转化为：法二计算出的要大。其原因很简单，Kf是个大于1HD+(D2-d)／4+(3'wilD+(D2_,rrD2／4)／2)=的常数，方法一将方法二中采用阿基米德定律计算Kd

7、y(H+D)D一(D-nvDZ／4)／2](7)出的浮托力F分解为向上的力F1和向下的力F2经计算，H=I．28m。(F、F1和F2均为正数)，F是个定值，且F=F1一F2，2．6计算方法二显而易见KfF

8、GK=Ky可转化为：数。是因为有许多不确定因素的存在，而我们的抗HD+3'm(D2-d)／4=Kf％,rrDZ／4(10)浮计算方法一中