管道抗浮稳定计算
地下车库的抗浮设计
地下车库的抗浮设计【摘要】地下车库的埋深较深、地下水位较浅时，会产生地下室的抗浮设计问题。
忽视地下室的抗浮设计将导致严重的工程事故。
本文首先说明了地下结构抗浮设计的依据，然后分析了地下车库的抗浮设计应考虑的问题，最后结合工程案例详细阐述了地下车库的抗浮设计要点。
【关键词】地下车库；抗浮设计；设计水位；配重；抗浮桩一、地下结构抗浮设计的依据目前，涉及抗浮计算的国家规范及标准有多部：（一）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第 3.2.4条第 3 款规定：对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，荷载的分项系数应满足有关的建筑结构设计规范的规定。
同时，结合第1、2 款可以明确，在其他结构设计规范没有明确规定时，在抗浮计算中，永久荷载的分项系数可取不大于 1.0 的值。
（二）《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）第4.1.6条规定：当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性。
按照规范给出的公式，分为按可变荷载起控制作用及永久荷载起控制作用进行验算，起有利作用的永久荷载的分项系数均取0.8。
（三）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）第10.0.4 条规定：明挖法地下工程的结构自重应大于净水压力造成的浮力，在自重不足时应采取锚桩或其他抗浮措施。
（四）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第3.0.5 条第 3 款规定：计算基础抗浮时，作用效应应按承载能力极限状态下作用的基本组合，但分项系数取1.0。
第 5.4.3 条规定：建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，抗浮稳定安全系数Kw 一般情况下取1.05。
（五）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）第 5.2.3 条规定：构筑物在基本组合作用下进行上浮验算的稳定性抗力系数不应小于 1.05。
验算时，抵抗力只计入永久荷载，不应计入可变作用和侧壁上的摩阻力；抵抗力采用标准值。
（六）《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）第 4.2.10 条规定：对埋在地表水或地下水下的管道，应根据设计条件计算管道的抗浮稳定性。
管道抗浮计算
管道抗浮计算
管道敷设在浸水的土壤中时会受到静水或流水的作用而产生浮力，为了克服浮力对管道产生的影响，必须采取一定的措施来保证管道的稳定性。
使用加重块可以抵消浮力的作用，为降低造价，设计中采用毛石混凝土砌筑重块，重块的尺寸和数量由土建专业通过计算来确定。
重块砌筑完成后，才能进行管沟的回填，保证管道在管沟中的设计位置。
1管身自重
m
=547.2kg/m
自重
2回填土重量
设计要求回填土的压实系数为0.90，地勘试验报告得出土样最大干密度为1.81，回填土压实密度为1.81×0.9=1.629g/cm3=1629kg/ m3
按设计图纸过河底段管顶覆土1.2m，每米覆土重量
m
覆土
=1.2×1.4×1.0×1629=2736.72 kg/m
3最大浮力
每米管道完全浸没时
F=gv
液
=1000×9.8×3.14×0.72×1=15080N即为1508 kg 4验算
m
自重+ m
覆土
=547.2+2736.72=3283.92﹥1508 所以不须采取抗浮措施。
复杂管线环境下顶管法施工在智慧城市建设中的应用
d o i :10.3963/j.i s s n .1674-6066.2023.05.028复杂管线环境下顶管法施工在智慧城市建设中的应用肖 敏(亳州市重点工程建设管理服务中心,亳州236800)摘 要: 顶管法可以精准地控制顶管设备的位置和方向,避免对周围环境和管线的损坏,提高了施工的精度和可控性,在智慧城市建设中具有十分重要的作用㊂该文以汤逊湖污水处理厂尾水排江工程为研究背景,在分析施工场区地质条件的基础上,对顶管设备进行选型,并对顶管顶进力㊁中继间㊁管道抗浮稳定性进行设计计算,研究顶管法的施工工艺㊂关键词: 顶管法施工; 智慧城市建设; 施工技术; 顶进力计算A p p l i c a t i o no fP i p e J a c k i n g M e t h o d i nC o m p l e xP i p e l i n e E n v i r o n m e n t i nS m a r tC i t y Co n s t r u c t i o n X I A OM i n(B o z h o uK e y E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n M a n a ge m e n t S e r v