陳重：塑料排水檢查井的結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

    慧聰家居采暖網(wǎng) 2013年8月22日，北京市建設(shè)工程物資協(xié)會在北京召開了《塑料排水檢查井應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》發(fā)布宣貫會。會上，“檢查井”標(biāo)準(zhǔn)主編人、北京市政設(shè)計研究院陳重高級工程師介紹北京市地方標(biāo)準(zhǔn)塑料檢查井應(yīng)用技術(shù)規(guī)程結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的編制。

“檢查井”標(biāo)準(zhǔn)主編人、北京市政設(shè)計研究院陳重高級工程師

    以下是陳重高工的報告實錄：

    大家下午好！下面由我來為大家介紹北京市地方標(biāo)準(zhǔn)塑料檢查井應(yīng)用技術(shù)規(guī)程結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的編制。

    我的介紹分八個部分，安全度水平與材料強(qiáng)度指標(biāo)。一般規(guī)定、主要何在、強(qiáng)度計算、壓曲穩(wěn)定計算、變形計算、軸向承載能力實驗、穩(wěn)定性能力的實驗壓力、回填要求。

    簡單解釋一下，我們這個規(guī)程結(jié)構(gòu)設(shè)計的部分，應(yīng)該說從當(dāng)初編制到最后完成，我們追求的目標(biāo)是從規(guī)程體系本身，從結(jié)構(gòu)上、技術(shù)內(nèi)容規(guī)定上，要做到在體系上比較完整。那么應(yīng)該說現(xiàn)有的國內(nèi)的規(guī)程，我們了解建設(shè)上是CES2C，主要適合于建筑小區(qū)的塑料檢查井應(yīng)用。還有是各個省市地方標(biāo)準(zhǔn)，這些地方標(biāo)準(zhǔn)實際上很大程度上來講也都是參照CES2C這個標(biāo)準(zhǔn)制定的，這些標(biāo)準(zhǔn)以外，結(jié)構(gòu)設(shè)計基本上是局限在一些一般規(guī)定，荷載計算，以及穩(wěn)定性計算。沒有截面強(qiáng)度計算。所以咱們這個將要介紹的這幾部分，壓曲穩(wěn)定、變形及拴、井壁管是規(guī)范目前比較有特點的地方。

    另外穩(wěn)定性能計算，剛才魏主任介紹的時候說了很多，結(jié)構(gòu)設(shè)計里還要把這兩部分重點介紹，主要想跟大家解釋一下這些實驗軸向承載能力實驗、實驗壓力是怎么得到的。因為編制過程當(dāng)中我們感覺到這兩個壓力，是爭論比較多，爭議比較大的。實驗還有很多，這里主要介紹這兩個壓力的確定過程、確定思路�；靥钜�求，是屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計的一部分，這點在規(guī)程里是非常明確的。

    為什么這么講呢？和塑料管道一樣，對于回填要求非常高，我們做的實驗、結(jié)構(gòu)本身采用的材料，即使達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、超過標(biāo)準(zhǔn)，如果回填做不到標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計也是數(shù)量空中樓閣。所以回填是非常重要的。

    首先說一下安全度水平和強(qiáng)度指標(biāo)。安全度水平，咱們這個規(guī)程和美國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ASTMF1759一致的，安全度水平來講基本上還是借鑒兩個標(biāo)準(zhǔn)。它所用的是容許應(yīng)力法。這里我們本次規(guī)程借鑒的主要是兩個數(shù)據(jù)，一個是抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的1.25倍。在塑料管道行業(yè)來講，包括現(xiàn)在做的實驗，拉伸實驗也好、內(nèi)壓實驗也好，最后能用的是塑料材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度，目前沒有抗壓強(qiáng)度可以用，塑料檢查井埋在地下，在豎向荷載和水平向荷載情況下主要是受壓，要采用受壓強(qiáng)度的水平，但是沒有，我們借鑒1459里，包括國外標(biāo)準(zhǔn)、相應(yīng)設(shè)計里對于塑料材質(zhì)抗拉強(qiáng)度直接采用抗壓強(qiáng)度，但是概念上來講抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度高。目前是抗拉強(qiáng)度的1.25。有限度的提高。這是一個數(shù)據(jù)。

    還有一個數(shù)據(jù)，檢查井總使用系數(shù)，為同材質(zhì)壓力管道的1.6倍。這兩個系數(shù)，第一個系數(shù)1.25倍是為了從抗拉強(qiáng)度怎么樣推導(dǎo)、用，得到需要得到的抗壓強(qiáng)度，壓力到不到，那么它的安全系數(shù)的1.6倍作為檢查井的系數(shù)。那么這兩個數(shù)據(jù)都取自1759。1759分析來講，塑料檢查井作為管道的井，受力狀態(tài)比較多樣，用比較高的系數(shù)也是合情合理的。

