李凌伟

摘   要：管道是公路工程和城市建设的重要组成部分，合理的管底土层承载力是避免管道破坏的重要保障之一。为研究管底土层承载力，对管道等效成条形基础、检查井等效成矩形或圆形基础，对管道设计通用图纸有关承载力计算进行详细分析，并给出相关计算步骤。

关键词：管道;承载能力;配筋;抗浮

一、工程概况

污水管内径D=800mm，污水管壁厚t=0.1，D=80mm，检查井平面尺寸为1200mm×1100mm（内壁尺寸）和2000mm×1900mm（外壁尺寸）。井身壁板厚度为400mm，混凝土强度为C30，壁板顶端至自然覆土层表面距离为1000mm，底板厚度为300mm底板平面尺寸与盖板一致，垫层厚度为100mm，垫层超出底板外缘100mm，地下水位-0.5m，修正后的地基承载力特征值fa=173kN/m2（fa=120+1.0×10×（5.8-0.5）=173kN/m2）。

二、盖板设计

盖板尺寸：厚度为300mm，平面长宽分别为2000mm×1900mm

（a）荷载计算盖板上覆土重：

标准值：20kN/m3×0.7m=14kN/m2

设计值：1.2×14kN/m2=16.8kN/m2

自然覆土层上传来的活荷载：

标准值：24.56kN/m2

设计值：1.4×24.56kN/m2=34.38kN/m2

盖板自重（折算）：

标准值：26×0.3=7.8 kN/m2

设计值：1.2×7.8kN/m2=9.36kN/m2

（b）盖板内力计算

混凝土强度等级取C30，钢筋取HRB400。盖板上筋保护层厚度为30mm，下筋保护层厚度为35mm。因盖板平面长宽分别为2000mm×1900mm，ly/lx=0.95，故盖板按四周简支双向板计算。查表得：

标准值：Mxk=0.0410×46.36×1.9×2=7.23kN·m，Myk=0.0365×46.36×1.9×2=6.43kN·m。

设计值：Mx=0.0410×60.54×1.9×2=9.44kN·m，My=0.0365×60.54×1.9×2=8.40kN·m。

（c）查表配筋：

上筋：X向和Y向按最小配筋率0.2%配筋，最终选取14@200。

下筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。经检验，配筋率均大于最小配筋率0.2%。

三、地基承载力验算

（a） 荷载计算

盖板自重（折算）：26×0.3=7.8 kN/m2

2000mm宽的一侧壁板重（单位宽）：25×1.0×4.5×0.40=45kN/m。

1900mm宽的一侧壁板重（单位宽）：25×1.0×4.5×0.4=45kN/m。

底板自重：26×0.30=7.80kN/m2

底板上排水管垫层自重：20×1.02=20.4kN/m2（把排水管垫层按体积相同原则换算成均布荷载）。

底板上水重（内侧）：

标准值：10×4.5=45kN/m2

设计值：1.35×45kN/m2=60.75kN/m2

自然覆土层上传来的活荷载：24.56kN/m2

池内水侧压力：10×4.8=48kN/m2

壁板侧压力（上端）：

标准值：（24.56+1.0×10）×tan2（45°-30°/2）+10×1.0=21.52kN/m

設计值：1.35×21.52kN/m2=29.05kN/m2

壁板侧压力（下端）：

标准值：（24.56+5.42×10） ×tan2（45°-30°/2）+10×5.42=80.45kN/m2

设计值：1.35×80.45kN/m =108.62kN/m2

（b）地基承载力验算

地基承载力验算均釆用荷载效应的标准组合。

因为本污水处理井结构对称，且荷载对称，认为地基反力均匀分布，故只需取最不利情况验算地基承载力即可，即：池内有水、池外有土的情况。

盖板上覆土重：20kN/m3×0.7m×2.0×1.9=53.2kN

盖板总重：7.8kN/m2×2×1.9=29.64kN

壁板总重：45kN/m×（2×2.0） =180kN

45kN/m×（2×1.2）=108kN

底板上排水管垫层总重：20.4kN/m2×1.2×1.1=26.93kN

底板总重：7.8kN/m2×2.0×1.9=29.64 kN

自然覆土层上传来的活荷载：24.56kN/m2×2.0×1.9=93.33kN

底板上水总重（内侧）：45kN/m×1.2×1.1=59.4kN

p=580.14kN/（2.0m×1.9m） =152.67kN/m2<fa=173kN/m2，满足地基承载力要求。

四、壁板计算

按照400mm厚的单向板计算。

单向板受上端标准值为21.52kN/m2（设计值为29.05 kN/m2）和下端为80.45kN/m（设计值为108.62kN/m）的梯形荷载，此板受力较小。

外侧钢筋：X向配筋14@150，Y向配筋14@150。

内侧钢筋：X向配筋14@150，Y向配筋14@150。

五、底板计算

底板实际尺寸为2000×1900，计算尺寸为1600×1500 （ly/lx=0.9375），四周固端。底板厚300mm，上侧混凝土保护层35mm，下侧混凝土保护层40mm。

盖板上覆土重：20kN/m3× 0.7m×2.0×1.9=53.2kN

盖板总重：7.8 kN/m2×2.0×1.9=29.64kN

壁板总重：180+108=288kN

自然覆土层上传来的活荷载：24.56kN/m2×2.0×1.9=93.33kN

板底荷载标准值为464.17/（2.0×1.9）=122.15kN/m2

板底荷载设计值为（1.2×370.84+1.4×93.33）/（2.0×1.9） =151.5kN/m2

查表得：

标准值：Mxk=0.0198×122.15×1.5×1.6=5.81kN·m，Myk=0.0172×122.15×1.5×1.6=5.05kN·m，Mxk°=-0.055×122.15×1.5×1.6=-16.13kN·m，Myk=-0.0528×122.15×1.5×1.6 =-15.48kN·m。

设计值：Mx=0.0198×151.5×1.5×1.6=7.20kN·m，My=0.0172×151.5×1.5×1.6=6.25kN·m，Mx=-0.055×151.5×1.5×1.6=-20.00kN·m，My°=0.0528×151.5×1.5×1.6 =-19.20kN·m。

混凝土强度等级取C30，钢筋取HRB400，上侧保护层厚度取35mm，下侧保护层厚度取40mm，配筋得：

上筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。

下筋：X向配筋14@200，Y向配筋14@200。

经检验，配筋率均大于最小配筋率。

若考慮孔洞，则认为底板为两端固定，两端自由的板。按300mm高，1500mm宽的扁梁来计算，控制截面的弯矩 M=ql2/12=151.5×1.62/12=32.32 kN·m，经检验，前一段配筋满足按此算法的内力要求。

六、抗浮验算

盖板上覆土重：20kN/m3×0.7m×2.0m×1.9m=53.2kN

盖板总重：7.8kN/m2×2.0m×1.9m=29.64kN

壁板总重：180+108=288kN

底板上排水管垫层总重：20.4kN/m2×1.2m×1.1m= 26.93kN

底板总重：7.80kN/m2×2.0m×1.9m=29.64kN

Gik/γhA≥427.41（（10×5.8×2.0×1.9） =1.93>1.05，满足抗浮稳定要求。

参考文献：

[1]给排水管底土层的承载力分析— 贺佐跃中山大学地球与环境工程学院