管道结构设计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇管道结构设计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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中图分类号： TU81 文献标识码： A 文章编号：

一、水龙头防冻裂结构的防冻裂原理分析

因外接结构与水龙头的防冻裂结构和原理相同 下面仅以水龙头的防冻裂结构为例来阐述它们的防冻裂原理

1、常温下防冻裂结构的密封与调节

如图1 所示 常温下 亦指气温处于水的冰点以上温度 管道内的水处于液体状态 我们此时可根据管道内的水压来调节弹力调节压块12 的松紧 当拧紧弹力调节压块12 时 弹力调节压块12 将压缩弹簧10 通过弹簧10 的弹力作用实现作用力向顶针11 的传递 当弹簧10对顶针11 和橡皮密封垫9 的作用力大于或远远大于水龙头体内的水对顶针11 和橡皮密封垫9 的作用力的时候 橡皮密封垫9 便会被压紧在防冻裂结构的出水口平台上 从而实现水龙头防冻裂结构的常温常闭密封状态需要注意的是 当在拧紧弹力调节压块12 的时候要注意弹簧的弹力大小要适度O 在刚好密封的前提下,可根据弹簧的刚度大小适当再拧紧一点就可以了, 不宜太紧,否则,时间一长,弹簧容易因疲劳而失去弹力作用,从而直接影响防冻裂结构的密封效果。

2、低温下防冻裂结构的防冻裂原理

当气温骤降至零度以下甚至更低,此时的水龙头体内的水就会结冰,水一旦结冰后即会引起水龙头体内水的体积膨胀,当膨胀后的冰水对图1 所示的橡皮密封垫9和顶针11 的推力大于弹簧10 对顶针11 和橡皮密封垫9的压力的时候,顶针11 和橡皮密封垫9 即被推开O 这样,水龙头体内因体积膨胀而产生多余的冰水即会由防冻裂结构的出水口流到其下方的储备空间, 若溢出的水量较大,水还可以通过弹力调节压块12 和封盖13 的小孔溢出水龙头体外,从而确保水龙头及防冻裂结构不会被冻裂。如果考虑到溢出的水不影响水龙头的体外环境,或者当冰解冻时不会造成水资源的浪费, 我们可以在产品的结构设计时采用下列方法来解决: ( 1) 将封盖13 的小孔改为盲孔,同时增大防冻裂结构的储备空间;( 2)若管道较粗,考虑速冻时可能有更多的水溢出,我们可以在外接的圆周方向增设更多的防冻裂结构。

3、温升解冻后防冻裂结构的自动复位

当气温回升冰体解冻时,顶针11 和橡皮密封垫9 便会在弹簧的弹力作用下自动复位, 从而恢复防冻裂结构初始时的常温常闭密封状态。

二、管道防冻裂阀门

1、防冻裂阀门的结构

这种阀门是在阀体内的两端分别设计一个胎腔，在每个胎腔内分别装一个橡皮制成的气胎，气胎类似自行车内胎，胎体具有较强的伸缩能力，胎内充满气体。

下面结合图1～5对该种阀门进一步说明(仅以闸阀阀体一例说明，其它阀门与此相同)。图1是阀体的结构示意图；图2是阀体的正剖视图；图3是图2的A—A剖视图；图4是气胎结构图；图5是图4的B．B剖视图。图中：①阀体、②胎腔、③铜环、④气胎。在图2中胎腔②与阀体①为一整体。图中，r2为胎腔腔体小半径，r4为气胎圆环小半径，r2=r4，R1

为阀门进口半径，R2为胎腔大圆半径，Ii4为气胎小圆中心线的半径。使用时气胎④装入胎腔②。

2、防冻裂阀门的工作原理

防冻裂阀门巧妙地利用水和气体的体积随温度变化的物理特性设计而成，水随着温度的降低、结冰，它的体积会逐渐膨胀，因而对密闭的阀门产生很大的压力，而气体却恰恰相反，随着温度的降低和压力的增大，它的体积会急剧缩小，而且气体相对水非常活泼，它的收缩程度远远大于水的膨胀程度，所以安装在阀体内的气胎随着阀体内水的结冰膨胀，会迅速收缩，让出空间，完全容纳了冰的膨胀部分，彻底消除了冰的膨胀部分对阀体的压力，从容地保护了阀体。而阀体内不设置气胎的一般普通阀门，由于其阀体内没有调节空间，当水随温度的降低、结冰，体积膨胀时，膨胀所产生的压力将全部作用于力，以至阀体不能承受而被胀破，造成阀门报废和管道泄漏事故。

3、防冻裂阀门的工作过程

阀门装于管道上正常使用时，气胎保持鼓起状态，当管道内的液体(水)随温度的降低、凝固、膨胀时，气胎内的气体的体积则因温度的降低和压力的增大而大幅缩小，加之胎体有较好的伸缩性，使水结冰后的膨胀部分进入胎腔，从而抵消了由于冰的膨胀对阀体的巨大压力，使阀体得到保护而不被胀破。随着温度的回复，冰体溶化，水的体积减小，胎内气体的体积随之增大，直到恢复原状。

三、电热防冻解冻阀的防冻解冻设计原理

1、常温状态下电热防冻解冻阀的压力调节

如图2，当水温处于冰点以上温度时，此时可根据管道内的水压大小调节弹力调节压块20的松紧，活塞3则在弹簧7的弹力作用下克服水压对它的作用力后顶靠在塑料内衬21的凸台上。此时两触点断开，电路不导通，电热器24不工作。要特别注意的是：弹力调节压块20的松紧度调节要适中。在刚好将活塞3顶靠在塑料内衬4的凸台上的前提下，可根据弹簧7的刚度大小适当再拧紧一点就可以了。活塞不宜调得太紧，否则弹簧会被过度压缩，时间一长，弹簧容易因疲劳而失去弹力作用。弹力作用一旦减弱，水压就会推动活塞3和塑料滑杆21下移。下移量过大，塑料滑杆21会造成行程开关的非正常接合，使得电路导通，电热器24就会在常温状态下不停加热。调得太松，弹簧7的弹力不够，活塞3则不能克服水压作用顶靠在塑料内衬4的凸台上。如果活塞离凸台的距离超过静触头可调支架10允许的极限数值时，即使我们将静触头可调支架10调节到长条孔右侧的极限位置，也不能将使行程开关的两触点断开，此时拆卸阀门重新调节弹力调节压块20则在所难免。

2、低温时电热防冻解冻阀的防冻解冻原理

当管道内的水处于冰点以下温度时，水一旦结冰即会引起管道内水的体积膨胀，当膨胀后的冰水对活塞3的作用力大于弹簧7对活塞3的作用力，活塞3即会下移(因为⋯0’型密封圈的密封作用，冰水不会渗透到活塞下方，从而保证了控制线路安全和电热防冻解冻阀的体外环境)。随着冰水体积的不断膨胀，活塞3连同塑料滑杆21亦不断下移。当行程达到静触头可调支架l 0设定的数值时，动触头簧片9便在塑料滑杆21的锥形部位推移下实现动、静两触头的接合。此时电路导通，氖管启辉，电热器24开始加热。随着加热后水温的不断升高，水中的冰即被溶化。在此过程中，管道内的冰水体积不断缩小，活塞3和塑料滑杆21便在弹簧7的弹力作用下不断上移，直至两触点脱开，电热器24才会停止加热，从而实现低温时电热防冻解冻阀对自来水管道设备的防冻和解冻功能。