i c eC e n t e r ,B o z h o u236800,C h i n a )A b s t r a c t : T h e p i p e j a c k i n g m e t h o d c a n a c c u r a t e l y c o n t r o l t h e p o s i t i o n a n d d i r e c t i o n of t h e p i p e j a c k i ng e q u i p m e n t ,a -v o i dd a m a g e t o t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t a n d p i p e l i n e s ,i m p r o v e t h e a c c u r a c y a n d c o n t r o l l a b i l i t y of c o n s t r u c t i o n ,a n d p l a y a v e r y i m p o r t a n t r o l e i n t h e c o n s t r u c t i o no f s m a r t c i t i e s .T h i s a r t i c l e t a k e s t h e t a i lw a t e r d i s c h a rg e p r o j e c t o fT a n -g x u nL a k e S e w a g eT r e a t m e n t P l a n t a s th e r e s e a r c hb a c k g r o u n d .B a s e d o n t h e a n a l y si s o f t h e g e o l o gi c a l c o n d i t i o n s o f t h e c o n s t r u c t i o n s i t e ,t h e s e l e c t i o no f p i p e j a c k i n g e q u i p m e n t i s c a r r i e do u t ,a n d t h e j a c k i n g f o r c e ,i n t e r m e d i a t e j a c k i n g s t a -t i o n ,a n d p i p e l i n e a n t i f l o a t i n g s t a b i l i t y a r e d e s i g n e d a n d c a l c u l a t e d .T h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f t h e p i p e j a c k i n g me t h o d i s s t u d i e d .K e y w o r d s : p i p e j a c k i n g m e t h o d ; s m a r t c i t y c o n s t r u c t i o n ; c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ; c a l c u l a t i o n o f j a c k i n g f o r c e 收稿日期:2023-09-05.作者简介:肖 敏(1990-),工程师.E -m a i l :764025293@q q.c o m 随着城市化进程的快速发展,智慧城市建设在地下综合管廊建设㊁地下管线改造㊁城市供水管网建设㊁城市燃气管道建设等方面得到了快速发展,城市地下空间的管线网络越来越复杂,传统的开挖施工方式往往需要大面积的地面掘进,给城市交通和居民生活带来极大的不便和干扰[1]㊂顶管法作为一种非开挖施工技术,可以最大限度地减少对地表和现有管道的破坏,大大减少了对交通和环境的影响,可以实现地下管道的快速建设和优化,提高施工效率和安全性,提高管网设施的可持续发展水平[2-5]㊂因此,研究顶管法施工在智慧城市建设中的应用对于推动城市管网设施的建设和升级具有重要意义㊂1 工程概况汤逊湖污水处理厂尾水排江工程为智慧城市水网工程建设的重要内容,主要为削减污水处理厂尾水入湖污染,新建尾水排江管道将尾水从污水处理厂排至东港,再转至巡司河后入江㊂工程范围起点为汤逊湖污水处理厂,途经滨湖路㊁武大园路㊁华师园北路㊁华师园一路㊁华师园路㊁汤逊湖,止点为东港,起止桩号为K 0+144.21~K 11+047.73,全长约10.8k m ㊂线路主要分为陆地段和穿湖段,全线管道施工以顶管方式为主㊂陆地段含少量明挖段,陆地段采用双排D N 1240ˑ20mm 焊接钢管顶进,总长约7.06k m ;穿湖段采用D 4000钢筋混凝土管顶进,总长约3.77k m ㊂全线共43座竖井均采用沉井法施工㊂陆地段竖井编号W 1611建材世界 2023年 第44卷 