超大口徑鋼筋混凝土管的設計制造研究

孫 鈺（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

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超大口徑鋼筋混凝土管的設計制造研究

孫 鈺
（遼寧省水利廳，遼寧阜新123114）

開槽施工方法用鋼筋混凝土管和頂進施工法用鋼筋混凝土管是市政工程中運用比較廣泛的一類混凝土管材，主要應用于城市的排水管網。但隨著市政輸水工程的不斷發展，賦予了大口徑鋼筋混凝土管新的內涵，不僅僅作為市政排水管道使用，還作為大型壓力管輸水工程的過路頂管和套管使用，內穿壓力鋼管，并且口徑已經超出現行國家標準所規定的口徑范圍。對超大口徑鋼筋混凝土管的設計生產制造的研究，已經成為迫切需要解決的問題。

超大口徑鋼筋混凝土管；設計；生產制造

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.032

1 工程概況

遼寧省重點輸水工程是遼寧省實施的國家級重點工程，承諾打造百年工程，管道要安全運行百年，這對管線的運行質量提出了很高的要求。因此，需對可能影響管線壽命的各環節進行對比分析，穿越公路、鐵路的鋼管段成為影響管線整體壽命的薄弱環節。由于管線穿越公路、鐵路時不能采用溝槽開挖施工，只能頂進施工，鋼管無法進行外包混凝土保護；如直接使用鋼管頂進，則鋼管外防腐層會在頂進過程中出現破損，影響使用壽命；如靠增加鋼管厚度來延長管道的運行壽命，又極不經濟，且對于大口徑的輸水管線來說，增加鋼管厚度并不能有效解決管線的外部荷載承壓問題。

經多方論證，決定使用頂進施工法，用鋼筋混凝土管作為鋼管的外套管，承受該施工段的管線外部荷載，套管口徑較穿越的鋼管口徑大約600mm，鋼管在進行穿越安裝過程中其外防腐保護層不會受到損壞，套管與鋼管之間間隙可灌注泥漿進行保護，即使鋼管的使用壽命不能滿足百年要求，對該段鋼管進行更換也比較容易實現。

穿越公路頂進施工用鋼筋混凝土套管口徑包括4400mm和4000mm兩種，均已超出國家標準規定的3500mm的范圍，因此需根據其使用要求重新進行管型設計與制造，并采取有效的方法驗證產品性能的可靠性。

2 鋼筋混凝土管的設計

2.1 采用的設計標準

對超出國家標準規定范圍的鋼筋混凝土管進行結構設計，首先要選擇合適的設計規范，能夠對所需管材的各項性能指標進行全面的分析計算。國家標準《給水排水工程管道結構設計規范》（GB50332-2002）和中國工程建設標準化協會標準《給水排水工程埋地預制混凝土圓形管管道結構設計規程》（CECS 143：2002）是我國鋼筋混凝土排水管普遍采用的設計規范。

2.2 鋼筋混凝土管的主要設計要求

（1）管材施工方法包括頂進施工法（DRCP）和開槽施工（RCP）方法兩種。

（2）根據管道施工要求和產品標準，頂進混凝土設計強度等級不低于C50。

（3）合理選擇壁厚，通常選用1 /10Di，對于大口徑頂管壁厚可適當調整，同一工程項目、同一管徑頂管壁厚應能滿足不同覆土深度。

（4）DRCP/RCP接口型式和尺寸公差應符合產品標準和招標文件要求。

2.3 鋼筋混凝土管的設計條件

（1）管道基本設計參數：DRCP/RCP管道設計內徑Di=4000、4400mm；管壁厚度h =380、400mm；保護層凈厚度Cs=20mm；單節管有效長度為Lo=3.0m；管道覆土設計取Hs=4、6、8、14、16m。

