廊涿干渠工程管道抗滑稳定计算

李丽梅

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

廊涿干渠工程管道抗滑稳定计算

李丽梅

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

通过对廊涿干渠水平弯头、竖向弯头和检修阀井的抗滑稳定进行分析，得出廊涿干渠管道的抗滑稳定措施。对不满足稳定要求的水平弯头，采用在弯头两端焊接直钢管，并在管顶上0.5m以下范围的管道外与开挖基槽间浇筑C15混凝土镇墩的抗滑稳定措施。管道竖向弯头一般应控制在3°以内，通过接头借转实现。对于穿越公路、河流等埋深较大处的竖向转角宜小于15°，可将斜坡段、弯头与水平钢管焊接为整体，以解决竖向弯头的稳定问题。钢筋混凝土阀井一般可用于截断阀的抗滑镇墩。

廊涿干渠；弯头；检修阀井；抗滑稳定

廊涿干渠全线采用2排DN2400～DN2000预应力钢筒混凝土管输水，管道工作压力以桩号LZ26+000为界，上游为0.4MPa，下游为0.6MPa，最大引水流量11m3/s。

根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和SL430—2008《调水工程设计导则》，廊坊市为应急供水工程的重要供水对象。最大引水流量11m3/s。

确定廊涿干渠工程为大（Ⅱ）型调水工程，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物按2级设计，次要建筑物按4级设计。

2 管道抗滑稳定计算

根据GB50332—2002《给水排水工程管道结构设计规范》规定，因铺设方向改变而产生的水推力由弯管段自重（包括弯头自重、管内水重、管顶土重、镇墩自重）、摩阻力和被动土压力共同承担。

根据《水工设计手册》第7册进行弯头抗滑稳定计算，采用如下公式。

式中 f为镇墩或管道与地基间的摩擦系数，取0.25；G为镇墩自重；∑X为作用于水平弯头或镇墩上的水平合力（kN），包括水推力，即作用于水平弯头上的内水压力，弯头内侧主动土压力，弯头外侧被动土压力、摩阻力；∑Y向下为作用于弯头或镇墩上的向下的垂直合力（kN），包括弯头自重、管内水重、管顶土重、镇墩自重；∑Y向上为作用于竖向弯头或镇墩上的向上的垂直合力（kN），主要作用于竖向弯头上的内水压力；K水平弯头、K竖向弯头为抗滑验算稳定性抗力系数，根据《给水排水工程管道结构设计规范》，在水平弯头稳定性计算中，由于弯头外侧土压力按被动土压力计算，要求稳定性抗力系数K水平弯头不小于1.5；在竖向弯头（凸向上）稳定性计算中，没有被动土压力，相当于管道的抗浮计算，要求稳定性抗力系数K竖向弯头不小于1.1。

作用于弯头上的内水压力P：

作用于弯头上的主动土压力Ea：

式中 Do为管道内径 （m）；H为管道设计内水压力水头（m），LZ26+000 上游取 60m，下游取 90m；γw为水的容重 （10kN/m3）；θ为弯头圆心角；γ土为土的容重（19kN/m3）；h管中心为管道中心至地面的距离（m）；φ为土的内摩擦角，取 30°；D为管道外径（m）；L为按弯管中心线计算的弯管长度与两侧焊接直钢管长度之和，转弯半径按1.5Do计；计算公式：

作用于弯头上的被动土压力Ep：

2.1 水平弯头抗滑稳定计算

对不满足稳定要求的水平弯头，采用在弯头两端焊接直钢管，并在管顶上0.5m以下范围的管道外与开挖基槽间浇筑与弯头管件同等长度的C15混凝土镇墩，以增大抗力，避免不均匀应力及沉降，加快施工进度。

廊涿干渠工程水平弯头镇墩标准断面如图1。

图1 水平弯头镇墩标准断面

廊涿干渠各水平弯头抗滑稳定计算如表1，各水平弯头的抗滑稳定措施如表2。表中5，10，15m弯头指弯头两端焊接钢管及承插口，使有效长度为5，10，15m，弯头按 PCCP 管件要求制作，内、外部采用钢丝网水泥砂浆或细石混凝土防腐，端部为PCCP管承插接口。镇墩是指在管顶上0.5m以下的管道外与开挖基槽间浇筑与弯头管件同等长度的C15混凝土，以满足抗滑稳定要求。

表1 各水平弯头的抗滑稳定计算成果

表2 各水平弯头的抗滑稳定措施

2.2 竖向弯头抗滑稳定计算

PCCP管道竖向弯头均控制在3°以内，通过接头借转实现。对于穿越公路等埋深较大处的竖向转角（一般采用15°），将斜坡段、弯头与水平钢管焊接为整体，不存在稳定问题。