第5期(W2合并:K0+148.6)~1#(K6+514.172)㊁4#(K10+287.99)~W45(K11+047.73),井深约5.8~16.6m,管埋深大约7~11m;穿湖段竖井编号1#(K6+514.172)~4#(K10+287.99),井深约19.6~25.2m,顶管埋深9.2~17.2m㊂项目主要包括顶管施工㊁沉井施工㊁电气及自控设备安装,主要工程量如表1所示㊂表1顶管施工主要工程量工程类型名称规格单位数量备注沉井施工工作井10mˑ6m座16工作井Φ8m座8接收井14mˑ6m座12接收井Φ6m座9工作井Φ13m座3工作井Φ8m座1陆地段穿湖段顶管施工焊接钢管D1240mmˑ2mm m14196双排㊁顶管实施钢承口式钢筋混凝土管D4000m3774顶管实施P E管D1400m7548双排中继间个40防护工程素混凝土咬合桩Φ1.2m根142单根桩长17~25.6m 双向水泥搅拌桩Φ0.6m m5480拉森钢板桩单根长12m m44延米2场区工程地质条件工程场区内由上而下主要由7个单元层构成:第一单元层为人工填土(含现状道路及路基)及湖积淤泥层;第二单元层为一般黏性土㊁淤泥质土层;第三单元层为老黏性土㊁老黏性土夹碎石以及黏质砂㊁砾卵石层;第四单元层为红黏土及红黏土夹碎石;第五单元层为泥质粉砂岩㊁角砾岩;第六单元层为灰岩;第七单元层为炭质泥岩㊁灰岩等㊂3顶管机械设备的选型穿湖段采用D4000mm钢筋混凝土顶管,顶管内径4.0m㊁外径4.8m,共分3段顶进,顶进长度分别为725m㊁1540m㊁1509m,设工作井㊁接收井共4座,1#㊁3#㊁4#为始发竖井,平面净尺寸为Φ13m,2#接收竖井平面净尺寸为Φ8m㊂1#(K6+514.172)~2#(K7+238.547)井段:顶管穿越地层上软下硬,管道上部主要分布有粉质黏土夹粉土㊁黏质中细砂,底部主要为强风化㊁中风化泥岩㊂3#(K8+778.663)~2#(K7+238.547)井段:顶管穿越地层3#(K8+778.663)~K8+320主要有黏土㊁粉质黏土㊁粉质黏土夹粉土,在K8+320为软硬交界处;在K8+320~2#(K7+238.547)上软下硬,管道上部主要分布有黏土㊁粉质黏土㊁粉质黏土夹粉土,底部主要为强风化泥质粉砂岩㊂部分段穿越黏质中细砂㊁砾卵石层㊂3#(K8+778.663)~4#(K10+287.99)井段:顶管穿越地层黏土㊁粉质黏土㊁淤泥质粉质黏土㊂根据顶管机穿越不同地层对刀盘进行合理选型,穿越黏土层顶管机正面刀盘主要布置刮刀;对于穿越岩层地段顶管机正面刀盘合理布置滚刀㊁刮刀等刀具,刮刀进行切削岩层,能够满足在岩层中掘进需求[6]㊂根据相关资料查阅,该工程顶管段埋深在7~16m范围变化,湖泊规划控制常水位17.65m,对顶管施工存在较大影响㊂根据各顶管段所穿越土层的情况㊁汤逊湖水位以及‘给水排水工程顶管技术规程“(C E C S246),并结合安全㊁进度㊁经济等因素综合考虑,选用泥水平衡施工工艺[7]㊂陆地段长约7.1k m,布置双排2-D N1240压力管,材质为焊接钢管,管道净间距1.2m㊂压力管埋深大约7~11m变化,根据相关资料查阅,大部分属于淤泥质粉质黏土㊁粉质黏土㊁黏土㊁黏土夹碎石等地层,地711建材世界2023年第44卷第5期下常水位较高,对顶管施工存在影响㊂根据各顶管段所穿越土层的情况㊁地下水位以及‘给水排水工程顶管技术规程“(C E C S 246),并结合安全㊁进度㊁经济等因素综合考虑,选用泥水平衡施工工艺㊂4 顶管法设计计算与施工技术4.1 顶管法设计计算为了保证顶管的顺利进行,需对顶管顶进力㊁中继间㊁管道抗浮稳定性等进行计算,其中顶管顶进力的计算最为复杂,其主要的计算流程如图1所示[8]㊂D N 4000钢筋混凝土顶管,管道最浅埋深为8m ,总推力计算方法如式(1)所示㊂F =F 1+F 2(1)式中,F 为总推力,k N ;F 1为迎面阻力,k N ;F 2为顶进阻力,k N ㊂其中F 1=π/4ˑD 2ˑ(P +20)(2)P =K 0ˑγˑH 0(3)F 2=πD ˑf ˑL (4)式中,D 为管外径,取4.8m ;P 为控制土压力,k P a ;K 0为静止土压力系数,取0.65;H 0为地面至顶管机中心的厚度,取最小值10.5m ;γ为土的湿重量,取1.8t /m 3;L 为最长顶距,穿越土层取值725m ㊁1540m ㊁1509m ;D N 4000顶管穿越土层为黏土,f 值可直接取20.0k N /m 2和10k N /m 2㊂由此可得迎面阻力和顶进阻力为P =0.65ˑ1.8ˑ10.5=12.285t /m 2(5)F 1=3.14/4ˑ4.8ˑ4.8ˑ(12.285+20)=583.919t (6)F 2=3.14ˑ4.8ˑ20ˑ725=218544k N =21854.4t(7)F 2=3.14ˑ4.8ˑ10ˑ1540=232108.8k N =23210.88t(8)F 2=3.14ˑ4.8ˑ10ˑ1509=227436.48k N =22743.648t(9)811建材世界 2023年 第44卷 第5期取泥水平衡顶管施工段最大的顶进阻力进行验算得知,总推力F 分别为22438.32t ㊁23794.80t㊁23327.57t㊂管材允许顶力计算可按式(10)进行计算[9]㊂F d c =0.5ϕ1ϕ2ϕ3γQ d