3、电热防冻解冻阀设计的有益效果

(1)电热防冻解冻阀的设计成功，不仅解决了自来水管道设备的防冻裂问题，而且还具有自动解冻功能，能有效防止自来水管道设备在低温时的水结冰现象，从而保证了管道设备在低温时的水流畅通，实现用户的即时使用。

(2)图2所示电热防冻解冻水龙头仅是电热防冻解冻阀作为其他管道设备附属结构的实施例之一。电热防冻解冻阀在实现与水表、闸阀和水龙头等管道设备的一体化设计之后，对简化管道设备安装、缩小电热防冻解冻阀在管道中的空间占用，及其对主体结构的直接防冻和解冻起着十分重要的作用。

(3)本结构设计即便是在断电的情况下，仍能实现管道设备的防冻裂要求。

(4)本结构设计也可以通过去除电热器及其他电路控制部元件将其简化为一般的防冻裂结构。

(5)本文设计的电热防冻解冻阀不但适合在自来水管道中使用，还可以在小型密封水箱、间断性使用的机械或实验设备的水冷却管道中推广使用。

(6)本结构设计与现有的自来水管道设备的防冻(裂)装置相比，具有结构简单、投资少、安装使用方便及性能可靠等优点。

【参考文献】

[1]任继德.刘少辉寒区低压塑料管道在浅埋输水灌溉工程中的应用[期刊论文]-黑龙江水专学报2003,30(3)

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中图分类号TG453 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0121-02

1 完全胀型成型蜗壳模具的设计

蜗壳模具是生产蜗壳的重要设备之一。不锈钢冲压焊接管道泵及单级离心泵的工艺制造难度很大，至今只有日本EBARA公司、美国ITT公司能够生产。由于水力设计和工艺设计不尽完善，产品涡室的胀型不到位，泵的性能并不好。水力性能上，主要表现为偏工况运行，俗称“大马拉小车”或高比转速低用，电机配置功率大，泵的运行效率低，时有电机超载损坏的情况发生。

图1是日本EBARA公司的3M40-160/4.0不锈钢冲压焊接单级离心泵的性能曲线。设计流量为25m3/h，但最高效率点的流量在40m3/h以上。图2是前期仿制产品CYB65-50-160型不锈钢冲压焊接单级离心泵的性能曲线，流量加大到50m3/h时效率仍不下降，偏工况现象均十分严重。成型工艺上为保证水力性能，要求蜗壳必须360°全断面完全胀型，并且蜗壳出口弯颈要求扩散回收动能。日本产品的蜗壳采用的是半螺旋式的部分断面不完全胀型，弯颈用圆管断面进行过渡。而美国ITT公司3500型不锈钢冲压焊接单级离心泵蜗壳根本不胀型，为一圆筒，出口管为一段直管，所以EBARA和ITT的冲压焊接泵的水力性能均不理想。主要原因是蜗壳的成型工艺十分困难，一种蜗壳需要48套模具，工装夹具费100多万元。最后不得不用较为容易制造、成本也较低的不完全胀型或不胀型替代，但影响了水泵的效率和汽蚀性能。

不均匀、不对称、360°全断面完全胀型是粘性设计的技术特征，但这种技术特征冲压成型非常困难，日本专利是部分断面的不完全胀型。

图3是日本专利产品的成型原理，利用这种对半式、部分断面不完全胀型不仅生产效率低，而且也不能满足粘性流技术特征要求的全断面完全胀型。

图4所示为荷花瓣式的自动分合的组合模具，从上部加力，利用侧向力使模具收拢，由于分成4瓣~8瓣，蜗壳涡线为全断面渐开线凹模，能够准确加工。底部有导杆及底板模，向下继续加力时，导杆下移，上盖板下压，聚氨酯橡胶在上下盖板挤压下侧向变形，使不锈钢钢板紧贴凹模成型，泄压时模瓣中弹簧使模瓣自动分开，胀型的壳体自动弹出，生产效率很高，质量达到要求。

2 管道泵的结构设计

现一般的管道泵普遍存在流部件结构复杂，产品笨重，材料消耗大；泵的水力性能也不够理想，偏工况运行，效率低等问题。经分析认为：低比转速离心泵，流道窄长，粘性产生的水力损失大，效率低。而粘性增大必将引起进、出口流道堵塞，从而偏离设计工况。

图5 泵结构示意图

针对上述问题，本文在传统的管道泵的结构基础上，设计一种蜗壳完全胀型的，能有效提高泵水力性能的高效泵结构，如图5所示。

其特征在于：泵体由呈桶状结构的内、外缸构成，内缸连通进水管，外缸连通出水管，内缸同轴设于外缸内通过在内、外缸底部互相固定连接，内缸开口端低于外缸开口端，内缸开口端向上依次同轴设有导流部件、叶轮、排气部件及安装在外缸开口端的泵后盖。

所述的叶轮为轴向吸入、径向排出的离心叶轮，导流部件为一整体冲压成型的盘状结构，盘底与内缸开口端密封，盘底中心设有与叶轮前端入口对应密封的进水口，叶轮同轴设于盘状的导流部件内，导流部件周壁设有与叶轮的径向排出口对应的导流叶片。

所述的导流部件周壁均匀冲压为多段，各段周壁为沿圆周同一方向径向向外增大的弧形导流叶片，每两相邻导流叶片之间由径向差形成一沿轴向向下的出水孔，盘状的导流部件开口处向外冲压有盘沿。该弧形导流叶片弧线分布与叶轮转动方向对应，提高出水效率。

所述的外缸内壁对应导流部件盘沿设有凸台，盘沿放置于凸台上以支撑导流部件，该凸台与内缸开口端的轴向距离等于导流部件的轴向深度。

3 产品应用情况

该产品在北京科技发展有限公司水处理回收，环保节能应用等方面，广州雅韶泵业有限公司食品行业水处理方面，张家港市东晨物资有限公司高纯度净水系统方面，杭州德士比泵业有限公司水供应系统的技术应用等方面到得到了很好的应用，直接或间接产生了较好的经济效益。

4 结论

1）由于底座、泵体、导流部件与叶轮等全部过流部件都是通过冲压焊接成型的，因而与铸造泵相比，整体结构轻巧，重量大大减轻，节省材料效果明显；水泵运行的可靠性大大提高。铸造泵相比，整体结构轻巧，重量减轻75%，节省材料效果明显；水泵运行的可靠性大大提高，效率提高3%~8%；

2）采用在叶轮径向出口的导流方式，并对导流部件的进行特殊设计等措施，使得传送的液体流动更通畅，水力性能好，效率高。外缸的周壁上及底部分别设置外缸和内缸的排水孔、密封圈、螺钉，可以把内缸的水完全放空；