    這個是以分項系數(shù)表達(dá)極限狀態(tài)法，安全系數(shù)取值等等，大家可以看大規(guī)范。

    材料強(qiáng)度指標(biāo)方面，剛才講的強(qiáng)度系數(shù)借鑒體現(xiàn)在這個表里，這個表咱們列出的本規(guī)程限定的三種材料，PE100、PP-B、PVCU，抗壓強(qiáng)度，溫度比較高的時候強(qiáng)度下降。小于等于20的情況下強(qiáng)度值是20度的條件計算，20度到40度用的是40度的系數(shù)進(jìn)行的調(diào)節(jié)。這就是強(qiáng)度產(chǎn)生的過程。

    強(qiáng)度這塊說起來是一個結(jié)構(gòu)上比較專業(yè)的問題，我還是希望大家能夠盡可能了解一下過程，為什么呢？因為我們發(fā)現(xiàn)這個產(chǎn)品，包括類似的塑料產(chǎn)品，使用過程當(dāng)中最后可能很多人爭來爭去，最后都爭在結(jié)論上，比如算個九，這個指標(biāo)怎么取的，最后放到這上，所以想花點時間把這個介紹一下。

    參考標(biāo)準(zhǔn)，PE100參考國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，CCC111，還有1759，PPB參考冷熱水管聚乙烯的標(biāo)準(zhǔn)，PVCU采用ISO1452這個標(biāo)準(zhǔn)，這里壓力很大，壓力管道抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是從參考標(biāo)準(zhǔn)里取出來的，PE100一般說是10，50年、20度預(yù)測概率25%，使用系數(shù)，PE100管道是1.25，20度情況下。PPB也是1.25，PVCU是2.0，乘以2得出受壓情況下使用系數(shù)是這一列，根據(jù)總使用系數(shù)推算出強(qiáng)度系數(shù)。過程是這樣。這是強(qiáng)度計算的一般表達(dá)式。

    咱們現(xiàn)在采用綜合的安全系數(shù)1.27，這是大規(guī)范的，K相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)值，過去沒有標(biāo)準(zhǔn)值一說，咱們?yōu)榱朔治龇奖惆堰^去采用的應(yīng)力叫標(biāo)準(zhǔn)值，這邊是抗壓強(qiáng)度，因為都是抗壓強(qiáng)度，經(jīng)過推導(dǎo)，最后得出這個是抗拉強(qiáng)度，底下這個K是經(jīng)過抗拉強(qiáng)度導(dǎo)算出抗壓強(qiáng)度的系數(shù)，導(dǎo)出以后，是表里這一類標(biāo)準(zhǔn)值。系數(shù)導(dǎo)出來，剛才抗壓強(qiáng)度除以這個就是標(biāo)準(zhǔn)值。40度情況下再乘以溫度系數(shù)，得出40度情況下的表里的值。是這樣的依據(jù)。

    一般規(guī)定也和給排水設(shè)計規(guī)范一樣的，為什么不用GB5009，因為檢查井和傳統(tǒng)意義檢查井已經(jīng)不一樣了，傳統(tǒng)意義檢查井是這樣的，這恰恰是它的弱點，它把管道給斷開，現(xiàn)在的檢查井類似一個管件，比過去檢查井小得多，適應(yīng)變形能力強(qiáng)很多，而且因為管道的一部分一個節(jié)點，所以我們認(rèn)為應(yīng)該用給水排水管道的規(guī)范更合適，包括一些設(shè)計的原則，回填。當(dāng)然有自己的一些特殊標(biāo)準(zhǔn)，總原則是跟GB50332一致。

    需要特別說明的是穩(wěn)定性抗力系數(shù)，這里重點要說抗浮，一個是1.3，還有一個是1.1，這兩個是什么條件呢？當(dāng)抗浮以下應(yīng)力為主的時候，檢查井有一個特點，本身是很輕的，如果以下應(yīng)力為主，這種情況下摩擦力抗浮，為了保證安全度，它的安全系數(shù)、抗力系數(shù)是1.3，如果用抗浮混凝土的情況下應(yīng)該用1.1。有點規(guī)程這塊。

    變形允許值，我們規(guī)定是徑向%，跟管道一樣，軸向是1.5%，不是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度本身限制，也不是壓強(qiáng)本身限制，就是要求軸向變形不能太大，免得檢查井上部發(fā)生比較大的位移。底板撓度2%，這個2%也不是強(qiáng)度和變形本身在承受的極限，而是從保持水流狀態(tài)、從排水專業(yè)設(shè)計角度要求，還有對于平底的檢查組，可能要安放一些泵等等設(shè)備，要保持穩(wěn)定性，所以20%是這么規(guī)定的。