ϕ5f cA p (10)式中,F d c 为混凝土管允许顶力,N ;ϕ1为混凝土材料受压强度折减系数,可取0.90;ϕ2为偏心受压强度提高系数,可取1.05;ϕ3为材料脆性系数,可取0.85;ϕ5为混凝土强度标准调整系数,可取0.79;f c 为混凝土受压强度设计值,N /mm 2;A p 为管道的最小有效传力面积,mm 2;γQ d 为顶力分项系数,可取1.3㊂D N 4000钢筋混凝土管f =23.1M P a ,A p =5.5264m 2㊂经计算,混凝土管道允许顶力设计值为49923.5k N>F =23794.80t ,管道结构满足受力要求㊂由此得知:顶管总推力F =22438.32t >N =20000t ㊁F =23794.80t >N =20000t ㊁F =23327.57t >N =20000t ,不满足顶管机顶升力要求㊂根据‘G B50268 2008给水排水管道工程施工及验收规范“,需设置中继间㊂中继间设计允许顶力按24000k N 估算,顶进长度最长为1540m (D N 4000),据‘给水排水工程顶管技术规程“C E C S 246 2008相关公式,计算中继间个数如式(11)所示㊂n =πD f k L +()500.7f0-1=3.14ˑ4.8ˑ101540+()500.7ˑ24000-1=13.3=14(11) 同理,可求得顶进长度最长为725m (D N 4000)㊁1509m (D N 4000)的中继间个数均为13个,由此可知,整个顶管段共需设置13ˑ2+14=40个中继间㊂管道抗浮稳定性计算时,管顶竖向压力计算如式(12)所示㊂p =γH 1-γs a t H 2-γw H w =10.5ˑ20-20.5ˑ0-10ˑ10.5=105k N /m 3(12) 顶管管节自重为G =γˑπˑD 0ˑt =143.69k N /m ,满足抗浮要求㊂4.2 顶管法施工技术泥水平衡顶管机顶进系统主要由主千斤顶㊁主顶油泵㊁顶铁㊁掘进机头㊁进排泥系统㊁泥水分离装置以及微机操作室等设备组成㊂顶管施工时,在主顶千斤顶推动管道向前进㊂推进过程中通过顶管机的刀盘切削土体,切削下来的土体挤压在泥土仓内,通过刀盘的转动搅拌均匀进入泥水仓与进浆管送入的泥浆搅拌成浓的泥浆,再通过排浆管道将浓泥浆排出机头㊂泥水平衡顶管施工工艺流程如图2所示㊂在开始顶进前,确保洞口止水圈已正确安装㊁导轨安装就位且偏差符合要求,全部设备经过检查并试运911建材世界 2023年 第44卷 第5期转㊂因顶管工作井㊁接收井四周大部分为素填土㊁淤泥质粉质黏土,且存在地下水,需对顶管进出洞口外围土体进行加固处理㊂进出洞口采用三轴搅拌桩加固土体,洞身上部加固至管节结构外3m ,下部为结构外3m ,左右两侧为结构外2m ㊂同时竖井外一周采用直径1m ㊁间距75c m 咬合素混凝土桩进行止水帷幕㊂管道初始顶进应控制推进速度,宜控制在10~20mm /m i n;正常顶进时,顶进速度宜控制在20~30mm /m i n ㊂双排D N 1200管道采用平行前后同步顶进施工,双排顶管施工必须控制合理的纵向间距,减少双管相互干扰,考虑前后管错位在30m 左右,在顶管掘进机后接入第一节管道时,顶管机尾部至少有20~30c m 处于导轨上㊂工作井的洞口应设置止水圈和封门板;严格控制工具管出洞10m 范围内管道轨迹的偏差不大于30mm ㊂穿湖段长度3.77k m ,采用D 4000mm 套管,套管内套压力管采用给水用聚乙烯(P E )管D 1400mm ,用熔接方法连接㊂此段在施工过程中,每节P E 管在D 4000mm 外套管内拖拉安装的最大长度不应超过250m ㊂P E管采用拖拉的方式进行安装,如图3所示㊂施工结果表明,采用顶管施工工艺取得了良好的经济效果,确保了全长10.8k m 顶管段的顺利贯通,节约工期34d ,节约造价约5000万元㊂对顶管顶进过程中地表沉降进行现场监测,获得最大沉降值为5c m ,各监测数据无异常,监测点无报警情况㊂5 结 语在智慧城市建设中,顶管法作为一种先进的施工技术,能够有效解决城市地下管线繁多㊁交叉㊁密集的施工问题,为智慧城市的建设提供了可行性和可靠性的解决方案㊂利用先进的定位和导向技术,顶管法可以精准地控制顶管设备的位置和方向,避免对周围环境和管线的损坏,提高了施工的精度和可控性㊂通过顶管法在汤逊湖污水处理厂尾水排江工程中的应用研究,进一步推动顶管法施工技术的创新和发展,可以为智慧城市的建设提供更加可靠㊁高效的解决方案,实现城市基础设施的优化和升级㊂相信随着智慧城市建设的不断推进,顶管法施工将在未来的城市发展中扮演越来越重要的角色,为人们创造更加美好的生活环境㊂参考文献[1] 成 果.复杂环境下钢顶管中继间上浮处理方案[J ].给水排水,2019,45(11):116-118.[2] 仲金荣,叶 亮.复杂地质条件和市政环境下顶管施工技术[J ].云南建筑,2020(2):128-131.[3] 林永江,屈新龙.非开挖微型顶管法在污水管道施工中的应用[J ].施工技术,2018(s 4):1528-1530.[4] 周 青,杨 华,周 敏,等.复杂环境下大口径市政排水管道的设计和施工[J ].中国给水排水,2012,28(20):73-77.