3）导流部件为一体冲压结构，与现有的冲压泵相比，保证了导流部件具有足够的强度、刚度和精度，安装方便，提高了产品的可靠性，同时也延长了产品的使用寿命；

4）叶轮入口处采用密封环活动密封结构，不仅密封效果好，提高了泵的水力效率；而且降低了制造、安装难度，提高了生产效率；

5）外缸的周壁上及底部分别设置外缸和内缸的排水孔、密封圈、螺钉，可以把内缸的水完全放空。

参考文献

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前言：建筑给排水设施, 是保证城市地面水及时排除, 防治城市水污染, 并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施, 我国排水工程建设初创于50年代, 到80年代以后, 随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,建筑给排水设施建设得到较快发展, 但建筑给排水设施普遍存在各种问题, 如防洪排水能力不足; 平坦地区的排水管渠的坡度偏小, 易淤积; 部分地区的排水设施不成系统, 易形成内涝等。造成这些问题的原因, 有设计不合理, 日常管理不到位, 自然条件变化等。通过对许多工程设计的总结, 我们认为, 建筑给排水工程设计能否更好地避免这些问题的发生, 做到经济合理, 运行安全,受市政给排水工程规划的影响较大。

1、现场踏勘

给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。

2、测量和地勘要求

要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。

2.1 勘探点间距和钻孔深度

勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。

2.2 提供勘探成果要求

划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。

3、结构设计内容

3.1 结构形式

管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。

一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。

3.2 结构设计

根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。

对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。

3.3 敷设方式

敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。

3.4 抗浮稳定

有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。

3.5 抗震设计

3.5.1 场地和管材的选择

确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构,并有相应的构造措施,尽量避免严重破坏。

3.5.2 构造措施

承插管设置柔性连接;砖石砌体的矩形、拱形无压管道,除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外,一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形,提高管道的抗震性能;圆形排水管应设置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用钢丝网水泥带,液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管;管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料,若管道必须与墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接;管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。

(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面,选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上,划分地质单元并注明桩号和基底高程,标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分),确定需处理的范围,针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有:换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。

(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道,应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。

4 给排水管道设计中的其他问题

4.1 在用户管线出口建立格栅

中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。

4.2 在检查井井底设置沉淀池

中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉30～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

4.3 在检查井内设置闸槽

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湖北省孝感市大悟县芳畈水库至城区应急供水工程包括取水工程和引水工程两部分。其中取水工程采用泵船取水，配备三台水泵，两用一备；引水工程采用DN700（k9级T型接口）球墨铸铁管和碳钢管，输水管道从水源地芳畈水库开始，沿芳新线、S243省道、城关镇南路、澴河西路进入大悟县老水厂，通过已铺设界牌水库至大悟县城引水管道进入二水厂。管道总长约23公里，沿线多次穿越河道、S243省道和复杂地形及不良地质地段等，存在诸多结构安全问题，现就本工程设计施工过程中遇到的主要结构问题予以探讨。

1. 管道抗浮验算

2. 水平弯管支墩设计

上式中，为支墩抗推力侧的被动土压力标准值；为支墩迎推力侧的主动土压力标准值；为水平向支墩滑动平面上摩擦力标准值；为支墩抗滑稳定性抗力系数，不小于1.5；为水平向支墩承受截面外推力对支墩产生的水压合力标准值；为土壤内摩擦角；和分别为地下水位以上的原状土重度和回填土重度；和分别为支墩底和支墩顶在设计地面下的深度；和分别为支墩被动土压力和主动土压力侧支墩长度；为支墩的重量；为支墩顶部覆土的重量；为土对支墩底部的摩擦系数；为管道接口设计内径；为管道设计内水压力；为弯管角度。

3. 复杂环境下的管道基础处理

3.1. 含淤泥层的管道地基处理

管道底部淤泥层不厚时，可将淤泥层挖除而换以砂砾石、砂垫层；淤泥层较厚时，不宜采用换填法，在流砂现象不严重的情况下，可采用抛填块石的方法。块石挤入淤泥中，以增大淤泥的密度，增强地基承载力；同时，块石在管沟内形成一个整体，增大了支承管道的面积，使单位面积基础受管道传来的压力大大减小，能有效防止基础和管道沉降。块石宜采用大块和坚硬的，杜绝采用风化石。这种地基处理方法的优点是可不清理管底淤泥，能避免塌方，施工简单。本工程遇到的淤泥地基为原来的水田、水塘被人工填土覆盖，淤泥层厚度为1m～3m。现场采用人工抛填块石铺满整个沟底，然后进行夯实，同时在沟槽边开挖集水坑，将块石夯实挤出的泥浆水用人工或水泵排走，块石之间的缝隙则以砂砾石或砂填充，最后在块石上浇筑一层厚度为0.15m的C20混凝土，待混凝土凝固后即可铺设管道。

3.2. 斜坡路堤上的基础处理

本工程管道很多地方埋设在省道的路堤上，局部地方的路堤比较狭窄且坡度较陡，路堤边缘也没有护坡，直接开槽埋管可能存在安全问题，特别是在雨季，路面上的积水冲刷路堤上的管道基础，可能出现管道架空甚至滑移等，对输水管道的安全产生严重不利影响。对于这种局部不利情况，本工程采用人工挖孔灌注桩作为基础架设钢管，每隔10～12m设置一支墩，明敷钢管采取适当的保护措施。

本工程在各方的共同努力下历时百余天基本完工，在全线管道水压试验合格后，于2013年1月底正式通水，为大悟人民春节用水提供了有力保障，受到了建设方和大悟人民的一致好评。通过管道水压试验和正常供水期间的观测并未出现结构安全问题，说明在本工程中采用的结构设计方案是实用可行的，为长距离给水管道设计和施工提供了可靠的经验。

参考文献

[1] 《给水排水工程结构设计手册》（第二版）中国建筑工业出版社，2007.

[2]《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》CECS141：2002 中国工程建设标准化协会，2003.

[3] 《柔性接口给水管道支墩》10S505 中国计划出版社，2010.

