地面車輛荷載對埋地市政給水管道的作用

鄭州市市政工程勘測設計研究院給水分院 王 冰 賀 潔

地面車輛荷載對埋地市政給水管道的作用

鄭州市市政工程勘測設計研究院給水分院 王 冰 賀 潔

近幾年，頻頻發生城市自來水管道爆管事故，爆管原因有很多，比如管道老化、管道規劃位置不合理、管道埋置深度不合理、地面車輛過載等等。根據《給水排水工程管道結構設計規范》（GB50332-2002）（以下簡稱《規范》）的規定，埋設在市政道路車行道下的給水管道，受到包括結構自重，土壓力（豎向和側向）、預加應力、管道內的水重、地基的不均勻沉降、地面人群荷載、地面堆積荷載、地面車輛荷載、溫度變化、壓力管道內的靜水壓、管道運行時可能出現的真空壓力、地表水或地下水的作用，這些作用或多或少對管道都會產生一些不利影響。但是，根據爆管原因分析，市政道路上密集的車流通過和車輛超載給管道帶來的破壞最大。本文，筆者通過管道受荷計算，對地面車輛荷載對埋地給水管的作用作出分析。

一、車輛荷載的主要技術指標、尺寸及橫向布置

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）的規定，公路橋涵設計時，汽車荷載分為公路Ⅰ級和公路Ⅱ級兩個等級，汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。給水管道受到的汽車荷載采用車輛荷載。車輛荷載主要技術指標見表1。

表 1 車輛荷載主要技術指標

車輛荷載的立面、平面尺寸及橫向布置如圖1所示。

二、埋地給水管道受荷計算

按照本規范規定的多個輪壓的傳遞分布圖，埋置在不同深度的給水管道受到的地面車輛的作用力分布范圍，如圖2所示。

多排輪壓綜合影響傳遞到給水管道頂部的豎向壓力標準值可按下式計算：

式中，qvk為輪壓傳遞到管頂處的豎向壓力標準值（kN/m2），Qvi，k為單個的i個車輪承擔的單個輪壓標準值（kN），ai為i個車輪的著地分布長度（m），bi為i個車輪的著地分布寬度（m），H為從車行地面至管頂的深度（m），μD為動力系數，地面在管頂0.7m之上時，μD取值＝1.0，n為車輪的總數量，ma為沿車輪著地分布寬度方向的車輪排數，mb為沿車輪著地分布寬度方向的車輪排數，dbj為沿車輪輪著地分布寬度方向，相鄰兩個車輪間的凈距（m），daj為沿車輪著地分布長度方向，相鄰兩個車輪間的凈距（m）。

三、計算結果

按照最不利的車輛荷載組合，根據上述公式計算，荷載傳遞到不同深度的壓力面積，參與作用的輪力及車輛荷載傳至不同深度的豎向壓力荷載標準值見表2。

表 2 車輛荷載傳遞到不同深度的豎向壓力標準值

續表2

綜上，在市政路面下，給水管道埋置深度在0.7～2.5m時，車輛輪壓和覆土荷載對管道的影響需同時考慮，管道埋置深度在2.5m之下，車輛輪壓對管道的影響小于管道上覆土荷載對管道的影響，可不用考慮地面車輛輪壓對下部埋設管道的影響，只需考慮管道上覆土荷載對管道的影響。