[5] 胡锋妹.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的研究与应用[D ].杭州:浙江工业大学,2019.[6] 任士房,刘争平,熊自英,等.声电效应在隧道地震波场物理模拟实验中的应用[J ].地球物理学进展,2012,27(5):2240-2247.[7] 朱 剑,李振勇,张 泷.复杂环境下大断面矩形顶管法施工过程地表沉降规律及控制措施研究[J ].岩土工程技术,2017,31(1):49-54.[8] 许建文.基于复杂环境管线迁改项目的顶管法施工技术研究[D ].淮南:安徽理工大学,2019.[9] 曹淑学,吴发展.复杂周边环境下顶管接收施工技术[J ].建筑技术,2022,53(2):227-229.21建材世界 2023年 第44卷 第5期。
长距离大管径定向钻穿越管道--抗浮力计算措施及回拖施工工艺
长距离大管径定向钻穿越管道--抗浮力计算措施及回拖施工工艺摘要：长输管道工程定向钻穿越施工回拖大管径、超长距离管道时，由于钻孔中的泥浆产生的不平衡浮力，随着管径增大和长度增长管道在泥浆中产生的浮力与钻孔之间的摩擦力、管道与孔壁大面积接触差产生挤压造成的孔壁垮塌。
通过现场经验和管道回拖过程中泥浆浮力计算分析，采用回拖管道内安装注满水的聚乙烯管的方式，均匀的平衡掉泥浆产生的浮力，有效的降低了回拖管道与孔洞的摩擦面积，从而减少了摩擦力，同时减少了管道与孔壁之间的挤压，降低了孔洞垮塌的风险，极大提高了定向钻穿越回拖一次成功率。
关键词：定向钻；穿越施工；配重降浮；管线回拖1概述在青宁输气管道工程新沭河定向钻穿越工程中，管道施工长度2133m、规格φ1016mm，通过在定向钻穿越管道内安装注水聚乙烯管的方法，给穿越管道提供配重用来平衡掉穿越管道在成型孔内受到的浮力，减少了穿越管道与成型孔之间的摩擦力。
配重重量可通过注水量、聚乙烯管管径和数量来调节。
取得了良好的经济效益和社会效益，创造了中国石化长输管道工程建设史上同时期同规格定向钻穿越之最。
2配重降浮施工2.1 泥浆对回拖力的影响定向钻扩孔过程中，因扩孔器本身重量的原因，在扩孔的过程中中心轴线会在扩孔过程中向下偏移，扩孔完成后，从孔洞的截面上看往往会形成一个上部小、下部大的近似梨状的孔洞。
因为孔洞内充满泥浆，回拖过程中管道受孔洞内泥浆的浮力作用向上浮起程度随着管道管径和长度的增加而增加，孔洞内的管道受到的浮力会很大，此时的管道会浮在孔洞的上部，梨状孔洞上部小、下部大，极有可能导致回拖管道卡死在梨状孔洞上部的狭窄部位，导致管道与孔壁摩擦加剧和加大了管道与孔壁之间的挤压，导致回拖力剧增和孔壁垮塌，从而可能会导致管道回拖失败。
2.1.1 孔洞内泥浆阻力影响孔洞内泥浆阻力的因素有孔洞与回拖管道之间环形间隙的形状大小，以及泥浆的粘稠度、回拖过程中管道相对于孔洞的速度等。
地下塑料管道变形稳定计算
Fsv，k=75.6KN/m 管顶至设计地面的覆土厚度Hs=10m 管道公称直径D =4000.4m 管道外径De=4200.42m 计算直径D0=0.41m 回填土的重力密度 ρ=18KN/m3车轮荷载传递到管顶处的竖向压力标准值qvk=50KN/m2查06MS201-2-10表4管道变形系数 Kd=0.1按照管道基础中心角大于90度时，取0准永久值系数， ψq= 0.5管道的环刚度 Sp= 12变形滞后效应系数 Dl= 1.5管侧土的综合变形模量 Ed= 7.5管侧回填土相应的变形模量 Ee= 5查06MS201-2-10表7基槽两侧原状土的变形模量 En=5地勘或查06MS201-2-10表7管中心处沟槽宽度 Br= 1.5Br/De= 3.571428571ζ= 1.5查06MS201-2-10表5塑料管道最大竖向变形 Wd，max=0.023265583＞0.0205管壁失稳的临界压力标准值 Fcr，k=1851.6402KN/m2管材泊松比 νp=0.4PVC-U:0.37 PE:0.4 PP；0.4管顶在各项作用下的竖向压力标准值 Fvk=230KN/m2环向稳定 Fcr，k/Fvk=8.050609563满足管道的环向稳定性抗力系数Ks=2不变3.埋地管道抗浮计算一般都能满足情况，特各项抗浮永久作用标准值之和Fgk=KN/m2根据实际情况确定，见浮托力标准值Ffw，k=KN/m2管道的抗浮稳定性抗力系数Kf= 1.12.埋地管道环向稳定性计算参数见图集06MS201-2-7相应说明及表格1.埋地管道变形计算不同管顶覆土厚度下延米管道管顶的竖向土压力标准值Fsv，k地面荷载（车辆荷载或者堆积荷载）对管道的作用绿色为结果，结果，黄色为自填数据,其他数据不用改变查06MS201-2-10表4心角大于90度时，取0.1计算不满足PE:0.4 PP；0.4一般都能满足情况，特殊时根据实际情况确定，见图集06MS201-2-8。
管道抗浮计算
管道抗浮计算
管道敷设在浸水的土壤中时会受到静水或流水的作用而产生浮力，为了克服浮力对管道产生的影响，必须采取一定的措施来保证管道的稳定性。
使用加重块可以抵消浮力的作用，为降低造价，设计中采用毛石混凝土砌筑重块，重块的尺寸和数量由土建专业通过计算来确定。
重块砌筑完成后，才能进行管沟的回填，保证管道在管沟中的设计位置。