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市政给排水工程的质量直接关系着整个城市的给排水系统，对于城市的正常运行、道路建设、交通运输安全的作用巨大。因此，相关的从业单位要重视市政给排水管道工程的重要性，在设计结构方案时，综合考虑实际的工程状况，尤其是场地周围、气候变化、地下管线和电缆的情况，在保证工程施工质量的同时，避免其他因素影响给排水管路工程设计方案的实施。

一 现场踏勘

市政给排水管路工程的建设距离相对较长，需要穿过城市密集区，施工场地周围的周围车辆对施工带来了极大的不便，如果施工之前现场勘察工作不到位，就会对管道工程建设中可能面临的困难估计不足，进而影响了施工质量和施工进度。在市政给排水管路工程中，要综合考虑复杂的交通状况和城市地下电线的分布，结构设计人员应当和给排水施工人员、专业预算人员、市政交通人员一同进行实地的工程概况勘察，了解管道线路的通过地带的交通状况和地质概况，必要时在施工图上对于个别的疑难地段重新踏勘。

二 测量和地勘要求

测量和地勘要求是要准确的了解给排水管路沿线的地质状况、地形外貌和地下水水文状况，另外提供准确的地形和水文地质资料。

2.1 勘探点间距和钻孔深度

勘探点的应均匀的分布在管道的中线上，不得偏离中线，同时根据的地质的变化和施工现场的状况确定合理的间距，一般采用的间距是30到100米，对于地形较为复杂的地段，适当的缩小间距。此外钻孔的深度要达到管道埋设深度的1m以下，到管道周围的水位较高或者是河流周围时，要增加钻孔的深度，一般要求钻孔深度在河床冲刷深度以下2―3m。

2.2 提供勘探成果要求

查明管道埋设深度内的土层的特性、地层成因、岩石厚度等，并明确划分不同地质的分界线，同时调查的岩石强度和分化破碎程度对于给排水管道的影响，判断岩石是否会破坏管道的结构，调查管路沿线发生土层断裂、滑坡、崩塌、泥石流的概率以及发展趋势，并判断对于给排水管路的威胁指数；查明管道沿线的地下水位的水文状况，查明垮河流岸坡的稳定性，河床两侧的底层岩石和洪峰淹没范围。

三 结构设计内容

3.1结构形式

管道结构的设计形式应当由给排水专业机构完成，同时在结构设计汇总参考管道的用途，对于管道中输送的不同液体，确定是给水还是排水工程，选用不同的设计标准。而且管道的工作环境、管道的规格、输送液体的流量、埋设深度、地下水文状况、经济指标等方面的因素也是结构设计中必须要考虑的因素。铸铁管、玻璃钢管等；而非承压管道采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等；污水管路的结构设计选用的是大口径的管路，而且优先使用抗腐蚀能力强的管道，如玻璃钢管、UPVC 管、PE 管等。对于特殊的负荷承载较大的路段，要采用抗压能力强的管道，如桥梁、河渠、公路段等局部地段非承压管也采用钢管等形式。

3.2结构设计

根据管道施工中管道规格、埋设深度、地面承载力等工程条件，严格计算管道的强度和刚度，同时提供管道壁厚、管道等级、结构配筋图，对于特殊要求的管道，要进行加固处理，保证其强度和刚度符合实际的工程使用，并根据实际情况选用加固措施，确定加固的位置和程度，在给排水管道中，常采用的加固措施是混凝土包管。

3.3敷设方式

敷设方式的选择应当结合埋置深度、地面地下障碍物确定，通常采用的敷设方式有：沟埋式、上埋式、顶管及架空等，当工程的不便于采用沟埋式敷设方式时，可以用顶管和架空方式，总之，施工方式的选择要参照实际工程状况。

3.4抗浮稳定

部分市政给排水管路施工中，会出现地下水位较高的情况，尤其是在施工期间降水较多或者施工地区的气候多雨等，管道敷设的地段会出现漂浮现象，严重影响了管路施工的质量。因此在结构设计中要重视抗浮措施，避免这一现象的出现。

3.5抗震设计

3.5.1 场地和管材的选择

在结构设计中，管路基线的选择要尽量避开抗震性能不足的场地、地基，减少对管路结构完整性的破坏，如果是不可避免，则必须要对这一地段的地基进行特殊处理，同时选用抗震性强、抗拉性强、延展性强的管道，并做好管道的防腐蚀工作，避免由于土层振动、位移对管路结构产生影响。

3.5.2 构造措施

在管道结合处设置柔性连接，砌体材料要满足管道结构要求的抗震强度，增强整体的抗震性能和结构刚度，减少地震的影响形变。对于圆形给排水管设置不小于120度的混凝土管基，管道接口采用钢丝网水泥带，管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料。

3.5.3 地基处理

对于特殊地段的地基处理至关重要，首先要测定地段的工程参数，画出地基处理的平、纵断面图，注明桩号、基底高程、沟槽范围、地下水位等，确定需要处理的地基范围，然后根据测量的数据，根据不同的地质情况和厚度采用合理的处理方法，如：换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。

四 给排水管道设计中的其他问题

除了加强市政给排水管路的结构设计工作，还要采取一些措施，避免给排水管路中出现堵塞现象，具体的措施如下：

4.1在用户管线出口建立格栅

工程建设中出现的纤维、塑料等沉积物、悬浮物、漂浮物的存在给管道建设、维修、疏通等作业带来了极大的困难，特别是抽升泵站中如果进入漂浮物就会造成水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生，虽然已经采取了减小格栅条之间的间距 ，但是还是不能避免更小的杂质进入。为了解决上述问题，建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅，定期进行清理、清掏，从源头上控制漂浮物进入市政管网，以减轻市政管网维护管理的工作量。

4.2在检查井井底设置沉淀池

要革新传统的检查井方法，将井底改为沉淀式，井底下沉 30～50 cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中，不至于流入下游管段，只要定期清掏检查井内的沉积物即可，减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。

4.3在检查井内设置闸槽

给排水管路中的流量和流速均较大，对管道的维修工作带来诸多不便，为了方便维护作业，建议干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽，利用闸槽控制水流的流量，当有施工需要时，便利用闸槽切断给排水管路的水流，为维修施工带方便。

五 总结

市政给排水工程质量好坏直接影响到了整个城市的发展状况，对城市运作、道路建设、交通安全等多个方面都有显著的作用，但是在实际的工程中，市政给排水管道建设中存在着较多的结构问题，所以在工程结构设计中，要综合考虑施工周围环境、地下电网铺设等因素，保证管道结构设计的科学性，全面性。以上是本人的粗浅之见，由于本人知识水平有限，文中如有不当之处还望不吝赐教。

[参考文献]

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在普遍工业设备和天然气等设备中，运输材料最便捷的途径就是管道运输，这种运输方式已经在此领域被多出运用起来。在普遍工业中每天对管道的应用不计其数，因此极易导致管道生锈、出现裂缝等情况，为了有效解决这一现象必须对管道进行定期的检查和修理。本文提到的管道机器人就是为管道检修量身定做的机械，它能够准确的找到生锈和出现裂缝的位置。能源自给式机器人分为两种，一种是有缆一种是无缆。其中有缆式管道机器人，这种管道机器人行程范围小，精准度不高，而无缆式管道机器人其能量主要来自于蓄电池，虽然行程范围广泛，但是蓄电池的电量有限，因此，无缆式机器人的行程范围仍然有限。

针对这一问题，本篇文章根据现实中的一些创意来将这些想法应用到新型管道机器人的设计上，根据此创意设计出的机器人主要是靠其管道中含有的流体不断流动来产生能源。当机器人停止运动时，这种流体就开始发电，为蓄电池补充能量。

