CN112883546A - 一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，包括以下步骤：步骤1，根据设计资料或现场测量得到塑料排水管道的属性参数；步骤2，计算管顶单位面积的竖向土压力标准值；步骤3，计算地面堆积荷载或车辆荷载传至管顶单位面积的竖向压力标准值；步骤4，根据施工现场情况确定道管中心处沟槽开挖宽度；步骤5：计算塑料排水管道的允许变形率；步骤6：计算管侧土变形模量的允许取值范围；步骤7，确定塑料排水管道的回填材料变形模量的取值范围。本发明对塑料排水管道管周回填材料的变形模量进行计算，以满足塑料排水管道与回填材料和管周土体的协调变形，减小塑料排水管道的位移变形，保证其排水畅通。

Description

一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法。

背景技术

随着城镇化建设的大力开展以及城市内涝灾害频发，市政排水管网***也在迅速发展，大口径塑料排水管道得到了广泛的应用。对于塑料排水管道的敷设或者维修改造，通常需要先进行沟槽开挖，待施工完成后再进行回填复原。塑料排水管道的回填材料现在多采用中粗砂，并需要达到相应标准的回填密度，以此来保证塑料排水管道满足受力变形要求。伴随着国内很多城市江海河湖禁止或者限制采砂，导致满足工程设计要求的中粗砂材料在建材市场上日益缺乏，成本显著增加，越来越多的新型回填材料应运而生。

考虑到敷设的塑料排水管道与回填材料、原状土体之间需共同协调变形，回填材料的变形模量若过小或与原状土体的变形模量相差过大，则有可能会造成塑料排水管道的变形过大，不利于其正常稳定运行。

为此，本申请人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足而提供一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法。

本发明所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：

一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，根据设计资料或现场测量得到塑料排水管道的属性参数，属性参数包括管道外径D₁、环刚度S_p和管道周边原状土变形模量E_n；

步骤2，根据以下公式计算管顶单位面积的竖向土压力标准值q_sv，k：

q_sv，k＝γ_s×(H_s-H_w)+γ_s，sat×H_w

其中，γ_s为回填土重力密度，γ_s，sat为回填土饱和重力密度，H_s为管顶覆土深度，H_w为管顶以上地下水的深度；

步骤3，计算地面堆积荷载或车辆荷载传至管顶单位面积的竖向压力标准值q_vk：

若考虑地面堆积荷载时，q_vk则按10kN/m²计算；

若考虑车辆荷载时，可按以下公式计算q_vk：

其中，n为轮压数量，μ_d为车辆荷载动力系数并由下表得到车辆荷载动力系数μ_d的取值，Q_vk为车辆单个轮压标准值，a为单个车轮着地长度，b为单个车轮着地宽度，d_j为相邻两个轮压间的净距；

步骤4，根据施工现场情况确定道管中心处沟槽开挖宽度B_r，并由下表得到计算参数α₁和α₂的取值；

B<sub>r</sub>/D<sub>1</sub>	1.5	2.0	2.5	3.0	4.0	5.0
							α<sub>1</sub>	0.252	0.435	0.572	0.680	0.838	0.948
α<sub>2</sub>	0.748	0.565	0.428	0.320	0.162	0.052

步骤5：按以下公式计算塑料排水管道的允许变形率w_d，max：

w_d，max＝0.05D₁

步骤6：按以下公式计算管侧土变形模量E_d的允许取值范围：

其中，D_L为变形滞后效应系数，K_d为管道变形系数，ψ_q为可变荷载的准永久值系数；

步骤7，根据以下公式确定塑料排水管道的回填材料变形模量的取值范围E_e：

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明根据管道材质及管周原状土体的性质，对塑料排水管道管周回填材料的变形模量进行计算，以满足塑料排水管道与回填材料和管周土体的协调变形，减小塑料排水管道的位移变形，保证其排水畅通。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的塑料排水管道的位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明针对塑料排水管道的沟槽回填工程，如图1所示，通过计算分析得出对回填材料变形模量的要求取值范围。

本发明的塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，根据设计资料或现场测量得到塑料排水管道的属性参数，属性参数包括管道外径D1(mm)、环刚度Sp(kN/m²)和管道周边原状土变形模量En(kN/m²)；

步骤2，根据公式(1)计算管顶单位面积的竖向土压力标准值q_sv，k：

q_sv，k＝γ_s×(H_s-H_w)+γ_s，sat×H_w (1)

其中，γ_s为回填土重力密度，可取18kN/m³，γ_s，sat为回填土饱和重力密度，可取19kN/m³，H_s为管顶覆土深度(m)，H_w为管顶以上地下水的深度(m)；

步骤3，计算地面堆积荷载或车辆荷载传至管顶单位面积的竖向压力标准值q_vk(kN/m²)：

若考虑地面堆积荷载时，q_vk则按10kN/m²计算；

若考虑车辆荷载时，可按公式(2)计算q_vk：

其中，n为轮压数量，μ_d为车辆荷载动力系数并由表1得到车辆荷载动力系数μ_d的取值，Q_vk为车辆单个轮压标准值，可按70kN/m²取值，a为单个车轮着地长度(m)，b为单个车轮着地宽度(m)，d_j为相邻两个轮压间的净距(m)；

表1为车辆荷载动力系数μ_d的取值

步骤4，根据施工现场情况确定道管中心处沟槽开挖宽度B_r，并由表2得到计算参数α₁和α₂的取值；

表2为计算参数α₁和α₂的取值

B<sub>r</sub>/D<sub>1</sub>	1.5	2.0	2.5	3.0	4.0	5.0
							α<sub>1</sub>	0.252	0.435	0.572	0.680	0.838	0.948
α<sub>2</sub>	0.748	0.565	0.428	0.320	0.162	0.052

