高地下水位条件下道路结构探讨

目录大管径直埋供热管道设计探讨………………………………王景涛邹涛 1 郑州市西气东输利用工程“两站一线连接线”设计难点与对策………………………………………刘庆宇 5 CNG汽车加气站的设计要点及注意事项……………………………邹涛 8 郑东新区33平方公里起步区供热管网工程………………………邹涛 13 城市高地下水位条件下道路结构探讨…………苏国宏杨明郝身群18 水泥混凝土路面的病害处理与改造技术……苏国宏李冰胡斌王惠玲 22 加筋土挡土墙在凯旋西路工程中的应用…………………………杨晨霞26 城市渠道综合治理工程探讨……………………………………苏国宏29 城市排水与防洪排涝的重现期衔接…………………………………胡斌 33 新乡市牧野路泵站工艺设计简介…………………………魏明双孙怡强 36 新乡市雨水泵站工艺设计探讨……………………………孙怡强魏明双 42 焦作市群英河治理工程设计方案探讨……………………赵新海郭二旺 48 大口径HDPE管在濮阳市污水干管中的应用……张德华马传冬袁海娜 51 土工布在旧水泥混凝土路面补强中的设计与施工……………………张德华马传冬袁海娜54 浅谈城市工程管线综合设计与管理…………（鹤壁市规划设计研究院） 57大管径直埋供热管道设计探讨王景涛邹涛（郑州市市政工程勘测设计研究院）摘要本文分析了直埋供热管道的破坏方式，并通过介绍大管径管道直埋敷设的一些设计实例，使大家对于管径大于DN500高温热水管道直埋敷设设计方式有一个更深的了解。

关键词直埋管道、管道应力、塑性流动、疲劳破坏、驻点、最大过渡段长度一、问题的提出：供热管道直埋敷设方式以占地少、施工周期短、维修量小、寿命长等优点，已成为城市热网的主要敷设方式，其理论已逐渐趋于成熟。

我国的行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）已于1999年颁布实行，至今已四年了。

对于钢管公称直径不大于DN500直埋预制保温管已建立了较为完善的设计体系，这一点也已被国内的许多热网工程所证明。

然而，随着我国供热事业的飞速发展，规程适用范围已不能满足实际热网的需要，城市热网的最大管径都超过DN500。

对于管径大于DN500的管道直埋敷设仍没固定的规范章程可以遵循，在具体的工程实践中直埋敷设常会遇到各种各样的具体问题，从设计角度讲如何处理好这些问题对于整个工程来讲是非常重要的。