二、管道机器人的设计方案阐述

（一）管道机器人设计时应注意的事项

能源自给式管道机器人与有缆机器人和无缆机器人不同，以下是在传统管道机器人设计基础上对能源自给式管道机器人设计的一些要求。

（1）维持能源自给式管道机器人正常运动的动力是其内部流体流动产生的能量，这些能量的产生能够保障机器人的运动。

（2）在管道机器人的设计中必须要对其运动速度加以控制，要设计控制速度的机械装置。

（3） 能源自给式管道机器人是在无缆式管道机器人的基础上加以改进，无缆式管道机器人不能自己为蓄电池充电，而能源自给式管道机器人可以将管道中的流体运动转换成电能，为蓄电池充电。

（4） 在设计机器人的过程中要对其设置自主更换前进方向的能力。这种能力能够在机器人行进到分叉管道时被有效运用起来，它能使机器人自主找到能够前进的管道，并且自主调节前进方向。

（二）管道机器人的总体方案设计

下面是管道机器人的总体方案设计，假设管道中的流体成分为气体，那么可以以上文的设计要求为依托，将机器人的机械结构设计成具有自给功能优势的管道形式，如下图1所示。能源自给式机器人从本质上来看，就是能够进行能源的自动生产及运转，因此此结构组成必然要设有发电、本体、及导向结构，而发电实际上就是将气体运转环节产生的动能转化成电能，从而为机器人本身的能动性提供电能基础。由图1所示发电部分涵盖着风轮、变速齿轮和发电机。机器人内的本体结构能够其系统运行及电能存储提供基础条件，导向部分主要是由电磁铁和导向头共同组成，其主要是帮助机器人顺利调转方向。根据图1可以看出三部分之间主要是靠一组弹簧来链接，弹簧外部包有蒙皮，该设计能够最大化的减少第七题与机器人之间存在的摩擦，使机身保持相对稳定的状态。与此同时还在发电部分和主体部分安装三个支撑轮组件。

三、新型能源自给式管道机器人发电部分的设计

本小结重点阐述了新型能源自给式管道机器人的发电部分。主要器件有叶轮、发电机、齿轮机构和充电电池等。其中叶轮是管道机器人中发电部分的关键部件，主要作用是在叶轮中有流体流入时，能够带动叶轮转动，同时还能够为管道机器人提供推力。另一点，当流体与叶轮表面发生接触时，压力降也会伴随而来，而压力降在机器人的机械结构中是主要的推动力来源。因此，将发电机外壳设计成流线型，方便流体的顺畅流入。此外为了使机器人能够在窄小的管道中顺利运行，特此选择面积小，体积小的发电机。这种发电机的转子直径为30mm，与之相对应的配套有齿轮传动机构。

四、支扮轮组件的设计

篇（7）

中图分类号:TU992文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0024-02

近年来在国家建设部积极培育和引导下,我国无压埋地塑料排水管行业有了迅速的发展。塑料管道在市政工程建设项目的雨、污排水工程中得到了广泛的应用,但在化工企业项目中腐蚀性污水排水管的应用仍需要加强和引导。目前国家对环境保护非常重视,聚乙烯缠绕结构壁管道系统将管道和检查井连接在一起,组成了一个封闭的管道系统,做到不渗不漏,大大地减少了污染,而且安装快捷方便,在化工企业排水的应用中体现出非常优越的性能。现已经成功应用的有内蒙古大路煤化工基地的污水管道系统,石家庄维生药业有限公司的排水系统,河北铬盐化工厂的排水系统等多家化工企业,运行效果良好,下面就聚乙烯缠绕结构壁管道系统的技术特性、设计和安装进行介绍和讨论。

一、聚乙烯缠绕结构壁管道系统的技术特性

聚乙烯缠绕结构壁管道系统由聚乙烯缠绕结构壁管和检查井构成。聚乙烯缠绕结构壁管是以高密度聚乙烯为主要原料,采用热态缠绕成型工艺,以聚丙烯单壁波纹管为辅助支撑结构制成的特殊结构壁管材。管材标准长度为6米,管内径范围为ф300～ф3000mm。该管材具备配套管件及检查井可组成完整的管道系统,且独有的同材质承插口电熔连接技术保证了管道系统100%无渗漏,管道使用寿命长;并具有耐腐蚀、绿色环保、重量轻、柔韧性好等优点。下面是该管材技术的特性:

(一)热态缠绕成型熔缝质量高

聚乙烯缠绕结构壁管是从挤塑机口模挤出的190℃的平料带和U型料带,按预定的位置均匀的缠绕在加热的滚筒模具上加工制成,保证了结构壁管熔接缝质量。特别是结构设计中平料带的熔接缝被包覆支撑管所覆盖,提高了管材的整体质量。

(二)具有零渗漏的优异连接性能(独一无二的一体化连接技术)

聚乙烯缠绕结构壁管的连接采用在承口预埋电熔丝同材质承插电熔连接技术,连接质量高,接口零渗漏,保证了管道整个系统运行的安全性,避免了因接口渗漏造成地下水污染和路面塌陷等问题的发生,延长了道路的使用年限。同时有效地保护了土质和地下水源不受污染。

(三)聚乙烯缠绕结构壁管道系统配件齐全

聚乙烯缠绕结构壁管可以用缠绕的实壁管二次加工制成各种配套管件、检查井等,如二通、三通、四通等,与管道连接组成完整的管道系统。

(四)抗腐蚀、耐老化、使用寿命长

高密度聚乙烯具有极强的耐化学药品腐蚀和侵蚀的能力,因此聚乙烯缠绕结构壁管在输送腐蚀性流体或在腐蚀性土壤中敷设时,不需防腐处理,环保性能大大优于其它管材,在化工企业的排水应用中体现出非常大的优越性。

(五)安装性能优异

聚乙烯缠绕结构壁管重量轻,便于运输;沟槽开挖土方量小,不需混凝土垫层和混凝土管基,验槽合格后即可直接敷管,可做到边开挖、边下管、边回填,安装方便快捷,大大缩短了工期。可采用闭气检验代替闭水试验,既加快了验收速度,又节省了闭水试验中繁杂的工作和大量的试验费用。

二、聚乙烯缠绕结构壁管的管道系统设计

(一)聚乙烯缠绕结构壁管材的设计及计算

聚乙烯缠绕结构壁管道工程首先用CECS164:2004标准进行验证设计,核实无误后再用用德国排污协会ATV-A127静力计算方法校核,设计出合适的管材型号用于管道工程。管型的选择可以利用静力计算软件系统,根据每个工程中不同管段的地形、埋深、土质、荷载及有无地下水等工程条件的变化,连续选择最适合每一个管段的管材型号,达到最优化设计,从而节省工程投资。选定的每一个聚乙烯缠绕结构壁管产品都要进行短期(1分钟)和长期(50年)的强度、刚度、稳定性校核,以满足管道系统的安全可靠。

(二)聚乙烯缠绕结构壁管道系统的计算和设计

1.管道系统的计算。根据化工企业项目管道和工程条件选定管型后,按照排水管道系统的施工图设计图纸中每个井段的长度和坡降的设计值计算出整个管道系统中每一井段的实际的有效管道长度,并计算每一管段中的非标准长度管的有效尺寸。然后根据施工图设计图纸每个检查井的直径、标高及支管的管径和标高计算每个检查井的高度及支管的位置、方向和有效尺寸,并标明各个支管的有效长度和流水方向。