    下面要介紹一下井壁管和井筒可不進(jìn)行強(qiáng)度、壓曲穩(wěn)定和變形計算的條件，我們這個系統(tǒng)帶來一個問題，大家可能會問做這么多結(jié)構(gòu)計算規(guī)定誰去算？我可能習(xí)慣簡單算，不習(xí)慣于復(fù)雜計算，編制組做了大量試設(shè)計的工作，給大家提出了一些不需要計算的條件，只要滿足這些條件，結(jié)構(gòu)計算這章基本上可以發(fā)過去，也解除了大家在實用性上的規(guī)律，針對三種管材，第一是聚乙烯管，得滿足國家標(biāo)準(zhǔn)A型結(jié)構(gòu)管要求。第二得符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，有相應(yīng)結(jié)構(gòu)高度。這些條件要同時滿足，缺一不可。第三是縫拉伸強(qiáng)度不小于2630N。我解釋一下這個數(shù)字怎么算的。用一個埋深六米，承受豎向荷載，這就是下應(yīng)力，考慮安裝當(dāng)中有彎曲，0.5%的彎曲，還有冬天的時候凍脹的力，這幾部分加起來，在沿著井壁，拉力是多少，算一下設(shè)計值。這個拉力直接作用在井壁和縫里，也是A型管比較薄弱的地方。所以比規(guī)程，國家標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)據(jù)要高，國家標(biāo)準(zhǔn)最大是1020N，我們這里變成2630N，比這個要高的。實際上采用管材的時候要注意管材質(zhì)量。

    另外標(biāo)準(zhǔn)凍深，通常概念是北京地區(qū)80，是一個很粗略的概念，按照新的北京地標(biāo)，不同區(qū)域北京市有四個標(biāo)準(zhǔn)，80、1米、1米2、1米35都有。比如凍深1米35情況下，強(qiáng)凍脹情況下不能用，非得用得采取措施，比如回填，非凍脹性的土。環(huán)剛度不小于4KN，一定情況下還是有一定覆蓋范圍。

    第二是個硬聚氯乙烯管，這個要求很少，按照這本標(biāo)準(zhǔn)里符合他的管子基本上都可以用。

    第三是軸向中空壁管，公稱井四經(jīng)為500mm時埋深不能超過2m。

    這一條是當(dāng)井底座，剛才說的都是井壁管，井壁受口錐體滿足軸箱承載能力實驗和穩(wěn)定性實驗的要求時，可不進(jìn)行強(qiáng)度、壓曲穩(wěn)定和變形計算。

    結(jié)構(gòu)設(shè)計表現(xiàn)回填材料和密實度的設(shè)計。

    下面介紹一下主要荷載。我這里不一定列得全，但是主要的就是這么幾個，一個下曳力，實際上有無車載在規(guī)程里不是大事。希望幫助大家建立額這么一個概念，主要還是下曳力，土比較深的情況下下曳力非常顯著，剛才給出的荷載都是通過下曳力產(chǎn)生的。汽車荷載是通過向下的分散力，又轉(zhuǎn)成水平力，再乘以摩擦系數(shù)，通常水平力乘1/3，摩擦力為0.2，有水0.1，不那么顯著。不要老糾纏于有車沒車這個事。

    也就是說埋在土里的東西本身下曳力很大，從哪來？來源于埋的過程當(dāng)中加到它身上。過去也有這種說法埋完了是不是沒有了？那么沒了去哪兒了？這個井如果被壓縮到一定程度，埋完以后只要不泄土不會反彈過來。這是結(jié)構(gòu)上的考慮。

    包括錐體這點力，直接就是土的重力，徑向壓力是水和土，井底反力，下曳力是最重要的力。

    徑向土壓力計算，有一個1.21，這是1759和CECS227的，目前國內(nèi)規(guī)范體系找不到依據(jù)，目前國內(nèi)沒有這個系數(shù)，所以把這個取消了。

    錐體徑向水壓了標(biāo)準(zhǔn)值。這個徑向壓力在CECS227里也有點問題。徑向壓力包括了水，實際上水是不會產(chǎn)生摩擦力的，應(yīng)該是用有效土的來計算。

    還有一個凍土的脹力，這是凍土層，下面這個不受凍，下面這個相當(dāng)于在下曳力下一個，發(fā)生凍脹作用情況下，拔這個井體，表里列的凍土層拔力是這個。

    井壁管，環(huán)向壓力、軸向壓力很簡單，總的力除以面積就完了。環(huán)向壓力里這部分，取用的是0.025，指的是被壓的浮土不均勻，產(chǎn)生的彎矩，以及不均衡的力。0.025的2倍是0.5，和變形是一致的。

