超大口径钢筋混凝土管的设计制造研究

孙 钰（辽宁省水利厅，辽宁阜新123114）



超大口径钢筋混凝土管的设计制造研究

孙 钰
（辽宁省水利厅，辽宁阜新123114）

开槽施工方法用钢筋混凝土管和顶进施工法用钢筋混凝土管是市政工程中运用比较广泛的一类混凝土管材，主要应用于城市的排水管网。但随着市政输水工程的不断发展，赋予了大口径钢筋混凝土管新的内涵，不仅仅作为市政排水管道使用，还作为大型压力管输水工程的过路顶管和套管使用，内穿压力钢管，并且口径已经超出现行国家标准所规定的口径范围。对超大口径钢筋混凝土管的设计生产制造的研究，已经成为迫切需要解决的问题。

超大口径钢筋混凝土管；设计；生产制造

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.032

1 工程概况

辽宁省重点输水工程是辽宁省实施的国家级重点工程，承诺打造百年工程，管道要安全运行百年，这对管线的运行质量提出了很高的要求。因此，需对可能影响管线寿命的各环节进行对比分析，穿越公路、铁路的钢管段成为影响管线整体寿命的薄弱环节。由于管线穿越公路、铁路时不能采用沟槽开挖施工，只能顶进施工，钢管无法进行外包混凝土保护；如直接使用钢管顶进，则钢管外防腐层会在顶进过程中出现破损，影响使用寿命；如靠增加钢管厚度来延长管道的运行寿命，又极不经济，且对于大口径的输水管线来说，增加钢管厚度并不能有效解决管线的外部荷载承压问题。

经多方论证，决定使用顶进施工法，用钢筋混凝土管作为钢管的外套管，承受该施工段的管线外部荷载，套管口径较穿越的钢管口径大约600mm，钢管在进行穿越安装过程中其外防腐保护层不会受到损坏，套管与钢管之间间隙可灌注泥浆进行保护，即使钢管的使用寿命不能满足百年要求，对该段钢管进行更换也比较容易实现。

穿越公路顶进施工用钢筋混凝土套管口径包括4400mm和4000mm两种，均已超出国家标准规定的3500mm的范围，因此需根据其使用要求重新进行管型设计与制造，并采取有效的方法验证产品性能的可靠性。

2 钢筋混凝土管的设计

2.1 采用的设计标准

对超出国家标准规定范围的钢筋混凝土管进行结构设计，首先要选择合适的设计规范，能够对所需管材的各项性能指标进行全面的分析计算。国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）和中国工程建设标准化协会标准《给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程》（CECS 143：2002）是我国钢筋混凝土排水管普遍采用的设计规范。

2.2 钢筋混凝土管的主要设计要求

（1）管材施工方法包括顶进施工法（DRCP）和开槽施工（RCP）方法两种。

（2）根据管道施工要求和产品标准，顶进混凝土设计强度等级不低于C50。

（3）合理选择壁厚，通常选用1 /10Di，对于大口径顶管壁厚可适当调整，同一工程项目、同一管径顶管壁厚应能满足不同覆土深度。

（4）DRCP/RCP接口型式和尺寸公差应符合产品标准和招标文件要求。

2.3 钢筋混凝土管的设计条件

（1）管道基本设计参数：DRCP/RCP管道设计内径Di=4000、4400mm；管壁厚度h =380、400mm；保护层净厚度Cs=20mm；单节管有效长度为Lo=3.0m；管道覆土设计取Hs=4、6、8、14、16m。