1管身自重
m
=547.2kg/m
自重
2回填土重量
设计要求回填土的压实系数为0.90，地勘试验报告得出土样最大干密度为1.81，回填土压实密度为1.81×0.9=1.629g/cm3=1629kg/ m3
按设计图纸过河底段管顶覆土1.2m，每米覆土重量
m
覆土
=1.2×1.4×1.0×1629=2736.72 kg/m
3最大浮力
每米管道完全浸没时
F=gv
液
=1000×9.8×3.14×0.72×1=15080N即为1508 kg 4验算
m
自重+ m
覆土
=547.2+2736.72=3283.92﹥1508 所以不须采取抗浮措施。
水中管道抗浮公式
1 2 3 4 5
中间量 中间量
γw
D v f K
所穿水域水的重度N/m3 管身结构的外径m 管段处设计水流速度m/s
管段与河床的滑动摩擦系数，根据实验或经验确定
大中型取1.3，小型取1.2
γwDv2/2g
K*Fdx/f
Fs= πD2γw/4 Fdx= Cx*γwDv2/2g Fdy= Cy*γwDv2/2g W≥ K*Fdx/f+Fs+Fdy K W≥ K*Fs
2 公式 W≥K(Fs+Fdy) W≥K*Fdx/f+Fs+Fdy Fdx=Cy*γwDv /2g W-----单位长度管段的总重力（包括管身结构自重、保护层重、加重层重，不含管内介质重 FS----单位长度管段静水浮力（N/m） Fdy---单位长度管段动水上举力（N/m） Cy----浮力系数，取0.6 Fdx---单位长度管段动水推力（N/m） Cx----推力系数，取1.2 D-----管身结构的外径（m） γw---所穿水域水的重度（N/m3） v-----管段处设计水流速度（m/s） K-----稳定安全系数，大、中型工程取1.3，小型工程取1.2 f-----管段与河床的滑动摩擦系数，根据实验或经验确定 g-----重力加速度，取9.8m/s2 注：若是裸露弹性敷设时，还应计算弹性抗力。 穿越管道裸露敷设 公式 值 单位/描述
0 #DIV/0! 0 单位长度管段静水浮力（N/m） 0 单位长度管段动水推力 0 单位长度管段动水上举力 #DIV/0! 抗浮计算值 穿越管道埋沟敷设
大中型取1.2，小型取1.1
0 抗浮计算值
Fdy=Cy*γwDv /2g 不含管内介质重）（N/m）
2
排水构筑物抗浮设计
CHAPTER
研究结论与展望
01
不同地区的排水构筑物因气候、地质及具体工程条件不同，对抗浮设计的具体要求也有所差异。
在进行抗浮设计时，应充分考虑地下水压力、降雨强度和地基承载能力等因素。
抗浮设计的成功与否直接影响到排水构筑物的安全性和使用寿命。
排水构筑物的抗浮设计对于保证其稳定性及防止浮力问题是至关重要的。
研究意义
02
CHAPTER
排水构筑物抗浮设计基础
抗浮设计的概念
排水构筑物抗浮设计是指通过采取一定的工程措施，提高构筑物的浮力阻力，使其能够抵抗地下水的浮力作用，保证构筑物的稳定性和安全性。
抗浮设计的原理
抗浮设计的原理主要是利用构筑物的自重和附加压重等措施，增加构筑物的质量，使其能够产生更大的压力，从而抵抗地下水的浮力作用。同时，通过合理的设计和施工，保证构筑物的稳定性、安全性和耐久性。
增加构筑物自重
01
通过增加构筑物的混凝土厚度、加大钢筋用量等方法，增加构筑物的自重，从而增加其浮力阻力。适用于地下水位较浅、地下水压力较小的场合。
设置抗浮锚杆
02
通过在构筑物底部设置抗浮锚杆，将构筑物与周围土体锚固在一起，增加其浮力阻力。适用于地下水位较深、地下水压力较大的场合。
设置抗浮挡墙
03
通过在构筑物周围设置抗浮挡墙，增加构筑物的侧向压力，从而抵抗地下水的浮力作用。适用于地下水位较浅、地下水压力较小的场合。
利用有限元分析软件，对构筑物进行三维建模和分析，计算其极限承载力。
有限元法
02
利用有限差分分析软件，对构筑物进行数值模拟和分析，计算其极限承载力。
验，测定构筑物的极限承载力。
试验法
基于概率的方法
利用概率论和数理统计方法，对构筑物的稳定性和安全性进行评估。
管道抗浮演算
一、 设计依据及参考资料 （1）设计依据：《给水排水工程埋地铸铁管管道结构设计规范》（CECS142:2002）二、 计算原则由于管线较长、直径较多，本次设计不再一一核算，采用最不利情况，反算覆土厚度，以确定满足抗浮要求的管顶最小埋深。
三、 荷载计算3.1 自重经可研选型，管材管径≥1400mm，采用预应力钢筒混凝土管（PCCP）；管径≤1200mm，采用内衬水泥砂浆球墨铸铁管（DIP）；由产品样本可知：各种管材质量统计表3.2管道中水重本次抗浮验算考虑管道中为无水工况。
四、浮托力计算浮托力计算公式如下：管道抗浮验算42wkf w,W DFπγ=式中 D w ——管道外径，m；γw ——水的重力密度，本次设计按：10.0kN/m³计算浮托力计算成果表五、覆土厚度计算管道的抗浮验算，应满足下式：式中 ∑F Gk ——各种抗浮作用标准值之和；F fw,k ——浮托力标准值；K f ——抗浮稳定性抗力系数（应不低于1.1），本次设计按：1.1计算管顶竖向土压力计算公式如下：式中 C d ——开槽施工土压力系数，与开槽宽度有关，本次验算取为1计算；γs ——回填土的重力密度(kN/m 3)，对埋设在地下水位以上的管道可取18.0kN/m³对埋设在地下水位以下的管道可取10.0kN/m³H s ——管顶至设计地面的覆土高度，m；D 1——圆管外直径，m；管道上覆土均按地下水位以下考虑。