    壓曲穩(wěn)定計算也不細(xì)講了。變形計算不說了。

    下面簡單說說軸向承載能力實驗壓力是這樣，考慮到三種情況，一個是500、800、1米，埋深分成0.7到2，2到4，4到6三種，結(jié)合管理要求既定各井徑的埋深，500、0.7到2米，DN800、DN1000埋深為2到6m。地面車輛堆積荷載10千帕，荷載取的是符合設(shè)計值，除了設(shè)計值，里面要乘一些分項系數(shù)，經(jīng)過這些考慮的情況，大家可能也看出來，因為咱們要做荷載實驗，考慮一些不利情況，回填土是沙土等等情況，取的相對比較大。這是剛才魏總說的，荷載力是怎么來的，剛才講的各種荷載加起來，豎向的，要乘以分項系數(shù)。

    穩(wěn)定性實驗壓力，埋深也分這樣的情況，最深在4米2。那么地下水位埋深考慮在哪？地面以下兩米，這里所說的，就是徑向、水平向，剛才那是豎的，就是這兩種。地面荷載。徑向荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值作為穩(wěn)定壓力，為什么又是標(biāo)準(zhǔn)值呢？理論上講也應(yīng)該是設(shè)計值，我們一開始用的就是設(shè)計值，這里產(chǎn)生了幾個問題，一個是設(shè)計值做出來以后，壓力非常大，大于一兩千帕，深于5米大于一百千帕，如果負(fù)壓，超過70千帕對設(shè)計要求非常高了，負(fù)壓是難以實現(xiàn)的。編制組曾經(jīng)考慮過做外水壓實驗，甚至做了設(shè)備，做了DN3159的樣機(jī)，通過水壓，只要殼能受得了，對設(shè)備要求比較高，如果一米井的話，再加上支管就非常大，所以從造價、各方面來講有很多問題、意見很大，是外壓實驗，類似這種實驗，將來有沒有什么突破，實驗設(shè)備、實驗思路上，目前階段只是暫時放棄了。

    放棄了以后對于超過一百的怎么辦呢？沒有辦法，確實做不了，最后相當(dāng)于做一個妥協(xié)，采用標(biāo)準(zhǔn)值，因為咱們這個結(jié)構(gòu)剛才說過，做了軸向荷載實驗，這個用的是設(shè)計值，條件比較苛刻，雖然兩個方向不同的荷載實驗，但是都能夠反應(yīng)結(jié)構(gòu)的承載能力、壁厚等等，包括整體性，其實可以反應(yīng)這個能力。

    另外還有一個，咱們現(xiàn)在負(fù)壓實驗和條件，仔細(xì)想的話，跟檢查井埋到地下條件不太一樣，負(fù)壓實驗條件比較苛刻，也就可以這樣簡單說，如果負(fù)壓實驗過不去，這個井實際埋到地下未必不行。外水壓試驗、沙箱實驗最能客觀反應(yīng)我們檢查井受外壓的情況，受外壓就是水平壓力。這是為什么最后選擇標(biāo)準(zhǔn)值。

    受口錐體，這兩部分合成了一下。

    指標(biāo)簡單解釋一下，不塌陷、不開裂、流槽外推50年豎向變形值小于等于主管外徑的5%30mm的較小值，水平變形值小雨等于主管外徑的10%和60mm的較小值。限定這個也是為了考慮對于排水專業(yè)能不能忍受，對于水流是不是有比較大影響，比如外徑1米的管，如果設(shè)10%就是10公分，10公分變形，排水專業(yè)可能會用。排水過程當(dāng)中很多管比較大，所以設(shè)定了除了5%以外，還設(shè)定了一個數(shù)值上30%60%，相當(dāng)于對應(yīng)600管，大于600的管也得服從這兩個數(shù)，還有一個作證，對于平底板檢查井，直徑小于1.5米的時候，允許是2%，那么也就是30毫米，大于1.5米的時候允許為1%，井徑得3恩米，所以說這么大的井肯定就沒有，這兩個數(shù)比較嚴(yán)，但應(yīng)該來說是可以實現(xiàn)的。

    說一下回填的范圍，有一個分區(qū)，從實際操作來講會問哪里是檢查井哪是是管道，這是井口周圍，直徑是D，上下各三倍的范圍內(nèi)是管溝縱向，這個范圍、填充這部分按照檢查井規(guī)程里推薦要求進(jìn)行回填。出了這個范圍按照管道回填�；靥畈牧喜患�(xì)說。

    結(jié)構(gòu)來講還是要強(qiáng)調(diào)回填質(zhì)量的重要性，包括密輸控制，對檢查井結(jié)構(gòu)安全非常重要。

    我的匯報就這些，謝謝大家