步骤5：按公式(3)计算塑料排水管道的允许变形率w_d，max(mm)：

w_d，max＝0.05D₁ (3)

步骤6：按公式(4)计算管侧土变形模量E_d(kN/m²)的允许取值范围：

其中，D_L为变形滞后效应系数，可根据管道回填压实度取1.20～1.50，当回填材料压实系数大于95％时，D_L可取1.50；K_d为管道变形系数，可按0.1取值，K_d为管道变形系数，可按0.1取值，ψ_q为可变荷载的准永久值系数，可按0.5取值；

步骤7，根据公式(5)确定塑料排水管道的回填材料变形模量的取值范围E_e(kN/m²)：

本发明根据管道材质及管周原状土体的性质，对塑料排水管道管周回填材料的变形模量进行计算，以满足塑料排水管道与回填材料和管周土体的协调变形，减小塑料排水管道的位移变形，保证其排水畅通。

应用实施例1：

本应用实施例中的塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，包括以下步骤：

步骤1：经资料搜集及现场测量得知塑料排水管道外径D₁＝1000mm，环刚度S_p＝4kN/m，管道所在原状土层(砂土)的变形模量E_n＝3000kN/m²。管道设计埋深H_s＝4.0m，地下水位在地面以下0.5m，即H_w＝3.5m。

步骤2：根据公式(1)计算可得管顶单位面积的竖向土压力标准值：

q_sv，k＝18×(4.0-3.5)+19×3.5＝75.5kN/m²。

步骤3：考虑管道上方的地面堆积荷载，q_vk＝10kN/m²。

步骤4：假设管道中心处沟槽开挖宽度B_r＝2.0m，即B_r/D₁＝2.0，由表2可得α₁＝0.435和α₂＝0.565。

步骤5：根据公式(3)计算塑料排水管道的允许变形率w_d，max＝0.05D₁＝50mm。

步骤6：根据公式(4)计算管侧土综合变形模量E_d的允许取值范围：

即E_d≥3434.4kN/m²。

步骤7：根据公式(5)计算管道回填材料变形模量E_e的取值范围要求：

即管道沟槽回填所采用的回填材料的变形模量需不小于4230.0kN/m²。

应用实施例2：

本应用实施例中的塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，包括以下步骤：

步骤1：根据设计资料得知塑料排水管道外径D₁＝2000mm，环刚度S_p＝8kN/m，管道所在原状土层(粘性土)的变形模量E_n＝4000kN/m²。管道设计埋深H_s＝8.0m，地下水位在地面以下0.5m，即H_w＝7.5m。

步骤2：根据公式(1)计算可得管顶单位面积上的竖向土压力标准值：

q_sv，k＝18×(8.0-7.5)+19×7.5＝151.5kN/m²。

步骤3：考虑管道上方的车辆荷载，选取的典型车型具有两排车轮，单个车轮着地长度a为0.2m，单个车轮着地宽度b为0.5m，两个轮压间的净距为1.8m，根据公式(2)计算可得车辆荷载q_vk：

步骤4：假设管道中心处沟槽开挖宽度B_r＝5.0m，即B_r/D₁＝2.5，由表2可得α₁＝0.572和α₂＝0.428。

步骤5：根据公式(3)计算塑料排水管道的允许变形率w_d，max＝0.05D₁＝100mm。

步骤6：根据公式(4)计算管侧土综合变形模量E_d的允许取值范围：

即E_d≥6423.3kN/m²。

步骤7：根据公式(5)计算管道回填材料变形模量E_e的取值范围要求：

即管道沟槽回填所采用的回填材料的变形模量需不小于11749.3kN/m²。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种塑料排水管道管周回填材料变形模量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据设计资料或现场测量得到塑料排水管道的属性参数，属性参数包括管道外径D₁、环刚度S_p和管道周边原状土变形模量E_n；

步骤2，根据以下公式计算管顶单位面积的竖向土压力标准值q_sv，k：

q_sv，k＝γ_s×(H_s-H_w)+γ_s，sat×H_w

其中，γ_s为回填土重力密度，γ_s，sat为回填土饱和重力密度，H_s为管顶覆土深度，H_w为管顶以上地下水的深度；

步骤3，计算地面堆积荷载或车辆荷载传至管顶单位面积的竖向压力标准值q_vk：

若考虑地面堆积荷载时，q_vk则按10kN/m²计算；

若考虑车辆荷载时，可按以下公式计算q_vk：

其中，n为轮压数量，μ_d为车辆荷载动力系数并由下表得到车辆荷载动力系数μ_d的取值，Q_vk为车辆单个轮压标准值，a为单个车轮着地长度，b为单个车轮着地宽度，d_j为相邻两个轮压间的净距；

步骤4，根据施工现场情况确定道管中心处沟槽开挖宽度B_r，并由下表得到计算参数α₁和α₂的取值；

步骤5：按以下公式计算塑料排水管道的允许变形率w_d，max：

w_d，max＝0.05D₁

步骤6：按以下公式计算管侧土变形模量E_d的允许取值范围：

其中，D_L为变形滞后效应系数，K_d为管道变形系数，ψ_q为可变荷载的准永久值系数；

步骤7，根据以下公式确定塑料排水管道的回填材料变形模量的取值范围E_e：

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