排水球墨铸铁管道安全计算书

#########地区各站给排水工程###站给水工程占用挖掘#####
注：计算内容根据《排水球墨铸铁管道工程技术规程》编制
一、工程概况
###线起自####站终到亦庄站前区南站，全长49.7千 米，全部为地下线。

####线####
地区的站点有：######站、######站、 ######站、######站前区南站和######场。

######
站给水：起点是消防水池进口，终点是######水厂供小区的现状DN400 的管线，设计干线
为DN150mm~DN300mm 球墨铸铁管，干线总长为820m ，支线为DN75mm ，长为20m,管线
全长840m 。

1、######路，该段为二级公路，双向二车道，路面宽16m ，路基宽22m ，路面面层厚度为
12cm 。

现况道路为沥青混凝土路面，设计时速为50km/h 。

2、根据现场实际情况，明挖施工采用挖掘机机械和人工配合的方式。

本工程给水管线分为
两段：第一段横穿######路，管线长度20米，管材为DN75mm 球墨铸铁管，第二段顺行######
路，管线长度53米，管材为DN300mm 球墨铸铁管。

沟槽上口宽2.2米，下口宽1.0米，挖
深2.2米，放坡比例为1:0.33。

机械开挖至距设计标高20～30cm ，剩余部分采用人工挖除
并进行基底找平。

二、球墨铸铁管道安全性验算
（1）已知参数：
（a ）管道直径D 1=300mm ；
弹性模量Ep=1.7×105MPa ；
管壁设计厚度10mm 。

（b ）管顶最大覆土H=1.9m ；
回填土重力密度标准值γs =18kN/m 3；
原状土变形模量E n =5MPa ；
回填土变形模量E e =5MPa ；
管中心基槽宽度Br=1m ；
土弧基础设计中心角度为90°。

（c ）管道上的可变作用标准值应包括作用在管道上的地面车辆荷载或堆积荷载，车辆荷载
与堆积荷载不叠加计算，应取两者巾荷载效应较大者。

该线路车辆荷载较小，故取地面堆积
荷载标准值q vk =10kN/m 。

（d ）管材抗拉强度设计值f t =230Mpa 。

（e ）钢管自重标准值G 1k =70.5kN/m 3
（2）荷载计算
（a ）管顶的竖向土压力标准值
)10.26(kN/m =0.31.9×18D H F 1s s k sv ⨯=••=γ，
式中：F sv,k ——管道单位长度上管顶竖向土压力标准值（kN/m ）；
γs ——回填土重度重度（kN/m 3）；
H s ——管顶至设计地面的覆土高度（m ）；
D 1 ——管道外径（m ）。

G wk =0.785γw (D 1−0.002e nom )2=0.785×10.5(0.3−0.002×8)2=0.665
式中：G wk ——管道内水重标准值（kN/m ）；
γw ——管道内水的重度，埋地管道取10.5 kN/m 3；明装管道取11.0 kN/m 3。

(b)地面堆积荷载标准值q vk =10kN/m 。

(c)计算管侧土的综合变形模量Ed
e d E E •=ζ
当3.41=D B r ， 1n
e =E E 时 用内插法查附表得1=ζ
故Mpa 515d =⨯=E
（3）管道安全性验算
（a ） 强度计算
td f e b M e b N ≤+=）（2min
0min 006γσθ 式中：γ0 ——管道结构的重要性系数，按《给水排水管道结构设计规范》GB 50332
的规定采用；
N ——在管道内水压力作用下，管壁截面上的拉力设计值（N ）；
M ——在荷载组合作用下管壁截面上的最大弯矩设计值（N •mm ）；
b 0 ——管道计算宽度（mm ）；
e min ——管道最小壁厚（mm ）；
f td ——球墨铸铁管材抗拉强度设计值。

在管道内水压力作用下，管壁截面上的拉应力设计值应按下式计算：
）（N 8176514084.100,=⨯⨯⨯==b r F N k wk Q γ
式中：γQ ——内水压力作用的分项系数；
F wd,k ——管道设计内水压力标准值（mPa ）；
r 0 ——管道计算半径（mm ），r 0=DE−e nom 2。

在荷载组合作用下管壁截面上的最大弯矩可按下式计算：
)mm N (341087
11700005732.0151453.010138.09.04.1665.0157.02.116.2138.027.15.70083.02.11)(732.01)(33
0001,,11*=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=++++=）（）（t E E b r D q k G k F k G k M p d ik vm c Q wk wm Gw k sv vm sv G k gm G γψγγγγϕ
式中：φ ——管道弯矩折减系数，φ=1−F wk 3
； E d ——管侧土的综合变形模量（N/mm 2），当为单线敷设时可按附录E 采
用；当为双线敷设或与其他管线合槽施工时，其取值应根据实际情
况确定；
E p ——管材弹性模量（N/mm 2）；
γG1、γG,sv 、γGw ——管道结构自重、竖向土压力、管内水重的分项系数；
γQ ——地面车辆荷载、堆积荷载的分项系数；
κgm 、κvm 、κwm ——管道自重、竖向土压力、管内水重作用下管壁截面上的最大弯矩系
数，可按附录D 确定；
G 1K ——管道结构自重标准值（kN/m ）；
ψc ——可变作用的组合系数，取0.9；
q ik ——地面车辆荷载(q vk )，可按附录D 计算；或地面堆积荷载(q mk )； D 0 ——管道计算直径（mm ），D 0=D 1−e nom 。

）（）（）（252min 0min 00
mm /N 230MPa 1205753410865140817616≤=⨯⨯+⨯⨯=+=e b M e b N γσθ 故强度满足要求
（b ）管道的抗浮验算，应满足下式的要求：
∑≥k fw f G F F F ,k
式中：∑F Gk ——各种抗浮作用标准值之和（kN ）；
F fw,k ——浮托力标准值（kN ）；
K f ——抗浮稳定性抗力系数，取值不低于1.1。

）（2,m /kN 313.010=⨯⨯==w w w k fw h F ηγ
w γ——水的重度，可按10kN/m 3；
w h ——地表水或地下水的最高水位至基础底面（不包括垫层）计算部位的距离； w η——浮托力折减系数，对非岩质地基应取1.0；对岩质地基应按其破碎程度确定，当基底设置滑动层时应取1.0。

)kN (6.4929.126.1065.010b k sv 101=⨯⨯++=⨯⨯+⨯⨯⨯+=∑r k ik G k B H F D G q F ，π 3.31.136.49,k =⨯=≥=∑k fw f G F F F
故抗浮验算通过
（c ）钢管管道在准永久组合作用下的最大竖向变形验算，应满足下式要求：
1max max ,D d Φ≤ω
式中 max ,d ω——管道在准永久组合作用下的最大竖向变形；
max Φ——允许最大变形百分率，取0.02。

钢管管道在准永久组合作用下的最大变形竖向变形max ,d ω应按下式计算
mm 3.35000000061.000002.01700003.0105.026.10089.01061.0q d p p 1ik q k sv b max ,=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=++=）（）（，E I E D F K D L d ψω 式中 D L ——变形滞后效应系数，取 1.0～1.5；
K b ——竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数，按附录 A 确定； I p ——钢管管壁纵向截面单位长度的截面惯性矩。

结论
mm 630002.0mm 3.31max ,=⨯=≤=D d ϕω
故最大竖向变形验算通过。