本文主要从管道的破坏方式角度讨论大管径供热管道直埋敷设所碰到一些问题的设计处理措施，以供大家参考。

二、直埋供热管道的破坏方式：根据供热理论，直埋供热管道的失效方式包括两个方面：1.强度失效：因管道中各类应力超出其相应的强度条件而产生的断裂破坏。

根据作用荷载的不同，管道中应力可分为一次应力、二次应力和峰值应力，每种应力都可以引起不同方式的破坏。

由内压产生的一次应力，满足静力平衡条件，所引起的变形具有非自限性。

当一次应力超过屈服应力时，管壁会产生较大的塑性流动，塑性流动的进一步增加，可导致爆裂或断裂。

由温度变化产生的二次应力，满足变形协调条件，所引起的变形具有自限性。

可以允许有限量的塑性变形。

对于塑性良好的钢管，二次应力一般不会直接导致破坏，但循环往复的塑性变形将使管道发生破损。

峰值应力是因为结构形状的局部突变而引起的局部应力集中，它虽不引起任何显著变形，但它是材料疲劳破坏的主要原因。

峰值应力的变化范围越大，疲劳破坏所经历的周期就越短。

应力集中通常发生在弯头、折角、大小头及三通等管件处。

在温度和压力变化过程中，应力集中所引起的峰值应力，只在很小的局部范围内产生循环塑性变形。

2.稳定失效：管道在受压状态下丧失稳定而产生的破坏。

当热力管道处于受压状态下，将可能出现两种不同方式失稳破坏。

包括：整体失稳和局部失稳，由于轴向压应力引起的管线失稳。

因为从整个管线看，管道属于杆件；从管道局部看，管道属于薄壁壳体。

在轴向压应力作用下，由于压杆效应，可能会引起管线整体失稳；管壁可能出现局部皱结所引起的局部失稳。

除此之外，管道埋设深度上的荷载也会使管道截面产生椭圆化变形，过大的椭圆化变形也会使管道产生破坏。

三、大管径管道直埋设计要点：通过上述分析，在设计大管径直埋管道时，除按文献〖1〗进行强度设计外，还应采取下列设计方法：•供回水管考虑设臵补偿装臵（补偿器和弯管），提高热胀变形的释放程度，降低管道的热应力，在保证满足规程要求的同时，来保证不出现局部失稳。

产生局部失稳的因素是管道的轴向应变，而轴向应变取决于热胀变形的大小和热胀变形的释放程度。

热胀变形的释放与管道补偿状态有关，有补偿管段的释放程度要大于无补偿管段的释放程度。

为便于随时检修，补偿装臵处加设检查井。

•采用预应力安装方式，降低热胀变形的大小，以防止局部失稳出现。

由于冷安装方式下的管道温升大于预应力（设臵一次性补偿器或分段预热）安装方式下的管道温升，故预应力安装方式下，热胀变形量较小。

但由于造价较高、工期要求和现场施工条件限制，此种方式不易实现。

•适当加大钢管壁厚，以保证不出现局部失稳。

•适当加大弯管壁厚，并对三通等应力集中部位进行加固，以提高这些部位的安全级别，保证这些部位的使用寿命。

•尽量利用驻点或Z形弯管来布臵管道，以减少固定墩的设臵，降低工程造价。

•适当加大钢管壁厚，以保证不出现局部失稳。

•在弯管及三通处覆盖软泡沫垫，降低弯管的应力水平。

•补偿器尽量在固定墩两侧对称布臵，以减少固定墩的推力，降低固定墩的规模。

•在接支管处，支管尽量利用背管结构与主管连接。

在特殊情况下可在支管上直接加设固定墩。

•补偿器补偿量尽量按最大过渡段长度进行计算，并适当加大余量。

•由于工作压力较大（1.6Mpa），在调节阀两侧加设旁通管，以便于进行调节。

•按规程规定，高处宜设放气阀，低处宜设放水阀。

但考虑到换热站的存在和水力冲洗的条件以及减少漏水点的存在，高处的放气阀井、低处的放水井可适当减少，可在调节阀井里加设排污和放气装臵，以减少检查井的数量，降低工程造价。

四、设计实例：郑州市郑东新区郑汴路供热管网工程是一条重要的供热工程。

该热网的输送干线长度为5.4km，管径有DN700和DN800两条大管径，采用直埋敷设方式，设计由郑州市市政工程勘测设计研究院燃气热力设计所完成。

下面简述有关的设计方案。

⒈设计条件①工作压力：1.6Mpa②设计供水/回水温度：130/70℃③管道安装温度取用-5℃；管道工作循环最低温度为10℃，采暖期运行④管材材质取用Q235钢⑤管顶埋深在1.2~5m间变化2.设计方案根据上述设计条件，本次设计方案如下：①供回水管都固定。