经对个别穿越河流、公路等处单独布设的竖向弯头抗滑稳定计算，稳定性抗力系数不小于1.1，满足要求，计算成果如表3。

表3 单独布设的竖向弯头的抗滑稳定计算成果

2.3 检修蝶阀井抗滑稳定计算成果

在检修阀关闭情况下，管内水压产生向上游或下游的水平推力，通过阀基座、阀两侧可传力伸缩节和钢管与阀井壁间的传力刚性环将推力传至钢筋混凝土阀井，阀井通过周围土体抗力达到稳定。单管上设置的检修阀井一般布置在公路穿越出口，检修蝶阀和排水半球阀共用一井，该阀井管顶覆土厚度大，一般在4m左右，阀井深度大，在检修蝶阀关闭状态下稳定满足要求；而双管上设置的检修阀井一般布置在公路穿越进口，与复合式进排气阀共用一井，该阀井处管顶覆土厚度小，一般在2m左右，阀井深度小，单管检修蝶阀关闭时稳定满足要求，设计压力下双管检修蝶阀同时关闭时稳定不满足要求。

计算成果如表4。工程运用中，应避免同一阀井内双管同时加压至1.5倍工作压力。

表4 检修蝶阀井的抗滑稳定计算成果

3 结语

（1）管径、转角、管顶覆土厚度和内水压力是影响弯头抗滑稳定的4个关键因素。

（2）对不满足稳定要求的水平弯头，采用在弯头两端焊接直钢管，并在管顶上0.5m以下范围的管道外与开挖基槽间浇筑C15混凝土镇墩的抗滑稳定措施，不仅可以增大抗力，避免不均匀应力及沉降，并可以加快施工进度。

（3）管道竖向弯头一般应控制在3°以内，通过接头借转实现。对于穿越公路、河流等埋深较大处的竖向转角宜小于15°，可将斜坡段、弯头与水平钢管焊接为整体，以解决竖向弯头的稳定问题。对不可避免出现的单独布设的竖向弯头，除转角应尽量小外，宜根据计算设置混凝土镇墩，在管顶覆土厚度较小时可使弯头长度减小，而且可以避免因管基扰动、管底回填土压实度不够造成的接口位移，从而避免接口渗漏的发生。

（4）钢筋混凝土阀井一般可用于截断阀的抗滑镇墩。对于内压较大、阀井壁厚较薄的，经计算不能满足强度要求时，可采取上下游面加大壁厚措施。当采用阀井作镇墩时，需考虑必要的传力措施，如传力伸缩节和钢管与阀井壁间的传力刚性环等措施。

［1］GB50332—2002，给水排水工程管道结构设计规范［S］.

［2］SL265—2001，水闸设计规范［S］.

［3］SL252—2000，水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.

［4］SL430—2008，调水工程设计导则［S］.

［5］华东水利学院.水工设计手册（第七卷）［K］.北京：水利电力出版社，1989.

［6］河北水利水电勘测设计研究院.河北省廊坊市应急供水工程廊涿干渠工程招标设计报告［R］.2011.

Anti Slide Stability Calculation of Pipeline in Langzhuo Main Canal

LI Li-mei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250，China）

Through the anti sliding stability analysis of the vertical and horizontal bend elbow and valve wells on Langzhuo main canal，we obtain the anti sliding stability measures of the Langzhuo main canal pipeline.To the horizontal bend elbow that does not meet the stability requirements， welding straight steel pipe in the both elbow ends， and pouring anchor block with concrete C15 between excavation of foundation trench and the outside the pipeline below the 0.5 meter range.The vertical elbow should be controlled within 3°， through the joint by turn to achieve.To cross the road， river is buried at the vertical angle should be less than 15°，the slopes， elbow and the horizontal pipe can weld as a whole to solve stability problem of the vertical elbow.Reinforced concrete valve well can be used for anti sliding anchor block of the block valve in general.

Langzhuo main canal；elbow；maintenance valve well；anti sliding stability

TV672+.2

B

1672-9900（2014）04-0017-03

1 工程概况

廊涿干渠自南水北调中线总干渠上的三岔沟口门引水，沿线经过保定市的涿州市、廊坊市的固安县、永清县和广阳区，在西冯家务村西入规划的广阳水库。

廊涿干渠全长80km，在涿州市和固安县境内走向大致为由西向东，在永清县曹家务改为由西南向东北，自永定河泛区王玛村东开始为南北向。

2014-01-23

李丽梅（1972-），女（汉族），河北保定人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13821112531。