鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院給水分院 王 冰 賀 潔

地面車輛荷載對(duì)埋地市政給水管道的作用

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院給水分院 王 冰 賀 潔

近幾年，頻頻發(fā)生城市自來(lái)水管道爆管事故，爆管原因有很多，比如管道老化、管道規(guī)劃位置不合理、管道埋置深度不合理、地面車輛過(guò)載等等。根據(jù)《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50332-2002）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）的規(guī)定，埋設(shè)在市政道路車行道下的給水管道，受到包括結(jié)構(gòu)自重，土壓力（豎向和側(cè)向）、預(yù)加應(yīng)力、管道內(nèi)的水重、地基的不均勻沉降、地面人群荷載、地面堆積荷載、地面車輛荷載、溫度變化、壓力管道內(nèi)的靜水壓、管道運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的真空壓力、地表水或地下水的作用，這些作用或多或少對(duì)管道都會(huì)產(chǎn)生一些不利影響。但是，根據(jù)爆管原因分析，市政道路上密集的車流通過(guò)和車輛超載給管道帶來(lái)的破壞最大。本文，筆者通過(guò)管道受荷計(jì)算，對(duì)地面車輛荷載對(duì)埋地給水管的作用作出分析。

一、車輛荷載的主要技術(shù)指標(biāo)、尺寸及橫向布置

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）的規(guī)定，公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，汽車荷載分為公路Ⅰ級(jí)和公路Ⅱ級(jí)兩個(gè)等級(jí)，汽車荷載由車道荷載和車輛荷載組成。車道荷載由均布荷載和集中荷載組成。給水管道受到的汽車荷載采用車輛荷載。車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表 1 車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)

車輛荷載的立面、平面尺寸及橫向布置如圖1所示。

二、埋地給水管道受荷計(jì)算

按照本規(guī)范規(guī)定的多個(gè)輪壓的傳遞分布圖，埋置在不同深度的給水管道受到的地面車輛的作用力分布范圍，如圖2所示。

多排輪壓綜合影響傳遞到給水管道頂部的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：

式中，qvk為輪壓傳遞到管頂處的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2），Qvi，k為單個(gè)的i個(gè)車輪承擔(dān)的單個(gè)輪壓標(biāo)準(zhǔn)值（kN），ai為i個(gè)車輪的著地分布長(zhǎng)度（m），bi為i個(gè)車輪的著地分布寬度（m），H為從車行地面至管頂?shù)纳疃龋╩），μD為動(dòng)力系數(shù)，地面在管頂0.7m之上時(shí)，μD取值＝1.0，n為車輪的總數(shù)量，ma為沿車輪著地分布寬度方向的車輪排數(shù)，mb為沿車輪著地分布寬度方向的車輪排數(shù)，dbj為沿車輪輪著地分布寬度方向，相鄰兩個(gè)車輪間的凈距（m），daj為沿車輪著地分布長(zhǎng)度方向，相鄰兩個(gè)車輪間的凈距（m）。

三、計(jì)算結(jié)果

按照最不利的車輛荷載組合，根據(jù)上述公式計(jì)算，荷載傳遞到不同深度的壓力面積，參與作用的輪力及車輛荷載傳至不同深度的豎向壓力荷載標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

表 2 車輛荷載傳遞到不同深度的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值

續(xù)表2

綜上，在市政路面下，給水管道埋置深度在0.7～2.5m時(shí)，車輛輪壓和覆土荷載對(duì)管道的影響需同時(shí)考慮，管道埋置深度在2.5m之下，車輛輪壓對(duì)管道的影響小于管道上覆土荷載對(duì)管道的影響，可不用考慮地面車輛輪壓對(duì)下部埋設(shè)管道的影響，只需考慮管道上覆土荷載對(duì)管道的影響。