（2）管基中心角：顶管施工采用135°土弧基础；设计采用120°土弧基础；开槽施工采用90°土弧基础。

（3）管顶土层：土层重度设计取1929kg/m3，地下水位以下取有效重度。

（4）管内水重：本工程施工所用的钢筋混凝土管作为套管使用，管内不直接通水，但设计时按管内满水和空管期间分别计算。水的重度取10kN/m3。

（5）活荷载：采用JTG B01公路-Ⅰ级汽车荷载，与附加荷载不同时作用，取其较大值。

（6）附加荷载：取10kN/m2。

（7）地下水位；地下水位按管顶高程计算，即Zw=Hs。

2.4 钢筋混凝土管主要材料指标

（1）主筋选用牌号CRB550冷轧带肋钢筋，其性能指标满足GB13788-2008《冷轧带肋钢筋》。

（2）纵筋和断面构造箍筋选用牌号为HRB400热轧带肋钢筋，其性能指标满足GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》。主筋搭接接头最小搭接长度不小于30d。

2.5 设计中出现的问题与解决方案

依据设计标准对所需的钢筋混凝土管和顶进施工法用的钢筋混凝土管进行结构设计。在设计过程中出现两个需要解决的问题：一是钢筋混凝土管钢筋骨架的纵筋数量问题，国内现有的大口径钢筋混凝土管钢筋骨架生产设备设置纵筋数量最多为60条，标准对纵筋间距是有构造要求，DN4400和DN4000管材的纵筋数量分别为81条和74条，结构筋对管材的物理性能应不会产生不利影响。对此，钢筋骨架焊制成型后，对超出60条纵筋部分采取二次均布的方式进行配置，同一规格的管材试制生产了两种不同数量纵筋骨架，并对生产的管材进行了相关物理性能的试验，试验结果显示，两种管材的荷载性能基本相同，调整纵筋布置对管材的结构性能不会产生不利影响。二是钢筋混凝土管钢筋骨架的环筋间距问题，对于个别高工况的管材来说，根据设计核算出来的配筋面积较大，单筋配置时环筋间距不能够满足标准要求，因此参考其他相关标准和相关工程实例，决定采用双并筋，即将两根钢筋并在一起布置，使得双并筋之间的间距能够满足标准规范的要求。

设计中出现的问题解决后，正式提交所需管材结构设计文件，并报审监理机构和第三方有资质单位对设计结果进行了复核，并根据批复的设计结果进行生产。

鉴于以上两种规格的管材均已超出国家标准规定的范围，现有产品相关的控制标准不能用于生产指导，为此，生产单位参考相关的钢筋混凝土排水管产品标准制订了企业标准，并报当地技术质量监督局进行了标准备案。

3 钢筋混凝土管的生产

3.1 生产许可证办理

钢筋混凝土排水管和顶进施工法用的钢筋混凝土排水管是国家许可产品，然而DN4400和DN4000套管均已超过国家标准规定的适用范围。为此，生产企业向国家水泥制品生产许可证办公室的相关专家进行了咨询，然后在国家质量监督检验检疫总局的官方网站上进行了问题咨询，得到国家监督检验检疫总局的书面回复。回复意见表明，超出国家产品标准许可范围的产品可不用办理生产许可证，但产品质量需满足企业备案标准的规定要求和产品的合同使用要求。

3.2 产品检验

管材生产完成后，按照标准规定对产品进行养护，达到养护龄期后，根据相关单位的要求，委托有资质的第三方检测机构，依据企业制定的内部控制标准，对生产的DN4400和DN4000钢筋混凝土管和顶进施工法的钢筋混凝土管进行了物理性能和其他各项指标的检验，检验结果满足设计和工程使用的要求。

4 结语

根据为辽宁省重点输水工程生产的钢筋混凝土管和顶进施工法用的钢筋混凝土管积累的生产经验和获得的相关检测结果表明，超大口径的钢筋混凝土管的设计和生产是完全能够满足工程使用要求的，对钢筋混凝土排水管产品拓展市场应用将起到推动作用。随着大型市政、水利工程的建设，超大管径钢筋混凝土管和顶进施工法用的钢筋混凝土管将迎来新的发展契机，为中国市政、水利事业的发展发挥更加重要的作用。

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1672-2469（2016）01-0098-03

2015-12-08

孙 钰（1976年—），男，高级工程师。