2.管道系统的设计。工程项目中排水系统的每个检查井的直径、流水方向和接入管支管的位置、方向和管径都不尽相同,根据前面的计算结果,对每个检查井分别进行设计,设计图纸中应标明检查井的高度、主管道的长度、流水方向,以及其它接入管的直径、长度、位置和方向。将所有检查井设计完毕后,进行整个排水管道系统管线的安装设计,画出管道系统的安装图。

三、聚乙烯缠绕结构壁管道系统的安装和验收

聚乙烯缠绕结构壁管道系统的安装重点是管道与检查井的连接,因该管材的连接方式是承插口电熔焊接连接,所以管道安装必需按照一个方向进行顺序安装。经过几年的应用,累了一些安装施工的经验,施工工艺总结如下:

(一)聚乙烯缠绕结构壁管道及检查井下槽

管道沟槽验收完毕后,按照管道系统设计图纸将管材和检查井按要求的次序和位置下槽,将管材、检查井平稳地放在沟槽内,管材插口方向为流水方向。

(二)管道系统的对接和调整

管道和检查井对接之前要将管材的电熔丝抽头位置调整至正上方,检查和核对管材和检查井的尺寸、编号是否符合设计图纸的要求,并仔细检查电熔丝是否完好,对管道的承、插口工作面全部都要擦洗,保证工作面干燥、清洁。再对管道和检查井进行对接,调整管道及检查井的中心线与设计中心线重合,以保证整条管线与设计走向一致。

(三)管道系统的焊接

聚乙烯缠绕结构壁管道系统采用承插口电熔焊接的接口方式。管道及检查井的焊接是整个电熔焊接工艺的关键工序,由专业作业人员全过程监控。使用专用电熔焊机,对于不同直径的管道,调整电熔焊机的工作时间和焊接电流,在冬季和夏季气温变化较大的时候,可对焊接时间进行适当调整(增加或减少),来满足工艺要求。当管道接口表面温度低于60度时才可以拆除锁紧夹具,达到常温时按施工规范的要求进行回填。

(四)管道系统的验收

对管道严密性检验可采用闭气或闭水两种试验方法。在北方缺水地区管道严密性检验一般采用闭气检验,可参照CECS19:90《混凝土排水管道闭气检验标准》。在南方地区一般采用闭水试验,可参照GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》。采用以上两种方法各有优劣,我们推荐采用闭气试验,因为采用闭气试验,不需用水,且不需要24小时浸泡时间,成本低,进度快。

四、聚乙烯缠绕结构壁管道系统在化工排水中的应用示例

这几年聚乙烯缠绕结构壁管道系统在化工排水中的应用较多,几个典型的工程应用示例如下。主要有内蒙古大路煤化工基地的污水管道系统,石家庄维生药业有限公司的排水系统,河北铬盐化工厂等。

1.内蒙古大路煤化工基地污水管道系统,工程条件为:沙土地,覆土深度8-10米,有地下水且靠近黄河,设计管材型号为ISO标准SN4级别,管径有DN1600、DN1400、DN1200、DN1000、DN800、DN600、DN500等,主要应用在包括纬一路、纬二路、纬四路、纬六路、纬七路、锦园路等几条区内道路的污水管道工程中,由近十公里管道和200多个检查井组成了一个整体封闭的的污水管道系统,目前已投入使用且运行良好。

2.石家庄维生药业维有限公司的排水管道系统,包括山梨醇生产、维C生产车间及厂内主排水管道三条排水管道,设计管材型号为ISO标准SN2级别,管径有DN1000、DN800、DN600、DN500 DN400、DN300等,使用了近5公里管道和100多个检查井。维生药业的生产废水酸性很强,使用聚乙烯缠绕结构壁管道系统后效果很好。

3.河北铬盐化工厂的生产废水有很强的腐蚀性和污染性,几年来在新上项目及改造项目中使用DN300～DN800了聚乙烯缠绕结构壁管道和管件系统,有效地保护了企业周围的耕地和环境不受污染。

五、结语

通过以上的讨论和叙述,聚乙烯缠绕结构壁管道系统在化工排水中的应用体现了优越的性能。经过近几年在多个化工企业排水工程中的实际应用,显示了聚乙烯缠绕结构壁管道系统能够保证地下污水管网的安全使用和运行,有效保护地下水资源和生态环境,为国家的可持续发展保驾护航。

篇（8）

中图分类号：TE52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-00-01

在深水油气田勘探开发过程中，结构导管主要作用是为水下井口和水下防喷器等设备提供支撑作用。导管的入泥深度和钻具组合的设计是深水喷射成功的关键因素，该文对喷射钻入法的关键影响因素进行了研究，并结合深水现场作业实践经验进行了分析，对深水导管喷射钻入作业具有一定的指导作用。

1 喷射作业关键技术

1.1 入泥深度确定

一般要准确确定结构导管具体下深，需要对目标井位进行井场调查，经过土工试验分析确定海底浅层土体的抗剪强度，然后根据导管作业载荷，通过下式计算确定导管具体下深：

式中Q：导管承载的重量；Qf：导管表面摩阻力；TD：导管设计下深；x：导管单位长度；ML：泥面；f：单位面积摩阻力；As：导管侧面积；c：土壤剪切强度；fox：安全系数；a：喷射钻井后，受扰动土壤剪切强度的安全系数，一般取值10%～40%。公式中单位采用国际单位制。

经过井场调查地质取芯计算得出的土壤剪切强度往往是地层非扰动抗剪切强度，而实际作业过程中，由于喷射钻井导致结构导管周围土壤遭到破坏，受扰动土壤抗剪切能力往往比原土壤低很多，虽然抗剪切强度恢复很快，但实际计算时，往往取一个安全系数a，一般为原地层抗剪切系数的10%～40%。

1.2 钻具及钻头设计与选择

喷射钻具组合主要考虑喷射钻井作业结束后继续钻进的需求，与下一开钻具组合设计一样，只是在钻具组合上端安装与导管头连接工具，喷射到位后与导管脱开继续钻进。钻具组合中一般都安装随钻测量工具，一边随时监测井斜变化，根据工作需要有时也安装随钻测压工具，以便及时了解环空泥浆当量循环密度变化等。

喷射钻井钻头相对位置及尺寸的选择对喷射钻井的成功与否至关重要。目前深水作业，部分作业者习惯将钻头控制在导管鞋以内30.48～45.72 cm，也有很多作业者习惯将钻头伸出导管鞋15.24～25.40 cm。钻头在导管鞋以内还是伸出导管鞋，主要取决于地层的软硬，一般如果地层较松软，往往选择将钻头控制在导管鞋以内，如果地层相对较硬，则将钻头伸出导管鞋15.24～25.40 cm，目前世界上大多数作业者选择将钻头伸出导管鞋，但同时保持钻头水眼在管鞋以内。

