公路钢筋混凝土圆管涵管身外压荷载标准探讨.docx
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公路 钢 筋 混凝 土 圆管 涵管身 外压 荷载标 准探 讨谢承安 , 张作 刚(湖南 省交通规 划勘察设 计院 , 湖南 长 沙 410008)摘 要 : 该 文指出 了 目前采用 国家标 准 进 行 圆 管 涵 管 身 三 点 法 外 压 荷 载 试 验 的 不 足 之处 ,通 过分析研 究和计算 ,按照 公路行业 标准并 结 合 湖 南 省 交 通 规 划 勘 察 设 计 院 圆 管 涵 通 用 图 ,提 出了各种 规格圆管 涵管节不 同填土高 度 下 的 三 点 法 外 压 荷 载 检 验 标 准 值 ,作 为 公 路 项目钢筋混凝 土圆管涵 成品管的 质量评定 参考 关键词 :公 路 ; 钢筋混 凝 土圆管涵 ; 外压 荷载 ; 标准件和 范围进行说 明 ,并 通过分析研 究 ,按 照公路行业 标准并 结合湖南省 交 通 规 划 勘 察 设 计 院 圆 管 涵 通 用 图 , 详细 计算出公路 行业的各种 规格圆管涵 管节不同填 土 高度 的三点法外 压 荷 载 标 准 的 控 制 值 ,作 为 成 品 管 的质量 评定参考 ,以满足 目前公路建 设的需要 1 前 言钢 筋混凝土圆管 涵 由 于 原 材 料 来 源 广 ,制 作 工 艺较简单 ,造价 低廉 ,集 中 预 制 程 度 高 ,施 工 运 输 方 便 等 独 特优 点 ,被 广泛 应 用 于 公 路 建 设 中 。
随 着 近 年 来 公 路建设 特别是高速 公 路 建 设 迅 猛 发 展 ,对 公 路 质 量 控 制要求 越来越高 ,如 何 有 效 地 控 制 圆 管 涵 管 节 在 预 制 过程中 的质量成为 保证公路 施工质量的 基本措施 公路行业 工程质量检 验中对钢 筋混凝土圆 管涵预制管 节 目前尚 无整管出厂 前 的 荷 载 检 验 方 法 及 标 准 ,交 通 部 颁 布的 公路行业 规 范 《 公 路 工 程 质 量 检 验 评 定 标 准 》 (J T G F80/ 1 - 2004) 中 ,对 钢 筋 混 凝 土 圆 管 涵 预 制 管 节仅规 定了材料要 求 、 混 凝 土 强 度 检 验 和 外 观 鉴 定 标准 ,以达到控 制质量的 目的 ,不进行破坏 性试验 而 在 公路施 工项目中 ,许 多 建 设 单 位 为 进 行 成 品 管 的 质 量 评定 ,要求 按 照 国 家 标 准 《 混 凝 土 与 钢 筋 混 凝 土 排 水 管 》 ( GB/ T 11836 - 1999) 对预制 的圆管涵 管 节 采 用 三 点试验 法进行破坏 性 抽 样 检 验 ,但 由 于 建 筑 行 业 和 公路工程 行业标准中 规 定 的 计 算 方 法 不 同 ,计 算 指 标 间 不能完 全等效 ,再加 上 对 该 标 准 的 适 用 条 件 和 范 围 不 清楚 ,直接按 照其规 定 的 裂 缝 荷 载 及 破 坏 荷 载 标 准 进 行鉴定 是不科学的 ,因 此 按 照 该 标 准 的 控 制 值 易 产 生 错误的 结论 ,其结果 导 致 一 部 分 合 格 管 将 会 标 定 为 不合 格 ,造成大 量的 浪 费 。
本 文 旨 在 对 该 标 准 的 适 用 条2 《 混凝 土 与 钢 筋 混 凝 土 排 水 管 》 ( GB/T 11836 - 1999) 简介(1) 适 用 条 件 和 范 围 ( 本 文 仅 指 钢 筋 混 凝 土 排 水管 ,混凝土 管略 ,以下同 )该标 准 规 定 了 产 品 分 类 、 技 术 要 求 、 检 验 方 法 、 检 验规 则和标志 、 包装 、 运输 、 贮存 ;适用于 离心 、 悬辊 、 立 式 震 动成型的钢 筋 混 凝 土 管 ; 适 用 于 雨 水 、 污 水 、 引 水及农 田排灌等重 力管道的管 子 (2) 管 材分类及级 别 管材按外压 荷载将钢筋 混凝土管 分 为 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 共3 级 ,俗 称 为 Ⅰ 级 管 、 Ⅱ 级 管 、 Ⅲ 级 管 Ⅰ 级 管 设 计 条 件为 180°混 凝 土 基 础 , 6 m 覆 土 ; Ⅱ 级 管 设 计 条 件 为90°土 或砂基础 ,3 . 