计算成果见下表：管顶覆土厚度计算成果表1k ,sv D H C F s s d γ=∑≥kf w,f k F K F G 42wkf w,WD F πγ=。
管道抗浮计算书
管道抗浮计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
计算书：抗浮计算
一、只需对埋深最浅的DN1000钢筋混凝土排水管进行计算
1、管道质量
经翻阅资料（详06MS201-1第39页），管内径为DN1000的钢筋混凝土排水管，管壁厚为100mm，则延米管道总重量约
m
自重
=（截面积）×1×2400（砼重）=840 kg
2、回填土重量
设计要求回填土的压实系数为，地勘试验报告得出土样最小干密度为，回填土压实密度为×=cm3=848kg/ m3
按设计图纸顶覆土最小1 m，每米覆土重量
m
覆土
=1×××848=1017 kg/m
3、最大浮力
每米管道完全浸没时
F=gv
液
ρ=1000×××2×1=11078N即为1108 kg
4、验算
m
自重+ m
覆土
=840+1017=1857﹥1108*所以不须采取抗浮措施。
说明：①管道质量我不知道，请你界定；
②回填土重量：压实系数为，最小干密度按取值
计算为：×=cm3=1166kg/ m3
③ F=gv
液
ρ=
④验算：
DN500塑料管每延米m，按覆土最小计算，设计要求回填土的压实系数为，
2。
管道抗浮计算书
计算书：抗浮计算
一、只需对埋深最浅的DN1000钢筋混凝土排水管进行计算
1、管道质量
经翻阅资料（详06MS201-1第39页），管内径为DN1000的钢筋混凝土排水管，管壁厚为100mm，则延米管道总重量约
m
自重
=0.35（截面积）×1×2400（砼重）=840 kg
2、回填土重量
设计要求回填土的压实系数为0.87，地勘试验报告得出土样最小干密度为0.975，回填土压实密度为0.975×0.87=0.848g/cm3=848kg/ m3
按设计图纸顶覆土最小1 m，每米覆土重量
m
覆土
=1×1.2×1.0×848=1017 kg/m
3、最大浮力
每米管道完全浸没时
F=gv
液
ρ=1000×9.8×3.14×0.62×1=11078N即为1108 kg
4、验算
m
自重+ m
覆土
=840+1017=1857﹥1108*1.1所以不须采取抗浮措施。
说明：①管道质量我不知道，请你界定；
②回填土重量：压实系数为0.87，最小干密度按1.34取值
计算为：1.34×0.87=1.1658g/cm3=1166kg/ m3
③ F=gv
液
ρ=
④验算：
DN500塑料管每延米25.9Kg/m，按覆土最小0.7m计算，设计要求回填土的压实系数为0.87，。
3抗浮稳定性验算与抗浮设计
机
Nw,k——浮力作用值(kN)；
理
Kw——抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。
为 条文说明：
本 5.4.3 对于简单的浮力作用情况，基础浮力作用可采用阿基米德原理计算。
3、规范条文-安全系数
抗浮稳定性验算与抗浮设计
给水排水工程管道结构设计规范 GB 50332-2002 > 4 基本设计规定 > 4.2 承载能力极限状态
概
念 8.8.3 抗浮可采用以下几种措施：
为 先
1 增加结构自重，在基础底板上加压重材料，或增加基础底板挑边，利用挑板上 的土提供有效的压重；
2 采用抗拔构件(抗拔桩、抗拔锚杆等)，提供有效的抗浮力；
机
3 采用有效、可靠的降低水位的措施。
理
为
本 笔者注：利用结构刚度，考虑应力扩散效应，减少甚至不布桩。
抗浮稳定性验算与抗浮设计
建筑地基基础设计规范 GB50007-2011>5 地基计算>5.4 稳定性计算
概
念 5.4.3 建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，并应符合下列规定：
为
1 对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求：
先
Gk/Nw,k≥Kw [5.4.3]
式中：Gk——建筑物自重及压重之和(kN)；
概 11.6.1 结构设计应符合下列规定：
念
6 结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算。抗浮安全系数当不计地层侧摩
为 先
阻力时不应小于1.05；当计及地层侧摩阻力时，根据不同地区的地质和水文地质条 件，可采用1.10～1.15的抗浮安全系数；
机 城市轨道交通直线电机牵引系统设计规范 CJJ167-2012>11 地下结构>11.1 一般规定 理 11 . 1 . 9 地下结构应进行抗浮稳定计算，并应按最不利情况进行验算。当不计算侧 为 壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系 本 数不得小于1.15。