2 导管下沉预防及处理办法

导管下沉是深水钻井的重要事故之一，主要原因是对该地区地层承载能力认知不足或由于操作不当引起，尤其在探井和评价井阶段更容易发生，主要是没有准确的井位土壤资料分析。

2.1 设计阶段导管下沉的预防措施

对于新区块第一口导管尺寸及喷射深度的设计要非常慎重，新区块一般要做重力取样，并要充分借鉴临近区块土壤数据或者喷射钻井实际情况，对于易出现导管下沉区块，增加导管尺寸比增加喷射深度要更好。如果已钻井导管尺寸较大，可以适当增加导管入泥深度，每增加一根导管则增加15%的支撑力，另外对于导管容易出现下沉的井，可以考虑安装泥垫，增加支持力，也可以增加设计浸泡时间。

2.2 喷射结束后发生导管下沉的技术措施

如果作业结束后，发生导管下沉至无法满足作业要求时，可通过上提导管或者重新接回连接工具并上提导管至设计预留高度，增加浸泡时间6～8 h，如果继续出现下沉可以考虑再尝试上提一次并进一步浸泡时间。该方法仍无法满足要求时，一般只能起出导管按照设计阶段预防措施执行或采用钻入+固井的方式下入导管。

3 结语

（1）导管入泥深度确定和钻具组合选择是影响深水表层喷射钻井成功与否的关键因素。对于新区探井，需要在考虑表层重力取样结果基础上，充分参考邻井资料来确定导管入泥深度。（2）为防止深水表层作业发生结构导管下沉事故，可采取的措施包括增加导管外径，在保证导管能顺利下入的前提下增加入泥深度，并可在井口头位置安装防沉板，增加导管喷射到位后的浸泡时间。

篇（9）

Abstract: the groove support is the guarantee piping installation and groove surrounding environment safety of groove of the retaining wall to strengthening and protection measures. The article mainly in haikou agriculture architectural history and cultural blocks, drainage groove supporting design and construction are discussed.

Key words: the historical and cultural blocks,; Drainage pipe; Groove support; Design; construction

中图分类号：E223文献标识码：A 文章编号：

前言

2007年3月，国务院将海口列为国家历史文化名城。海口市历史上作为连接我国内陆与东南亚地区的重要枢纽，形成了特色鲜明的文化沉淀。旧城区现存的几条民国时期所形成的南洋风格特色骑楼街巷，是作为海口城市由古老城镇发展为沿海繁华商业城市的历史见证，具有很高的文化价值和艺术价值。保护历史遗存，挖掘城市历史文化特色，恢复历史城区活力，是海口城市发展需要重点考虑的问题。

根据海口骑楼建筑历史文化街区保护与综合整治规划，海口市人民政府适时地提出了对骑楼建筑历史文化街区内五条老街及一些巷弄进行保护和综合整治的工作要求，在工作目的中强调了改善区域基础设施条件、完善市政等配套设施的要求。要达到以上工作目的，设计中采用分流制及截流式合流制相结合的排水体制，其中五条主要老街（中山路、大兴西路、博爱北路、新华北路、解放东路）的街区排水均采用雨污分流制。这五条老街均具有以下特点：

第一，街道两侧均为上世纪20、30年代修建的骑楼建筑，具有很高的保护价值，同时由于使用时间较长，房屋总体质量较差。

第二，街道下各类管线密集，老管线的敷设由于没有相应规划控制，凌乱不堪，同时原有地下管线，地下设施的档案资料由于涉及部门多范围广很难调查清楚，造成排水布设难度较大。

第三，五条老街位于海口市海甸溪南岸，区域地下水位较高，地质状况不甚理想，给排水管道施工带来极大的不便。

上述状况都给排水管道的设计和施工带来了一定的困难。如何合理地对骑楼建筑历史文化街区排水管道沟槽进行设计，确保安全经济是整个综合整治项目的难点。

一、沟槽支护特点

1.沟槽支护具有不确定性

随着城市建设的快速发展，地下各种设施管线也越来越密集，原有地下管线，地下设施的档案资料由于涉及部门多范围广很难调查清楚。沟槽支护工程又受周边建筑和地下设施的影响很大，使支护结构设计施工和基坑开挖前无法准确查明。在沟槽支护结构施工或基坑开挖过程中，有些事先不明、无法预料的周边条件和地质条件的变化，往往给工程带来很大的麻烦，甚至造成严重后果。给国家和单位造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。

2.技术综合性强

沟槽支护技术是给排水专业工艺、岩土力学与结构力学的结合。工程技术人员既要有丰富的给排水工程专业设计施工知识和经验，又要有一定的岩土力学结构专业知识和经验；同时支护设计与施工方法选择受地域地质条件影响很大，因此需要具有相当丰富的施工经验和对当地地质情况的深入了解。

3.沟槽支护具有临时性

沟槽支护结构大多为临时性结构，其作用仅是在沟槽开挖和管道安装施工期间，保证沟槽周边建筑物、道路、地下管线等环境的安全和本工程管道安装的顺利进行，其有效使用期往往很短。

二、工程概述

海口市骑楼建筑历史文化街区保护与综合整治工程（一期）包括海口市五条老街（新华北路、解放东路、博爱北路、大兴西路、中山路及中山横路），本次建设项目的目标是：达到城市街道设施完善、空间完整有序、交通便捷顺畅、环境整洁美观、街道空间富有特色和识别性，使海口市骑楼建筑历史文化街区的形象有较大改观，提升历史文化街区整体形象价值，增强历史文化街区的对外吸引力。

由于海口市骑楼老街两侧建筑的特殊性，同时考虑到项目沿线地下水位较高，为了防止管道沟槽施工过程中对两侧骑楼建筑的影响，建设业主特委托我们进行专项沟槽支护设计。本次设计沟槽长度为1525m。

三、 支护设计原则

在确保支护结构的安全、保证沟槽周围道路及建筑物安全的前提下，做到经济合理，满足国家建设工程的有关法规和规范要求，施工可行方便，尽量缩短工期，满足土方开挖及地下管线施工的技术要求。

四、工程地质条件

1. 地形地貌

拟改建道路沿线穿过的原始地貌为南渡江三角洲冲积平原，地势平坦。道路沿线的地面高程为2.51m～4.19m。

整个路段为海口主要商业街，道路狭小，商店林立，热闹非凡，人流和车流量频繁。

地层结构及基坑支护设计采用岩土参数

经勘察查明，钻探深度范围内，各道路沿线地层自上而下依次为杂填土层(Qml)、第四系全新统河流冲洪积相（Q4al+pl）、下更新统海陆交互相沉积层(Q1mc)。

基坑支护设计采用岩土参数见下表。

地基土设计参数建议 （表1）

五、水文地质条件

在勘探深度范围内道路沿线地下水有一层，主要是赋存于第①层杂填土、②粉砂、第③层粗砂层中，为第四系松散层孔隙潜水，其补给来源主要接受大气降水和美舍河、海甸溪侧向入渗，排泄途径主要是地表蒸发和向海甸溪渗流，本次勘察期间测得地下水稳定水位为0.80m左右。根据街道居民反映的情况，地下水年变化幅度约0.5m。