5 m 覆土 ; Ⅲ 级 管 设 计条 件 为 90°土 或砂 基础 ,5 . 5 m 覆 土 3 级 管 的 管 顶 地 面 上 活 荷 载 均考 虑汽车 - 20 级 或 地 面 上 堆 积 物 10 kN/ m2 ( 取 大 值 ) 。
其规 格 、 外 压荷载级别 和内水压力 分别见表 1 3) 试 验方法及 检 验原则该 标准除类同 于公路行业 规范 进 行 混凝 土 抗 压强收稿日 期 :2006 - 11 - 25作者简 介 :谢承安 ,男 ,高级工程 师 . E - mail :zzghnjt @163 . co m 114 中 外 公 路 27 卷表 1 钢筋 混凝土管 规格 、 外压荷载 级别和内 水压力I 级管 Ⅱ 级 管 Ⅲ 级管公称内 有效长裂缝荷载 /破坏荷载 /裂 缝荷载 /破 坏荷载 /裂缝荷载 /破坏荷载 /壁厚t ≥/ mm内水压力/ M Pa壁 厚t ≥/ mm内 水压 力/ M Pa壁厚t ≥/ mm内水压力/ M Pa径 D0/ mm度 L ≥/ mm kN ·m- 1 kN ·m- 1 kN ·m- 1 kN ·m- 1 kN ·m- 1 kN ·m- 12003004005006007008009001 0001 1001 2001 3501 5001 6501 8002 0002 2002 4002 6002 800303035 (40)42 (50)50 (55)55 (60)65 (70)70 (75)75 (85)85 (95)90 (100)105 (115)115 (125)125 (140)140 (150)155 (170)175 (185)185 (200)22023512151721252833374044485560667280849010411218232632384250566066728390991101201301401561683030405060708090100110120135150165180200220230235255151927324047546169748190991101201341451521721852329414860718192100110120140150170180200220230260280303040506070809010011012013515016518020022023023525519293949606777879410811913415116618320422725027229629445974901001151301411621792012262492743053403764074451 000 0 . 06 0 . 10 0 . 103 000 250 120 180 275 198 300 275 317 475 注 :括 号内数值为 推荐壁厚度 、 外 观 质 量 、 尺 寸 、 内 水 压 力 检 验 外 , 还 提 出 应 按 ( GB/ T 16752 - 1997) 中 5 . 4 及 附 录 B 的 规 定 进 行 三 点法外 压试 验 ,见 图 1 。
