内衬钢环法加固钢筋混凝土管探析

□位亚楠

内衬钢环法加固钢筋混凝土管探析

□位亚楠

行唐县城区排水暗涵穿越香港路段出现裂缝，采用内衬钢环法对其进行加固处理，达到了预期目的。

内衬钢环法；钢筋混凝土管；加固处理

目前，供排水大口径管道工程穿越公路时大部分采用钢筋混凝土管，对某些排水工程进行检查发现部分混凝土管在运行一段时间后管顶及管底出现了裂缝。由于在穿越公路部位采取开挖置换难度大且影响交通，针对该特点处理方案可考虑内衬钢管、钢环或喷射混凝土等方法进行施工处理。此文以行唐县城区郜河左岸排水暗涵工程穿越香港路段为例以作说明。

1.工程概况

行唐县城区郜河左岸排水暗涵工程位于石家庄市行唐县城区内，工程建设的主要目的是排泄行唐县城北侧涝水，通过对排水工程的实施，保证高标准雨水能够及时排往郜河，本排水工程为无压管，管道起伏较小，选用钢筋混凝土管，单根管长3m，管径为DN1400～DN2000，壁厚140～200mm。管道连接采用承插式。

工程中香港路为行唐县的主要交通干道，排水暗涵穿香港路段修建时，由于施工工期紧张，在回填土压实度还没有到达规范要求指标时，就开始通车，且一些车辆超载等原因，造成该段暗涵产生裂缝，裂缝宽度为5mm～10mm，这将严重影响排水工程和公路的运行安全，需尽快进行加固处理。

2.方案选择分析

针对上述情况，在不进行开挖的情况下，处理方案可考虑内衬钢管、钢环或喷射混凝土等方法进行施工。若采用喷射混凝土的方法加固，管内施工操作面太小，施工难度大；内衬钢环的方法，为保证钢环与混凝土管之间能紧密接触，需要在钢环与混凝土管之间进行灌浆处理，灌浆时会影响道路的正常使用；综合分析，本次选择内衬钢环的方法加固混凝土管，即在钢筋混凝土管内每隔一定间隔加一钢环以达到加固已开裂管道的目的。

钢环采用槽钢加工而成，槽钢圆环的内壁为腹板，翼缘为环壁，弯曲成设计尺寸后，再在翼缘上焊接封闭钢板，使槽钢和钢板组成箱型截面。为增加钢环的承载能力和刚度，圆环做好后，用C30的自流平细石混凝土将箱型截面的空腹填充密实。为了方便安装，在工厂加工时将钢环加工成半圆环，半圆环之间用螺栓连接。

3.设计原则及计算

此次加固设计，内衬钢板初步选定采用Q235钢加工而成。钢环计算假定竖向力和侧压力全部传递给钢环承受。钢筋混凝土管上的覆土层已基本固结，土层已基本稳定，所以分析钢环受力时，可假设钢筋混凝土管在不开槽、顶进施工的地下管道计算混凝土管上的竖向土压力和侧向土压力。

钢环结构计算：

钢环结构计算按照弹性力学方法计算钢环内力，钢环简化为双铰拱。

钢环顶部C截面产生的最大弯矩值亦可按照各种荷载在C截面产生的弯矩之和计算：

Mc=K1qyl2+K2qxlf+K3G1l

式中：K

1-竖向荷载的弯矩系数；

K2-水平荷载的弯矩系数；

K3-结构自重的弯矩系数；

qy-竖向荷载，KN；

qx-水平荷载，KN；

G1-结构自重，KN；

l-双铰拱宽度，m；

f-双铰拱高度，m。

钢环中的最大应力计算：

δ=M/W+N/A

式中：

M-钢环顶部最大弯矩，KN·m；

W-钢环的截面抵抗拒，m3；

N-计算截面的轴力，KN；

A-截面面积，m2。

本次计算过程不再详细描述，只列下计算结果：

C截面上的设计弯矩值Mc= 9.83KN·m，C截面上的设计轴力值N= 93.86KN，C截面上的最大应力值= 120.18MPa，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）可知，Q235钢材的强度设计值[f]为215MPa≥120.18MPa，本次钢材选择Q235，钢环上的最大应力值小于钢材的强度设计值，并留有足够的安全储备。

4.施工步骤

一是钢环加工。钢环采用热轧轻型14b槽钢加工而成，槽钢圆环的内壁为腹板，翼缘为环壁，弯曲成设计尺寸后，再在翼缘上焊接封闭钢板，使槽钢和钢板组成箱型截面。

二是钢环中灌注细石混凝土。

三是钢环的防腐。在钢环表面喷砂除锈处理后，采用环氧煤沥青玻璃钢防腐漆处理。

四是钢环安装。将钢环按照设计间距安装到管内，并将2个半圆环之间的螺丝顶紧。圆环两侧与钢筋混凝土管之间的空隙用膨胀水泥填充密实。

采用内衬钢环的方法加固钢筋混凝土管，能有效避免了大开挖，保证道路的正常通车。钢筋混凝土管加固以后没有产生新的裂缝并运行良好。该方案不仅直接节省了大量的施工时间和施工费用，而且间接地取得了社会和经济效益。□

2016-04-05

位亚楠，男，汉族，河北天和咨询有限公司，助理工程师。