淺談輸水管道埋深確定

□郝國紅

淺談輸水管道埋深確定

□郝國紅

本文分析輸水管道埋深需滿足抗凍、抗沖刷、上部耕種等要求，同時還應(yīng)滿足施工完成尚未通水階段及檢修階段的抗浮要求，提出管道埋深確定的意見。

輸水管道；埋深

埋地輸水管道的埋深確定是管道設(shè)計很重要的一個內(nèi)容，埋置深度是否合理，直接關(guān)系到工程的投資及工程安全。管道埋深越小，土方開挖、回填量越小，工程投資越低，但易引起管道凍脹破壞、沖刷及管道上浮問題，管道埋深越大，工程投資就相應(yīng)增大。因此，在輸水管道設(shè)計中，設(shè)計人員一定要從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)方面進(jìn)行比選，以確保在工程安全的前提下節(jié)省投資。

1.管道埋深影響因素

1.1 抗凍

土體中的水分在凍結(jié)和融化過程中引起了土的力學(xué)性質(zhì)和體積的變化，土中的水在凍結(jié)過程中產(chǎn)生膠結(jié)力和凍脹力，使水和土膠結(jié)在一起，在土中的水變成冰的同時，其體積膨脹，產(chǎn)生土體位移，膨脹的土體在外界的約束下形成凍脹力，當(dāng)凍土融化以后，土體縮小，強(qiáng)度降低，又會使土體產(chǎn)生熱融沉陷。凍土對管道的影響主要表現(xiàn)在土體的凍脹對管道的危害，主要有以下兩方面：由于沿管線長度方向的不均勻凍脹使管道產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，地下管道連接點(diǎn)在切向凍脹力作用下產(chǎn)生破壞，如果處理不當(dāng)，會對工程產(chǎn)生很大的危害。設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)收集到的工程區(qū)范圍的水文、氣象等資料，確定工程區(qū)的凍土深度，并盡可能保證管頂埋深埋設(shè)于凍土深度以下，防止管道發(fā)生凍脹破壞，當(dāng)然，對于極度嚴(yán)寒地區(qū)，若凍土深度非常大，將管道埋設(shè)于凍土以下投資也將大大增加，此時應(yīng)對埋深進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，必要時也可將管道部分或全部埋設(shè)于凍土中，但應(yīng)對管道采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防破壞。

1.2 抗沖刷

對于穿河段，行洪后河道會有一定程度的沖刷，特別是對某些沖刷深度較大的河流，沖刷后管頂埋深減小，有可能將管道沖出甚至沖毀，嚴(yán)重危害工程安全。設(shè)計過程中應(yīng)首先進(jìn)行水文分析，確定河道沖刷計算標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)地質(zhì)勘察資料揭露的土層情況，計算河道的沖刷深度，保證沖刷之后管頂以上覆土深度滿足要求。

沖刷深度計算公式可采用《鐵路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（TB10017-99）中推薦的公式，可分別進(jìn)行粘性土河道及非黏性土河道的沖刷計算。

非黏性土河槽的沖刷計算公式：

式中：

hp—沖刷后最大水深（m）；

hmc—沖刷前最大水深（m）；

Bc—橋下河槽部分橋孔過水凈寬（m）；

Qc—橋下河槽部分通過的設(shè)計流量（m3/s）。

1.3 抗浮計算

在施工完成尚未通水階段或放空管道檢修階段，地下水位較高的管段輸水管道受浮托力作用，因管內(nèi)無水，垂直向下的作用力僅為管頂以上土壓力及管道自重，垂直向上作用力為浮托力，此時需進(jìn)行抗浮驗算，根據(jù)《給水排水工程埋地鑄鐵管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》CECS142：2002，抗浮系數(shù)需滿足不小于1.1的要求，抗浮系數(shù)計算公式如下：

式中：

∑FGK—各種抗浮作用力標(biāo)準(zhǔn)值之和；

Ffw,k—浮托力標(biāo)準(zhǔn)值。

1.4 上部耕種

管道埋設(shè)于農(nóng)田中時，埋設(shè)深度需滿足植物生長要求，設(shè)計之前應(yīng)收集管線沿途地塊種植類型，查詢相關(guān)資料，并征求當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、土地部門的意見，確定滿足種植深度要求的最小管頂埋深，保證施工結(jié)束完成復(fù)墾后農(nóng)作物耕作及產(chǎn)量、質(zhì)量均不受影響。

2.管道埋深確定

根據(jù)以上計算、調(diào)查及分析結(jié)果，最終確定管頂最小埋深。在實(shí)際設(shè)計過程中，應(yīng)基本按確定的最小埋深進(jìn)行管線縱斷面布置，但考慮局部地面在短距離內(nèi)高低起伏，如果嚴(yán)格按照計算埋深進(jìn)行控制，會增加彎頭用量及施工難度，沿線的排氣井、泄水井及檢修井等附屬建筑物也會相應(yīng)增加，給工程的運(yùn)行管理帶來不便，因此某些管段只需控制最小埋深滿足要求，局部地段可大于計算值，盡量保證管道縱向順直。

3.結(jié)束語

綜上所述，管道的埋深控制需考慮多方面因素，本文所述為一般地段的埋深確定因素，實(shí)際工程中如遇公路、鐵路等還應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，在具體設(shè)計過程中應(yīng)綜合分析、分段選取，爭取做到經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、運(yùn)行安全?！?/p>

2016-05-06

郝國紅,女，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院,工程師。