其 中 裂 缝 荷 载 为 试 验 时 产 生0 . 2 mm 裂缝 宽 度 时 的 外 压 荷 载 , 破 坏 荷 载 为 管 子 失 去承载 能力时的外 压荷载 路规 范进行设计 的管节均很 难达到该标 准合格品的 要求 ,如果按 标准要 求 控 制 将 造 成 大 量 管 节 的 报 废 针 对这 个问题 ,通过进一 步比较和研 究 ,发 现主要原因 在 于以 下几方面 1) 计 算方法不同 该标准的确 定主要来源 于建筑行 业 的规范 在 建筑行 业中对于同 种类型涵管 的荷载和内 力计算与公 路 行业 的相关规定 不一样 首 先两行业对 管节的外部 荷 载 (垂直土 压力 、 侧 向 土 压 力 、 车 辆 荷 载 引 起 的 垂 直 压 力和 侧向压力以 及管节自重 等 ) 计 算方法不同 ;其次 建 筑行 业设计规范 关于刚性座 垫上圆管涵 的内力计算 基于管 体与座垫紧 密 粘 合 ,将 管 体 与 座 垫 视 为 整 体 联 合 结构 的基本假设 ,根 据 弹 性 中 心 法 求 解 变 断 面 环 状 拱 圈的 截面内力 ;而公 路 行 业 设 计 规 范 规 定 的 计 算 方 法 是忽 略管壁环向 压 力 及 径 向 剪 力 ,仅 考 虑 管 壁 上 的 弯 矩 ,根据结 构 力 学 方 法 计 算 各 种 荷 载 作 用 下 的 弯 矩 。
两行 业按规范的 计算结果一 般建筑设计 规范方法计 算 值为 公路设计规 范计算值的 1 . 2 倍 (见文献 [ 5 ]) 2) 设 计条件不同图 1 计算的 加荷方式3 使 用该标 准存在的 问题在 公路建设过程 中 ,许 多 建 设 单 位 提 出 目 前 公 路上圆管 涵预制管节 按 该 标 准 进 行 质 量 控 制 ,并 提 出 按 Ⅱ 级管 的标准进 行 破坏性试 验 经试验 后发现按照 公 2 期 公路钢筋 混凝土圆管 涵管身外压 荷载标准探 讨 115 该 标 准 Ⅱ 级 管 的 设 计 条 件 规 定 为 90°土 或 砂 基础 ,3 . 5 m 覆 土 , 管 顶 地 面 上 活 荷 载 均 考 虑 汽 车 - 20 级或地 面上堆积物 10 kN/ m2 (取大值 ) ;而公路行业 设 计采用 的设计条件 为 180°混 凝 土 基 础 ,管 顶 填 土 高 度 为 0 . 5～ 12 m ,管 顶 地 面 上 按 不 同 等 级 公 路 对 应 的 汽 车荷载 标准计算 为方便施 工公路行业 设计时分别 采用按 0 . 5～ 4 m 、 4～ 8 m 和 8～ 12 m 的 3 种分级 。
公 路施工中如 按 Ⅱ 级管 标准进行三 点法外压荷 载试验 ,首先因 管基与设 计不符 ,而标准中 管基的不同 差异 很 大 ,如 D0 = 1 000 mm 时 , Ⅰ 级管 的裂缝荷载 为 40 kN/ m 、 破坏荷 载为 60 kN/ m , Ⅱ 级管 的裂缝荷载 为 69kN/ m 、 破坏荷载 为 100 kN/ m ; 其 次 管 顶 填 土 高 度 在 标准中 是固定值 ,而公 路设计中有 三种不同的 分级 ;再 者由于 标准中管顶 地 面 上 的 荷 载 也 是 固 定 值 ,而 公 路 设计中 按不同等级 公路进行 区分 因此 在进行公路 圆 管涵预 制管节的破 坏性试验 中采用 Ⅱ 级 管的标准不 适宜 同 理 ,完 全采用 Ⅰ 级管的标准 也不适宜 管涵 预制管节进 行 破 坏 性 试 验 ,就 不 能 完 全 按 照 标 准规定 的外压荷载 级别进行检 验 但由于 目前施工时 对 大量 钢筋混凝土 圆管涵管节 的质量控制 需进行三点 法 外压 荷载试验 ,因此 笔 者 尝 试 在 满 足 公 路 行 业 规 范 的 前提 下 ,通 过计算适 当 调整外压 荷 载标准的方 法 ,以 解 决施 工质量控制 问题 。
主要 思路如下 1) 外 部荷载按 (公路桥 涵设计手 册 )《 涵 洞 》 的 计算方 法 进 行 计 算 : 求 出 控 制 设 计 弯 矩 M j 、 裂 缝 宽 度δmax 和 0 . 2 mm 裂缝时截面 控制弯矩 M0 . 2 ;其中允许 裂 缝宽 度值按 0 . 2 mm 计算 2) 采 用文献 [ 3 ] 、 [ 4 ]中 介 绍 的 弯 矩 转 换 系 数。