固定墩设在分支管、异径管、平面折点、调节阀和变坡较大处。

②供回水管都考虑加设波纹补偿器。

补偿器设在专门的检查井内，以便于将来维修方便。

③供回水管壁厚适当加大，采用D820X12和D720X10预制保温管。

④利用驻点进行管道布臵，以减少固定墩的数目。

⑤补偿器在固定墩两侧对称布臵，以减少固定墩的推力，减少固定墩的占地面积。

⑥接支管处，支管利用背管结构与主管连接，背管长度为5~9m。

⑦适当减少排水井、排气井的数目，在调节阀门井加设排污和放气装臵。

⑧查井和固定墩可做在一块，以保证穿墙止水套管更安全运行。

3.设计方案分析：供回水管都考虑加设补偿器，利用补偿器解决直管局部屈曲的问题。

由于应力水平下降，直管的安全性有了很大提高。

需要注意的是，钢管的壁厚问题。

径向变形的大小与钢管的截面参数有关，在相同的垂直荷载作用下，平均半径越大，径向变形越大，管壁越厚，径向变形越小。

在轴向应变相同的管道中，随着管壁的增厚而局部失稳可能性减小，而随着钢管平均半径增大而局部失稳可能性增加。

当埋深较浅和较深时，应适当加大钢管的壁厚，这样才能保证局部失稳的要求。

但值得注意的是，增大钢管壁厚会使管道与管件的钢度差异加大，使管件上的变形和峰值应力加大，进而增加了管件疲劳破坏的可能性，所以也不能随意加大钢管壁厚。

要仔细考虑详细比较后再作确定。

接支管处之所以考虑背管结构，一方面是考虑减少对主干管的横向冲击力，另一方面也是考虑支管热变形的释放，降低支管的热应力，使支管和主干管的安全都得到了保证。

另外，考虑到此工程的地下水较浅，为减少漏水事故点的存在，在满足安全运行的基础上，可适当减少检查井的数目。

五、后语：通过上述分析，可以看出采用大管径预制保温管直埋是可行的。

我们所设计的郑州市郑东新区郑汴路供热管网工程已通过甲方组织的图纸会审，已经开始施工准备了，因热源问题，还没投入运行，本人作为图纸方案的参与者，把它写出来以供大家讨论。

参考文献1 中华人民共和国行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》北京：19982 赵廷元，岳学文，孙振安《热力管道设计手册》山西科学教育出版社，1986.53 汤惠芬，范季贤《城市供热设计手册》天津科学技术出版社，1992.2郑州市西气东输利用工程“两站一线连接线”设计难点与对策刘庆宇（郑州市市政工程设计研究院）10月16日，郑州市成为了第一个用上“西气”城市，我院设计的“两站一线”连接线工程是连接赵家庄门站和中原西路高中压调压站的输气管道,该管线的建设直接与郑州市是否安全用上“西气”相关,设计压力为3.5Mpa,管径为DN500,全长8Km左右,是郑州市,也是我院承接的管径最大、压力最高的市政燃气管线。

为了配合郑州市政府关于第一个用上“西气”城市、郑州燃气公司成为第一个“西气”用户的部署，我院在接到设计任务后，派了由设计、测量和地质勘探组成的队伍，对规划线路进行了详细的勘察和调研，为施工图的优化设计打下了坚实的基础，下面我对施工图设计进行简单的介绍。

一：管材的选择：1、管线材质的选择：在市政燃气管道工程中，钢管的费用约占工程设备材料费的50%，因此选用什么样的管材直接关系到工程的安全性和经济性。

以前，市政燃气管线大多使用非管线钢的钢管材料，如Q235、16Mn、20#钢等，对于这么大的压力、管径的燃气管道选择什么样的管材对于我们来说是头等重要的事。

输气管线钢除了满足强度、可焊性外，还必须根据敷设深度的地质、管径大小、介质压力以及介质的的腐蚀性来考虑钢材的冲击韧性、韧脆转换温度和耐腐蚀性。

如果一味提高管道的材料等级而选择壁薄的管子，管道的韧性和抗应力腐蚀裂纹能力就会大大减小，如果管材的材料等级太低，就会大大增加工程费用，影响焊接速度，从而增长工期。

经过调研，我们决定把把管材选用范围确定在50≤D/δ≤80之间，最后确定用符合GB9711-A级第一部分的L320管线钢，这种钢属于低合金钢，板材在卷焊前的最低屈服强度为350Mpa左右，在卷焊后的最低屈服强度为320Mpa，其中的微量金属元素Mn、Cr、Ni的存在大大改善了钢材内部结构的性能，提高了金属的强度、韧性、消除了脆性，增强了板材的抗腐蚀性、抗氧化性、抗硫化物开裂，加大了焊缝影响区的硬度，提高了可焊性。