（2）管基中心角：頂管施工采用135°土弧基礎；設計采用120°土弧基礎；開槽施工采用90°土弧基礎。

（3）管頂土層：土層重度設計取1929kg/m3，地下水位以下取有效重度。

（4）管內水重：本工程施工所用的鋼筋混凝土管作為套管使用，管內不直接通水，但設計時按管內滿水和空管期間分別計算。水的重度取10kN/m3。

（5）活荷載：采用JTG B01公路-Ⅰ級汽車荷載，與附加荷載不同時作用，取其較大值。

（6）附加荷載：取10kN/m2。

（7）地下水位；地下水位按管頂高程計算，即Zw=Hs。

2.4 鋼筋混凝土管主要材料指標

（1）主筋選用牌號CRB550冷軋帶肋鋼筋，其性能指標滿足GB13788-2008《冷軋帶肋鋼筋》。

（2）縱筋和斷面構造箍筋選用牌號為HRB400熱軋帶肋鋼筋，其性能指標滿足GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》。主筋搭接接頭最小搭接長度不小于30d。

2.5 設計中出現的問題與解決方案

依據設計標準對所需的鋼筋混凝土管和頂進施工法用的鋼筋混凝土管進行結構設計。在設計過程中出現兩個需要解決的問題：一是鋼筋混凝土管鋼筋骨架的縱筋數量問題，國內現有的大口徑鋼筋混凝土管鋼筋骨架生產設備設置縱筋數量最多為60條，標準對縱筋間距是有構造要求，DN4400和DN4000管材的縱筋數量分別為81條和74條，結構筋對管材的物理性能應不會產生不利影響。對此，鋼筋骨架焊制成型后，對超出60條縱筋部分采取二次均布的方式進行配置，同一規格的管材試制生產了兩種不同數量縱筋骨架，并對生產的管材進行了相關物理性能的試驗，試驗結果顯示，兩種管材的荷載性能基本相同，調整縱筋布置對管材的結構性能不會產生不利影響。二是鋼筋混凝土管鋼筋骨架的環筋間距問題，對于個別高工況的管材來說，根據設計核算出來的配筋面積較大，單筋配置時環筋間距不能夠滿足標準要求，因此參考其他相關標準和相關工程實例，決定采用雙并筋，即將兩根鋼筋并在一起布置，使得雙并筋之間的間距能夠滿足標準規范的要求。

設計中出現的問題解決后，正式提交所需管材結構設計文件，并報審監理機構和第三方有資質單位對設計結果進行了復核，并根據批復的設計結果進行生產。

鑒于以上兩種規格的管材均已超出國家標準規定的范圍，現有產品相關的控制標準不能用于生產指導，為此，生產單位參考相關的鋼筋混凝土排水管產品標準制訂了企業標準，并報當地技術質量監督局進行了標準備案。

3 鋼筋混凝土管的生產

3.1 生產許可證辦理

鋼筋混凝土排水管和頂進施工法用的鋼筋混凝土排水管是國家許可產品，然而DN4400和DN4000套管均已超過國家標準規定的適用范圍。為此，生產企業向國家水泥制品生產許可證辦公室的相關專家進行了咨詢，然后在國家質量監督檢驗檢疫總局的官方網站上進行了問題咨詢，得到國家監督檢驗檢疫總局的書面回復。回復意見表明，超出國家產品標準許可范圍的產品可不用辦理生產許可證，但產品質量需滿足企業備案標準的規定要求和產品的合同使用要求。

3.2 產品檢驗

管材生產完成后，按照標準規定對產品進行養護，達到養護齡期后，根據相關單位的要求，委托有資質的第三方檢測機構，依據企業制定的內部控制標準，對生產的DN4400和DN4000鋼筋混凝土管和頂進施工法的鋼筋混凝土管進行了物理性能和其他各項指標的檢驗，檢驗結果滿足設計和工程使用的要求。

4 結語

根據為遼寧省重點輸水工程生產的鋼筋混凝土管和頂進施工法用的鋼筋混凝土管積累的生產經驗和獲得的相關檢測結果表明，超大口徑的鋼筋混凝土管的設計和生產是完全能夠滿足工程使用要求的，對鋼筋混凝土排水管產品拓展市場應用將起到推動作用。隨著大型市政、水利工程的建設，超大管徑鋼筋混凝土管和頂進施工法用的鋼筋混凝土管將迎來新的發展契機，為中國市政、水利事業的發展發揮更加重要的作用。

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1672-2469（2016）01-0098-03

2015-12-08

孫 鈺（1976年—），男，高級工程師。