六、沟槽支护设计方案比选

参照岩土工程勘察报告及相关规范规程并结合相关类似工程经验，根据沟槽开挖至回填间隔时间短的特点，按各路段所处周边环境及挖深的不同，有针对性的选择适合其施工的支护方案。

由于骑楼街道间距较窄，同时道路两侧许多骑楼古建筑基础较浅，建筑扩大基础边缘甚至已进入机动车道内缘，因此在本项目中采用明开槽放坡方式开挖不甚合适，本设计均采用直槽加支护方式对沟槽进行施工。

根据管线横断面布置，为了缩短施工工期，减少对民众的影响，雨污水采用合槽方式进行施工。

篇（10）

关键词： 道路桥梁；桥头搭板；结构设计方法

Key words: road and bridge；transition slab at bridge head；structure design method

中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）15-0107-01

0引言

为了避免路面和桥台之间出现错台，最常用的一种办法就是通过设置搭板，所以，借助于合理的设计桥头搭板的结构，对搭板的长宽厚和深埋进行科学合理的调整，可以能够更好地实现和体现优越的道路桥梁桥头搭板结构设计。

1设计桥头搭板结构之最基本的原则

1.1 土基位于桥头过渡段的土基，一定要均匀、密实并且稳定。对于对突击强度和稳定性产生负面影响的地面或者地下水，要及时的拦截或者排出。填土，情况正常的，要求干燥或者中湿，太湿的话，就会影响到稳定性或者强度，在压实度方面，填土也应该是足够的，也应该符合当前的规范性要求，建议为95%。

1.2 对地基承载力的深度要求路基在桥头的填土，高度一般较高，速度要求较快，在这样的作业模式下，就不能够很好的活着很顺利的将地基水排出去，地基承载力也有可能不足，进而埋下隐患，所以需要特殊处理地基，比如粉喷桩或换填土。

1.3 垫层对于垫层材料的选择，一个最基本的选取原则就是就地取材，为了尽可能的避免因为地基本身的软弱性对垫层或者基层产生污染，乃至将地下水隔断，需要铺设合成的材质作为隔离层到路基的顶面。一般对于垫层来讲，最小厚度应该是15厘米。垫层的宽度应该超越基层每侧25厘米，或者同宽与路基。

1.4 搭板连接桥梁和路面的地方，可以按照具体的公路等级、结合具体的建造经验，按照最终的要求，选择设置或者不设置搭板。一般来讲，位于搭板下面的加强层，其厚度在2米以上，长度会超越搭板1米左右，材料的选择应该与底基层相同，适当提高路堤。长期的实践告诉我们，为了有效的防止路基出现沉降，可以加固处理台背填方，作为本身的作者，有如下的建议，基层到土基之间的压实度符合95%的要求。如不进行搭板设置，可以铺筑沥青路面或者具有过渡性的由混凝土制成的块。

2设计搭板

2.1 搭板埋置深度和搭板型式对搭板进行分类管理，它有如下三种主要的类型：台阶型、变厚度和等厚。按照搭板埋置的深浅不一，可以将其划分为低、中、高置三种。一般来讲，高置式的搭板在顶面上是与桥台齐平的；低置式，其搭板远台端的顶面位于路面基层的下方，对于路面铺设来说非常的有利；如果为中置式，则远台端搭板的顶面介于基层和面层之间。

2.2 搭板的长度在确定搭板具体的长度的时候，下面四个条件必须要予以考虑：①出现了沉降现象之后，搭板纵坡产生的变化值应该在最大容许值的范围之内；②搭板本身的长度需要在跨越台后，对棱体长度产生破坏；③填土前预留下的缺口之伤口长度，应该在搭板长度的跨越范围之内；④必须要能够保证搭板的有效受力长度。除此之外，结合对搭板进行的动力响应分析，我们知晓越长的板长就越有利于搭板受力。正常地说，搭板长度要设定在5米之上，对于中小桥，一般是6到8米，对于大桥来说，一般是8到12米。

2.3 搭板的宽度具体施工的过程中，对于一般的搭板来讲，其边缘应该离石边缘有大约半米的距离，尽可能的窄化处理，在上面对搭板动力进行响应分析的基础上，我们知道伴随着不断增加的板宽，需要慢慢增大位移，但在两个方向上，板底最大弯处的拉应力则呈现减小的趋势。此外，如果搭板本身比较窄，行驶的时候，车轮就可能走在纵向边缘的位置，损害搭板受力情况，所以，在宽度上，搭板应该与桥面保持一致。

2.4 搭板的厚度具体的分析搭板动力产生的响应，可以清晰的滞销，伴随着不断增大的板厚，位移会出现稍微的缩减，但是位于板底的拉应力,则出现了稍稍的增大现象。基于板顶出现的位移情况，可以反向推算板厚,板底配筋能够帮助将板底弯拉应力有效的解决掉。

2.5 桥台与搭板之间的连接桥台是搭板近台端放置的位置，借助于锚筋将桥台和搭板之间很好的连接起来，填入沥青玛蹄脂到桥台和搭板之间的结合处，避免渗入水分。路基是搭板远台端放置的位置，路基出现或者发生沉降现象之后，在纵向层面上，搭板可能会出现滑移，所以需要设置锚栓在搭板和台顶之间，加强处理位于远台端的地基，尽可能的将局部沉降现象减小，为了提升维修的效果，需要设置灌浆孔以及检查孔在近台端。

2.6 设计搭板配筋在设计搭板配筋的时候，需要考虑或者依据的一个关键因素为搭板底面上的最大弯拉应力。按照具体的构造提出或者产生的要求、按照实际的搭板受力复杂状况、按照路基本身的沉陷状况、结合重载类型的交通产生的影响，在具体的设计过程中，按照工程的要求，主筋直径被适当加大，主筋间距被适当缩小，使用双层配筋。

2.7 枕梁枕梁的架设具有诸多积极有益的一面，包括分布荷载到地基上，增加在横向层面上搭板抗弯的刚度。诸多相关的资料告诉我们，对于有效的改善枕梁的承载能力、提升枕梁下部路基本身的承载能力来讲，如果能够设置水泥石屑桩或者碎石桩到位于枕梁下面的路基中的话，效果将非常的明显，对于这个部位发生沉降现象来说，也能够有效的减少。诸多实践性的结果告诉我们，这种方法成本低，效果显著，所以对于设置搭板来讲，可以做成两种主要的类型：设枕梁或者不设枕梁。如果选择设枕梁的类型，又可以再进一步的被划分为设水泥石屑桩或者碎石桩以及不设水泥石屑桩或者碎石桩。对于上面三种不同的类型，可以结合具体的实践，检验各种类型的具体效应。

3结论

总而言之，对于桥头跳车问题的解决，搭板本身的长宽高以及埋置的深度都发挥着至关重要的作用，其有助于更好的实现搭板、路面与路基之间的合理有效组合，有助于桥头跳车现象更好的、更高水平的预防，并且最终科学高效的解决这一现象。

参考文献：