浅谈埋地管道抗浮设计
浅谈埋地管道抗浮设计作者：乔丽来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第09期摘要：选择正确合理的抗浮稳定计算方法，科学地确定地埋管的埋置深度，可以使工程在满足安全性、适用性的基础上尽量减小投资。
关键词：埋地管道；抗浮；计算方法；埋置深度在蒸汽热力网设计中，在城市街道上和居住区内的热力网管道宜采用地下敷设。
不同地区的地埋管设计中，由于地下水位的不同，有些地区地埋管要考虑抗浮设计，来确定其埋深，埋地管道埋置深度的确定直接影响整个工程的土方开挖及回填量，即影响工程投资。
因此，抗浮计算不仅仅是保证工程安全的计算，对工程投资的影响也很大。
需要说明的是，管道的埋置深度必须满足抗浮要求，但抗浮计算不是确定其埋深的唯一条件，还要满足《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》CJJ/T104-2014中直埋蒸汽管道的最小覆土深度要求。
我们现有涉及的热网设计遍布全国，不同地区的地下水位不同，对地埋管抗浮设计要求不同，据统计，华北地区浅层地下水水位一般介于1-75米之间，东北地区浅表地下水水位多在数米到十几米之间，西北地区浅表地下水水位一般在百米间，华东地区浅表地下水水位一般介于1-50米之间，中南华南地区浅表地下水水位一般介于1-20m之间，西南地区浅表地下水水位一般介于1-20米之间，由于蒸汽管道常规埋深2-3m，所以华北地区、华东地区、中南华南地区、西南地区要考虑地埋管道的抗浮设计。
本计算以φ720×11蒸汽地埋管为例，保温厚度220mm，两层50mm厚硅酸铝针刺毯，三层40mm厚高温玻璃棉，外套管选用φ1320×14，管道的每米荷重为7.5kN，水容重为10kN，土壤容重为10kN，地下水位至管道管顶，为简化计算过程，选用一米管道进行计算。
本计算公式采用为：G土+ G管=1.1F浮其中G土、G管分别为土重和管道自重，F浮为浮力，1.1为抗浮稳定性抗浮系数，H为满足抗浮要求的管顶最小埋深。
高密度聚乙烯双壁波纹管管道设计施工规范
高密度聚乙烯双壁波纹管管道设计、施工技术规程1 总则1.0.1高密度聚乙烯双壁波纹管（CPP）（以下简称双壁波纹管）是一种新型的排水管材。
为了在室外埋地排水管道工程设计、施工及验收中，做到技术先进、经济合理、确保工程质量，特制定本规程。
1.0.2本规程适用于新建、扩建、和改建的室外埋地排水高密度聚乙烯双壁波纹管（CPP）工程的设计、施工及验收。
1.0.3本规程适用于室外埋地敷设的管径DN800mm以下的高密度聚乙烯双壁波纹管（CPP）。
1.0.4应用于本规程，排入管道的水温应不大于40oC；排放管道的水质，应符合《污水排入城市下水道水质标准》（CJ18-86）的规定。
1.0.5本规程可用于埋设在一般地质条件下或酸、碱性等腐蚀性土壤中。
1.0.6施工人员应按设计文件和施工图施工。
遇本规程未涉及的问题或有特殊要求时，变更设计应经设计单位同意。
1.0.7管道工程用的管材、管件、密封圈、等必须符合现行的国家和行业产品标准。
1.0.8除执行本规程外，尚应符合国家现行的标准和行业标准及本地区的有关规定。
1.0.9执行本规程时，必须遵守国家和地方的有关安全、劳动保护、防火、环保等方面的有关规定。
2 引用标准GBJ 14-87（1997年版）室外排水设计规范GBJ 69-84给水排水工程结构设计规范GB 50268-97给水排水管道工程施工及验收规范CJJ 3-90市政排水管渠工程质量检验评定标准3 术语3.0.1双壁波纹管corrugated pipe管壁截面为双层结构，内壁的表面光滑，外壁为等距排列的环形中空波纹结构的管材。
3.0.2公称内径（de）norminal inside diameter为便于应用，对热塑性塑料管系统管材以内径标定。
注：本规程中公称内径与管材实际内径等同（个别规格以外径定径，公称直径为外径）。
3.0.3最小内压强度minimum internal pressure strength指无压重力流排水管道，在50年长期输水条件下，对使用的管道进行内压检验，耐内压强度最低界限的规定。
抗浮稳定系数
抗浮稳定系数
抗浮稳定系数1.05
抗浮稳定性就是对于抗浮力抗拔稳定性的评价，包括建筑物抗浮和管道抗浮等。
今天邱老师，就给大家讲讲这一块的知识！
深入理解规范，才谈得上“按规范执行”。
这句话是邱老师一直挂在嘴上的一句话，如果认同，也希望大家能牢牢记住！
建筑地基基础设计规范 GB50007-2011>5 地基计算>5.4 稳定性计算
5.4.3 建筑物基础存在浮力作用时应进行抗浮稳定性验算，并应符合下列规定：
1 对于简单的浮力作用情况，基础抗浮稳定性应符合下式要求：
Gk/Nw,k≥Kw [5.4.3]
式中：Gk——建筑物自重及压重之和(kN)；
Nw,k——浮力作用值(kN)；
Kw——抗浮稳定安全系数，一般情况下可取1.05。
条文说明：
5.4.3 对于简单的浮力作用情况，基础浮力作用可采用阿基米德原理计算。
抗浮稳定性：这一概念看似简单，实际涉及六个参数。
Gk/Nw,k≥Kw。